海岸帶是固液氣三相交互的特殊地帶,也是經(jīng)濟發(fā)達,人口稠密和矛盾突出的地帶。人與海岸線(xiàn)的矛盾日益突出,加劇了海岸侵蝕的破壞程度,與此帶來(lái)的一系列問(wèn)題引起了諸多學(xué)者的探索和研究。本文旨在結合國內外最新的研究成果介紹述砂質(zhì)海岸、軟巖質(zhì)海岸和淤泥質(zhì)海岸的侵蝕機制,并剖析侵蝕的原因及危害,給出對應的防護與修復方法,重點(diǎn)闡述生態(tài)防護與修復方法,從研究方法與手段等方面給出相應的思考,對今后的侵蝕研究和修復工作進(jìn)行了展望。
海岸帶處于海洋、陸地和空氣三帶的交界處,是一個(gè)極為敏感的地帶,在風(fēng)、浪、潮、流和人類(lèi)活動(dòng)的影響下極易造成海岸的泥沙收支不平衡,導致海岸線(xiàn)后退、海灘下蝕等一系列的海岸侵蝕現象。海岸帶海洋資源豐富,僅只占世界陸地面積10%的海岸帶區域居住著(zhù)世界60%的人口。我國海洋局發(fā)布的《2018年中國海洋經(jīng)濟統計公報》顯示,2018年全國海洋生產(chǎn)總值83415億元,海洋生產(chǎn)總值占國內生產(chǎn)總值的9.3%。據908專(zhuān)項調查結果報告,我國大陸海岸總侵蝕岸線(xiàn)為3255.3km,砂質(zhì)海岸線(xiàn)的侵蝕2463.4 km,占我國砂質(zhì)海岸的49.5%；淤泥質(zhì)海岸線(xiàn)侵蝕為791.9km,占我國粉砂淤泥質(zhì)海岸的7.3%,已經(jīng)嚴重影海洋經(jīng)濟的可持續發(fā)展。海岸侵蝕的防護與修復應運而生,在此之前海岸大多采用硬性防護,如海堤、防波堤、丁壩,以及少數軟性防護,隨著(zhù)綠色環(huán)保深入人心,同時(shí)貫徹和響應我國的 “開(kāi)展藍色海灣整治行動(dòng)”,國家統籌支持地方開(kāi)展“藍色海灣”“南紅北柳”“生態(tài)礁島”等生態(tài)修復工程,可以看到,未來(lái)的防護與修復將會(huì )是以生態(tài)防護與修復為主。
長(cháng)期以來(lái),一系列的人類(lèi)活動(dòng)加上難以預測的自然災害加劇了海岸侵蝕的程度,相關(guān)學(xué)者針對不同侵蝕的侵蝕現象做了大量工作,為海岸帶的防護與修復提供了科學(xué)依據。本文簡(jiǎn)述和討論國內外近年來(lái)海岸侵蝕相關(guān)理論研究情況,包括海岸侵蝕機理、侵蝕原因和危害,探索海岸防護與修復的方法,從研究方法與手段等方面給出相應的思考,希望對今后的海岸侵蝕研究和修復工作有一定的幫助。
海岸侵蝕是指海岸帶系統內沉積物的虧損狀況或海岸線(xiàn)的變化,海岸侵蝕的研究最早始于20世紀初期,1906年英國專(zhuān)門(mén)成立一個(gè)整治海岸侵蝕的皇家委員會(huì ),于1949年制定了英國《海岸保護法》。
20世紀60年代,美國針對自己海岸侵蝕情況編制了海岸侵蝕圖集；1972年,國際地理學(xué)會(huì )成立“海岸侵蝕動(dòng)態(tài)小組”,目的是發(fā)動(dòng)世界各地相關(guān)科學(xué)家收集相關(guān)資料。1974年,Bird教授撰寫(xiě)了“百年來(lái)的岸線(xiàn)變化”報告,對世界各地岸線(xiàn)變化變化和原因進(jìn)行了評論,此后海岸侵蝕研究就被納入國家海洋科學(xué)委員會(huì )的計劃。本文分別從砂質(zhì)海岸的侵蝕機制、軟巖的海岸侵蝕機制和淤泥質(zhì)海岸侵蝕的機制展開(kāi)敘述。
最早由Bruun提出Bruun法則,用于評判海平面上升引起的海岸侵蝕,但由于此法則做了大量的假設,實(shí)際工程不適用,后來(lái)經(jīng)多位學(xué)者修正完善,才成功將其用于實(shí)際工程中。1968年Edelman提出岸灘沙丘侵蝕預測方法,Graff等對其方法進(jìn)行了改進(jìn),但由于現場(chǎng)實(shí)測資料匱乏,侵蝕量預測僅僅是基于較粗略的假設。Dean等通過(guò)對美國Plam沙灘的多年觀(guān)察,確定了防波堤波浪作用下波浪對海岸侵蝕的影響。日本學(xué)者Uda的研究團隊研究發(fā)現,漁港工程引起的海岸侵蝕是因為阻擋了沿岸輸沙。Barrie等研究了加拿大太平洋地區的海岸,詳細評述了海平面變化對海岸的影響機制制作,認為海平面變化在海岸演化過(guò)程中起主導作用。Pethick認為海岸地貌的變遷是對垂直和平行于海岸的動(dòng)力因素的響應。
我國對砂質(zhì)海岸侵蝕起步相對比較晚,且停留在定性和半定量分析,大部分主要集中在海岸侵蝕原因、影響因素和危害方面。少數以海岸灘涂蝕退及海岸地貌變化過(guò)程為目標,通過(guò)沿岸及垂岸輸沙率變化、岸線(xiàn)形態(tài)變化以及剖面變化來(lái)研究海岸變化過(guò)程和海岸海灘的穩定性。黎奕宏以順岸硬式防護工程、漁港防波堤垂岸工程以及人工島離岸工程為研究對象,運用地質(zhì)地貌調查、海灘岸線(xiàn)和剖面測量、衛星影像圖對比分析等相結合的研究方法探討了3類(lèi)海岸工程對相鄰海灘岸線(xiàn)形態(tài)和剖面形態(tài)的影響機制和原因。李漢英等結合多時(shí)相遙感影像和四期實(shí)測岸灘數據,探討日月島工程的建設對日月灣海岸的沖淤影響。田會(huì )波等在萬(wàn)寧東部海岸建立了海岸動(dòng)態(tài)監測系統,經(jīng)過(guò)5年的觀(guān)察和監測,發(fā)現在季節變化中海岸呈現夏秋侵蝕冬春淤積的規律,在年際變化中,海岸總體呈侵蝕趨勢,但相鄰年份間又呈現侵蝕和淤積相間的現象。顧佳凱整理分析如東近岸海域地形、水文、遙感影像等數據資料,應用GIS、RS和Delft 3D數學(xué)模型等技術(shù),揭示岸灘的演變特征、海域的沖淤變化情況。同時(shí),通過(guò)遙感影像的分析,研究黃沙洋和爛沙洋水道的變遷情況,結合海域水文動(dòng)力場(chǎng)、泥沙來(lái)源及輸沙特征,從多角度闡述如東岸灘沖淤演變的機理。
除此之外還有一些極端氣候條件也會(huì )造成砂質(zhì)海岸海灘的侵蝕變化,臺風(fēng)(或颶風(fēng))引起的大浪和風(fēng)暴潮是造成海岸嚴重侵蝕的極端氣候事件,風(fēng)暴作用對砂質(zhì)海岸岸灘的變化影響是不容忽視的影響。
Wise等在基于Krieble和Dean兩者的平衡剖面的基礎上,提出了風(fēng)暴作用下的海灘侵蝕模型模型(S beach模型),評估沙丘侵蝕趨勢,該模型認為海灘—沙丘平衡剖面能消散來(lái)波能量,之后Roelvink等在此基礎上建立了二維的(S beach模型),并證明了其準確性。Dongeren等用XBeach模型模擬了歐洲9個(gè)海灘在風(fēng)暴環(huán)境下的侵蝕過(guò)程,模擬結果較好,但同時(shí)也發(fā)現XBeach存在的不足。于1996年Leont’yev提出一種受暴風(fēng)浪影響的海灘剖面周期變化模型,且此模型經(jīng)過(guò)了實(shí)測數據的驗證。
2000年Sallenger首次將風(fēng)暴潮對沙丘的作用分為4種機制,分別為沖刷、沙丘沖蝕和沖越以及障壁島淹沒(méi)。Coco等、Lee等研究和論證了連續風(fēng)暴對沙丘的侵蝕,提出連續風(fēng)暴帶來(lái)的侵蝕更嚴重的觀(guān)點(diǎn)。研究風(fēng)暴對砂質(zhì)海岸的侵蝕,不僅僅通過(guò)數值模型來(lái)探討,在模型試驗和實(shí)地長(cháng)期勘測也有應用。Palmsten等于2012年用模型試驗研究美國東北海岸1998年遭遇的風(fēng)暴襲擊。Ruz 等和Pye等通過(guò)對法國Wissant Bay砂質(zhì)海岸和英國的Sefton砂質(zhì)海岸實(shí)地考察和監測后,提出風(fēng)暴潮對海岸侵蝕的機制。
國內大多數研究風(fēng)暴潮對砂質(zhì)海岸侵蝕時(shí)采用傳統的地理學(xué)的定性、半定量的方法,在海岸地形與水動(dòng)力耦合方面的研究較少。最早是1988年倪孟書(shū)研究福建海岸動(dòng)態(tài)變化,提出風(fēng)暴潮對海灘作用存在著(zhù)可逆和不可逆兩種過(guò)程。陳子燊等分析了粵西水東灣“8616”號臺風(fēng)作用下海灘剖面地形動(dòng)力與侵蝕機制,定性討論了剖面形式對泥沙輸運方向機侵蝕或淤積部位的差別。蔡峰等對“9914”號臺風(fēng)襲擊廈門(mén)島進(jìn)行研究,認為不同走向的海岸灘地形對同一風(fēng)暴潮過(guò)程具有不同響應特征。戚洪帥等對華南8處海灘6次風(fēng)暴前后的調查資料進(jìn)行了分析,探討了剖面的響應特征：耗散型沙灘主要表現為濱后的沙丘侵蝕和濱前灘面調整,低潮階地型海灘上部灘面響應劇烈；沙壩型海灘在風(fēng)暴期間通常表現為灘肩的侵蝕和沙壩的向海遷移或潮間帶沙壩夷平消失,無(wú)護岸和濱后沙丘發(fā)育的海灘易產(chǎn)生沖越。李文善采用SWAN 波浪模型及ADCIRC潮流模型模擬了平潭灣水動(dòng)力場(chǎng),并作為岸灘演變XBeach模型的輸入條件,分別驗證了平潭龍風(fēng)頭岸灘修復工程區域四條監測剖面。
國外砂質(zhì)海岸的侵蝕研究十分成熟,但在一些領(lǐng)域還需要探索,比如風(fēng)暴作用下對海岸的耦合機制、連續風(fēng)暴作用情況下岸灘的演變。我國在砂質(zhì)海岸侵蝕領(lǐng)域尚有待更進(jìn)一步探索和研究,目前還停留在定性和半定量的情況分析風(fēng)暴潮對海岸的侵蝕,且對其侵蝕機制也還停留在定性的描述,大多通過(guò)監測和統計的方法來(lái)探討。
軟巖質(zhì)海岸是由弱巖化或半固結物質(zhì)組成,所以自身抗侵蝕能力弱,是所有海岸中受侵蝕最嚴重的。Lajoie等認為波浪運動(dòng)是海崖侵蝕的主要作用因素。Hampton對北佛羅里達州多個(gè)地區的海崖蝕退研究后,認為地表徑流滲透是引起海崖侵蝕后退的主要原因,而波浪的作用可能次要的驅動(dòng)因素。
Duperret等認為暴雨是海崖發(fā)生破壞的主要觸發(fā)機制,同時(shí)通過(guò)水文文地質(zhì)概念模型說(shuō)明了水平方向和垂直方向上水的作用。Young等應用激光雷達對加州德?tīng)栺R2.5km的軟巖質(zhì)海岸進(jìn)行9年半的檢測,發(fā)現軟巖的侵蝕還存在季節性變化,與侵蝕程度還與暴風(fēng)雨之間有著(zhù)巨大的聯(lián)系。Collions等對美國加利福尼亞州北部一處弱巖化砂質(zhì)海岸斷崖地區進(jìn)行5年的詳細的實(shí)地考察和高分辨率陸地激光雷達掃描,最終得出結論：膠結砂崖破壞是由于波浪作用引起的坡面侵蝕變化,在破壞前最大坡度可達65°；中度膠結砂崖破壞是由于降水誘發(fā)的地下水滲流,導致抗拉強度降低和抗拉斷裂。Brooks等對uffolk軟巖質(zhì)海岸進(jìn)行監測分析,結果表明,海岸風(fēng)、高水位、風(fēng)暴潮及暴雨對軟巖的侵蝕由嚴重影響特別是兩種或多種的耦合作用下更嚴重。我國學(xué)者劉建輝針對福建軟巖質(zhì)海岸進(jìn)行研究,認為降雨滲透是引起海岸侵蝕的主要原因,波浪和潮流是次要原因。
軟巖質(zhì)海岸侵蝕機理比較復雜,但主要受波浪、降雨、暴風(fēng)潮巖石特性和地震影響。結合前人的研究,目前對于海崖后退的侵蝕機制還沒(méi)有達成統一,大多理論來(lái)自于實(shí)地勘測和分析得出的,因地理位置不同,水文、潮汐和巖石特性也就不同,得出的結論也就不同,而且大多都只從單方面因素去研究侵蝕問(wèn)題,眾多因素耦合作用下的理論研究就更少,所以軟巖質(zhì)海岸侵蝕機制還需更加深一步結合實(shí)地進(jìn)行研究。目前我國對軟巖質(zhì)海岸侵蝕這一領(lǐng)域研究甚少,雖然我國的軟巖質(zhì)海岸占比并不多,但侵蝕破壞程度最為嚴重,也是一個(gè)有待解決的問(wèn)題。
淤泥質(zhì)海岸侵蝕研究是在砂質(zhì)海岸研究的基礎上建立起來(lái)的,到20世紀50年代才進(jìn)行較為系統的潮灘水動(dòng)力調查。Postma在研究荷蘭北部瓦登海的淤泥質(zhì)潮灘時(shí)，提出了“沉積滯后”作用,后來(lái)Straaten和Kenen又提出了“沖刷滯后”作用。多位學(xué)者對濱海沼澤的淤泥質(zhì)海岸侵蝕機制進(jìn)行了研究,發(fā)現淤泥質(zhì)海岸侵蝕的主要原因是海平面上升和泥沙供應不足,波浪只是侵蝕的次要原因,并提出要治理沼澤是要增加沉積作用而不是波浪保護的防護措施。
我國對淤泥質(zhì)海岸侵蝕機制的研究的理論比較成熟。陳吉余等首先對渤海灣南部淤泥質(zhì)岸灘的平衡剖面塑造過(guò)程進(jìn)行研究強調了組成物質(zhì)對淤泥質(zhì)潮灘剖面塑造的重要性,淤泥質(zhì)海岸侵蝕研究在我國拉開(kāi)了序幕。接著(zhù)任美鍔對淤泥質(zhì)潮灘進(jìn)行命名,且把我國淤泥質(zhì)潮灘進(jìn)行分類(lèi),按照地形分為開(kāi)敞型、港灣型和河口型,按照潮灘的蝕積動(dòng)態(tài)分為淤進(jìn)型和蝕退型。陳俊才對淤長(cháng)型淤泥質(zhì)潮灘進(jìn)行研究,發(fā)現其灘剖面形態(tài)為雙凸形,上、下凸點(diǎn)分別位于平均高潮位和平均低潮位(偏上)附近,并且發(fā)現供沙量越大、沉積速度越快的潮灘,雙凸形潮灘剖面形態(tài)越明顯,侵蝕作用增強的潮灘剖面形態(tài)向下凹形發(fā)展。樊社軍等、以連云港淤泥質(zhì)海岸為例建立了灘侵蝕堆積動(dòng)力機制和剖面模式,指出波浪是侵蝕性岸灘侵蝕的主要動(dòng)力因子,潮流主要起運移擴散泥沙的作用。在堆積型岸段,潮流則是岸灘塑造的主要動(dòng)力,波浪作用退居次要地位,并在此基礎上建立了淤積型海岸剖面堆積過(guò)程的數學(xué)模型。王艷紅等通過(guò)對江蘇多處淤泥質(zhì)研究,發(fā)現在淤長(cháng)型和侵蝕型岸段之間,存在著(zhù)一種由淤積到侵蝕的過(guò)渡型岸段,并發(fā)現過(guò)渡型岸段具有上部淤積下部沖刷、沖刷逐漸向上部擴展、潮灘表層沉積物不斷粗化、淤積帶逐漸變窄最后過(guò)渡到全剖面侵蝕的基本特征和發(fā)展趨勢。
多位學(xué)者針對廢黃河淤泥質(zhì)岸、浙江淤泥質(zhì)潮灘和黃河三角洲淤泥質(zhì)海岸灘的演變機制、剖面的塑造、沉積物的沖淤和防護都做出了明確的結論。陳金月從海岸線(xiàn)空間分布、岸線(xiàn)利用程度、岸線(xiàn)位置變化以及不穩定性這4個(gè)角度,運用岸線(xiàn)組成、分形維數、以及不穩定性等多項指標,多尺度對珠江三角洲的海岸線(xiàn)變遷進(jìn)行系統分析,討論了引起其變化的主要驅動(dòng)因素。陳瑋彤等以江蘇中部淤泥質(zhì)海岸為研究對象,基于多潮位站插值校正法對水邊線(xiàn)潮位賦值,改進(jìn)了水邊線(xiàn)方法,并結合實(shí)測地形數據進(jìn)行校正,實(shí)現了淤泥質(zhì)海岸遙感海岸線(xiàn)的有效推算。
針對我國淤泥質(zhì)海岸(包括黃河三角洲、廢黃河三角洲、長(cháng)江三角洲和杭州灣),我國學(xué)者進(jìn)行了其侵蝕機理和原因研究。雖然我國對淤泥質(zhì)海岸理論研究已經(jīng)十分完善,但由于地理位置的不同,波浪、潮流、風(fēng)況均不同,其侵蝕機制就不同,前人理論也就不具有普遍適用性,還需更加深入研究,在研究淤泥質(zhì)海岸應更加注重實(shí)地考察與試驗同時(shí)進(jìn)行。
海岸侵蝕主要包括兩個(gè)大的原因：一是受海洋、陸地、大氣等自然環(huán)境的綜合影響；二是受人類(lèi)活動(dòng)干預影響。國內外學(xué)者針對海岸侵蝕現象把自然原因分為：1)海平面上升；2)風(fēng)暴潮加??；3)河流入?？诟牡?、改向；4)地質(zhì)構造下降；5)泥沙的供應不足。把人類(lèi)活動(dòng)帶來(lái)的海岸侵蝕進(jìn)行分為：1)海岸工程破壞攔沙；2)近海工程；3)采砂和近海養殖；4)人類(lèi)娛樂(lè )活動(dòng)。羅時(shí)龍等綜合前人研究,把主要侵蝕原因重新分為6大類(lèi)：河流入海泥沙減少；海岸工程攔沙；采砂和圍墾；相對海平面上升；海岸帶生態(tài)系統破壞和護岸工程弱化,并針對每類(lèi)原因給出細化的直接原因,更加直觀(guān)、準確的描述海岸侵蝕原因。
綜合前人研究,可將海岸侵蝕危害歸為以下4類(lèi)：1)海岸線(xiàn)后退,海灘功能減弱和海岸生態(tài)系統退化；2)海水倒灌和淹沒(méi)沿海低洼地,灘涂養殖業(yè)萎縮,海岸居民財產(chǎn)、基礎設施遭到破壞,且加劇土壤次生鹽漬化程度；3)防護林、防護工程破壞,加快了海岸侵蝕的過(guò)程或引起沿岸洪泛；4)海內動(dòng)植物生存環(huán)境遭到破壞,打破生態(tài)平衡。
目前數值模擬和物理模型成為海岸整治修復研究的熱點(diǎn)。Raudkivi等采用實(shí)測數據分析和物理模型模擬方法探討了人工補沙、修建丁壩和嵌入式隔膜等海岸潮灘防護方法。Mimura等和Sakashita等分別研究了純波對離岸堤地形變化和防波堤對岸線(xiàn)的影響。Bianchi提出通過(guò)再造海草床和潮間帶海灘維護海岸水質(zhì)凈化功能、保護海岸環(huán)境多樣性與穩定性的觀(guān)點(diǎn)。
國內學(xué)者分別對江蘇呂泗岸灘、膠州灣東北部、閩粵交界的大埕灣海岸沖淤形態(tài)和演化趨勢進(jìn)行了分析,并提出了具體的防護措施。王廣祿等分析并提出了沙灘修復理論技術(shù)方法,制定了廈門(mén)香山長(cháng)尾礁人造沙灘工程技術(shù)方案。李兵等針對福建砂質(zhì)海岸進(jìn)行具體的勘察、分析、實(shí)驗,提出具體有效的防護措施。蔡峰于2013年出版《中國沙灘養護手冊》中為我國沙灘的養護提供理論標準。金雷鳴等基于人工填沙的基礎上提出了扇面式吹填技術(shù),使得填沙技術(shù)更加有效和實(shí)用。李杏筠以汕頭南澳縣煙墩灣為例,通過(guò)現狀調查、海岸線(xiàn)變化調查、海灘剖面測量及沉積物粒度分析等手段,分析砂質(zhì)岸線(xiàn)的發(fā)展現狀及存在的主要問(wèn)題,開(kāi)展砂質(zhì)海岸保護與整治修復研究,提出針對性的整治修復措施及對策建議。
近年來(lái)生態(tài)防護與修復也隨著(zhù)可持續發(fā)展和綠色生活的生活理念被引入,我國最早是彭子成等在針對黃河三角洲部分侵蝕地區采用米草生態(tài)工程與堤壩等傳統防潮工程結合,利用生態(tài)工程的自組織功能,能夠減少海浪對堤壩的沖擊,延長(cháng)傳統工程的使用壽命,提高安全系數,降低維護保養費用。王瑾等通過(guò)對海南島紅厚殼植物的特性和分布資料考察后,提出木麻海防紅樹(shù)林混種紅厚殼來(lái)達到生態(tài)護岸的效果。潘丹等以防城港西灣紅沙環(huán)海堤工程規劃為例,針對海岸的差別而設計不同的生態(tài)堤岸,通過(guò)植物景觀(guān)的營(yíng)造、環(huán)境小品設計,建設與當地人文景觀(guān)相結合的生態(tài)示范海岸,增強海堤生態(tài)防護效能,以建成防城港首個(gè)旅游休閑生態(tài)景觀(guān)海岸帶。范航清等引入生態(tài)海堤海堤并成功用于防城港西灣紅沙環(huán)海堤工程。林俊翔利用拆除舊有堤岸塊石及駁岸拋石形成海堤地臺,采取格賓網(wǎng)箱在拋石區域內圍攏建立綠植地臺,并利用其促淤保灘,積肥料,引入潮間帶的概念,通過(guò)選苗、定植株距、綠植成活,形成完整的生態(tài)系統。李麗鳳等以廣西北海濱海國家濕地公園為研究對象把研究樣地的海岸線(xiàn)按功能進(jìn)行了改造,形成“柔性岸線(xiàn)”“游憩親水岸線(xiàn)”“海堤、半紅樹(shù)林地、紅樹(shù)林灘涂”3種海岸線(xiàn)模,且利用厚藤,對坡面進(jìn)行綠化處理,形成生態(tài)堤岸。趙鵬等提出復雜地理環(huán)境下生態(tài)海堤建設的快速決策方法,為實(shí)際工程提供完美生態(tài)海堤方案。由于我國對生態(tài)海岸防護的重視遠遠不夠,起步較晚,相關(guān)研究匱乏,且生態(tài)海岸防護是一個(gè)跨學(xué)科跨領(lǐng)域的問(wèn)題,難度系數比較大,所以目前在工程領(lǐng)域中應用較少,但隨著(zhù)研究深入和技術(shù)的跟進(jìn),生態(tài)防護與修復將被廣泛應用。
國內學(xué)者羅時(shí)龍等針對我國海岸侵蝕的機理與原因不同和海岸侵蝕的管理方法差異,把海岸侵蝕分為五種類(lèi)型：砂質(zhì)海岸侵蝕、軟巖質(zhì)海岸侵蝕、淤泥質(zhì)海岸侵蝕、生物海岸侵蝕、海岸工程侵蝕,并針對每種侵蝕都提出了相應的整治和防護措施。
砂質(zhì)海岸侵蝕的修復
砂質(zhì)海岸是我國占比最多的海岸,也是受人類(lèi)活動(dòng)影響最大的一種海岸。最理想的修復的方法肯定是減少人類(lèi)的干預,讓其自然恢復原始地貌,但有的已經(jīng)侵蝕嚴重已經(jīng)完全不可能自然恢復。目前沙灘養護是修復砂質(zhì)海岸修復的最常用方法,沙灘養護在美國、澳大利亞和日本理論已經(jīng)相當成熟,也大量用于修復砂質(zhì)海岸。我國采用人工養灘技術(shù)起步比較晚,在秦皇島、廈門(mén)、北海、威海等地已經(jīng)采用了此技術(shù),而且取得相當不錯的效果,不論是國外還是國內在使用人工養灘的同時(shí)都與符合當地地理水文條件的護岸工程相結合。我國學(xué)者李廣雪等針對山東濱海岸灘侵蝕也提出一套合適的人工養灘與防護工程組合的修復方法,在此基礎上加入生態(tài)護岸,如在設置海堤、斜坡式防浪堤時(shí),親水面不做綠化補充,綠化中心在堤內側,兼具防浪、防風(fēng)和景觀(guān)效果,生態(tài)穩定性好,且能在海堤和土堤堤腳進(jìn)行防護,提供異質(zhì)空間,促進(jìn)海洋生物保育、破浪。
以下是修復砂質(zhì)海岸的方案(表1,部分數據來(lái)至李廣雪等)。
雖然沙灘養護在我國已經(jīng)被采用且取得一定的成效,但是由于我國起步較晚,大部分均借鑒于國外經(jīng)驗,耗費成本較高,且效果并不理想。2013 年蔡峰出版了《中國海灘養護技術(shù)手冊》,為我國沙灘的養護提供一定的理論依據。由于我國海型岸類(lèi)多樣、環(huán)境地質(zhì)條件復雜,所以一般理論并不具有普遍適用性,因此要加強針對我國海岸實(shí)情實(shí)施沙灘養護研究,探索和制定出符合我國的海岸實(shí)情的沙灘養護方案。在探索砂質(zhì)海岸修復方案是不能完全排除硬性防護,可以考慮復合式生態(tài)修復方案,不僅能夠有效防治海岸侵蝕,同時(shí)也使海岸生態(tài)系統逐漸修復。由于空間限制和技術(shù)難度,復合式生態(tài)修復技術(shù)還有待進(jìn)一步研究發(fā)展,但隨著(zhù)研究的深入和技術(shù)的提高,生態(tài)修復必是最佳的海岸修復方法。
軟巖質(zhì)海岸侵蝕的修復
軟巖質(zhì)海岸主要受海岸風(fēng)、高水位、風(fēng)暴潮、暴風(fēng)雨和波浪的影響。根據當地地質(zhì)、水文和氣象情況,種植防護林,可以有效的減輕海岸風(fēng)、風(fēng)暴潮和暴風(fēng)雨的直接侵蝕作用；在軟巖的頂部和底部設置排水管道,可以防止波浪和暴風(fēng)雨的滲流,減緩對軟巖的破壞；也可根據當地實(shí)情設置防浪堤或者潛堤,減少波浪對軟巖地部的直接侵蝕；在近岸拋石形成海堤地臺,采取格賓網(wǎng)箱在拋石區域內圍攏建立綠植地臺。軟巖前端沙灘對軟巖的侵蝕有減緩作用,沙灘的養護也不失為一種方法。在侵蝕嚴重的地方可以采取組合的方式,在山上種植防護林,崖頂和崖底設置排水管道,設置潛堤消減波浪和潮流的直接作用,近岸采用人工拋沙養護。軟巖質(zhì)海岸雖然在我國占比少,但是侵蝕為最嚴重,且研究其治理方案甚少,軟巖質(zhì)海岸侵蝕的修復刻不容緩,研究其治理方案也迫在眉睫。
淤泥質(zhì)海岸的修復
淤泥質(zhì)海岸的修復目前主要采用的是種植鹽生植被的方法,且這種方法也被普遍采納和應用。但是鹽沼植被的消長(cháng)受到波浪、潮流、底質(zhì)特征、潮侵頻率等諸多因素的影響,所以采用此方法會(huì )采取一些硬性的防護工程對鹽生植被進(jìn)行保護。在侵蝕嚴重且不用于旅游的地方可采用一定的硬性工程配合紅樹(shù)林護岸。護岸工程可以消減波浪,保護后方的紅樹(shù)林,而紅樹(shù)林具有消浪固沙的作用,可以在不影響海岸生態(tài)環(huán)境的情況下,減少海灘泥沙的流失甚至使海岸轉沖為淤。在侵蝕不嚴重的地方,可采用一些護岸工程配合大米草或互花米草種植,此方法普遍得到認可和采用,很早就被用于我國福建、浙江、江蘇和山東等地淤泥質(zhì)海岸。人工岬灣是一個(gè)介于硬性和軟性之間的一種防護工程。王艷紅學(xué)者就廢黃河三角洲的淤泥質(zhì)海岸采用波浪泥沙物理模型試驗,反演了廢黃河口凹入岸段穩定砂質(zhì)海灘的形成過(guò)程, 認為由于廢黃河三角洲海岸侵蝕過(guò)程中存在近岸表層泥沙粗化并向砂質(zhì)海岸變異趨勢,使岬角控制在此也能形成穩定岸弧,為海岸整體防護體系的構建提供了新的途徑。
復合式生態(tài)修復是治理淤泥質(zhì)海岸侵蝕的好方法,如在離岸設置斜坡式防浪堤近岸種植一些鹽生植被,或采取在離岸建立人工魚(yú)礁而近岸種植紅林,恢復鹽沼濕地結合近岸種植紅樹(shù)林等,都符合生態(tài)修復的理念,但需要根據實(shí)地情況、侵蝕機理和權衡護岸工程帶來(lái)的優(yōu)弊端。同時(shí)需考慮鹽生植被的脆弱性和外來(lái)物種入侵危害性,根據實(shí)地勘測和模型實(shí)驗相結合是一種確定修復方案的高效辦法,且修復效果具有直觀(guān)性。
生物海岸侵蝕的修復
生物海岸一般指紅樹(shù)林海岸和珊瑚礁海岸,紅樹(shù)林具有防風(fēng)消浪、促淤造陸和抵御海嘯的功能,珊瑚礁具有削波減浪,保護岸灘的作用。目前對生物海岸侵蝕嚴重地區采用的是重建生態(tài)系統方法,設置海岸生態(tài)保護區,在重建時(shí)可結合護岸工程來(lái)達到最佳效果,對于不嚴重的地方可以采用人工補種的方法。李元超等在對西沙趙樹(shù)島時(shí)候采用了人工礁基和人工移植珊瑚進(jìn)行對已破壞的珊瑚海岸修復,結果發(fā)現人工礁基修復效果明顯大于人工移植。對于侵蝕比較輕的地方采取建立自然保護區,防止人為活動(dòng)破壞。在重建或補種時(shí)要防止二次破壞和外來(lái)物種入侵危害。
南紅北柳工程和生態(tài)島礁工程被列入四大海洋工程之中,但局限于目前的修復方案遠遠不夠,新的生物海岸修復技術(shù)亟待開(kāi)展。推廣原生態(tài)紅樹(shù)林、珊瑚礁、鹽沼濕地保護,恢復原生態(tài),在考慮修復方案時(shí),應實(shí)地考察和勘測,因地制宜,進(jìn)行必要的數值模擬或者物理試驗模型找出最優(yōu)的修復方案。同時(shí)人類(lèi)活動(dòng)也不容小視,加強相關(guān)知識的普及,讓保護海岸理念深入人心,對破壞海岸的行為堅決抵制和處罰。
海岸工程侵蝕的修復
海岸工程中包括導堤、岸堤、丁壩、順壩、離岸堤,在對海岸進(jìn)行保護的同時(shí)也存在各自的缺點(diǎn)。海岸工程帶來(lái)的侵蝕一般指的是下游的灘面的下蝕和海岸線(xiàn)后退,前人對其侵蝕機制和原因的研究接班完善,但針對其修復技術(shù)研究較少,通常針對侵蝕嚴重的工程一般采用拆除處理,針對當地的地勢、水文和象綜合考慮,采用合適沙灘養護、生物護岸方案或者兩者相結合的方案；而針對不嚴重一般采取合適的生態(tài)防護措施,如人工養灘、種植鹽生植被、恢復鹽沼濕地,不僅能減輕海岸的侵蝕的破壞又能提供優(yōu)美的環(huán)境。
海岸工程帶來(lái)的海岸侵蝕不容小視,在設計時(shí)就應考慮其利弊,針對其弊端應提前做好防護方案。在治理時(shí)從源頭出發(fā),根據其侵蝕原因,充分利用當地資源,做到防護最優(yōu)。針對嚴重岸段采用拆除海岸工程,在拆除時(shí),應該考慮其拆除方案,做到對環(huán)境污染最小,拆除效率最高。在海岸工程在拆除之后會(huì )改變了潮流和水流情況,對岸線(xiàn)也在一定存在影響,極有可能會(huì )加劇侵蝕,所以在拆除前要進(jìn)行合理性分析和危害評估,若拆除后帶來(lái)輕微的侵蝕,可以結合實(shí)地情況采取合適的軟性防護。
以上綜述了國內外學(xué)者針對海岸侵蝕研究的主要進(jìn)展,在過(guò)去一個(gè)多世紀里,國內外學(xué)者對砂質(zhì)海岸、軟巖質(zhì)海岸、淤泥質(zhì)海岸侵蝕機理進(jìn)行研究,分析其侵蝕的原因,并探索出相適應的防護與修復方案,為后人提供理論依據和修復方法。盡管如此,由于海岸帶差異性和復雜性,加之不同區域特色顯著(zhù),繼續進(jìn)行深入研究仍是必要的?？梢詮囊韵路较蜻M(jìn)行進(jìn)一步的探索：
(1)由于我國海岸生態(tài)防護與修復起步較晚,各方面都需要完善,需加強對基礎理論研究,并結合實(shí)際工程案例,形成一個(gè)完整的海岸生態(tài)防護與修復理論體系；結合我國海岸實(shí)際情況,開(kāi)展技術(shù)性研究,設計出符合我國海岸的生態(tài)防護與修復方案；有關(guān)部門(mén)應盡快編制出工程規范和建設標準,為海岸生態(tài)防護與修復提供一個(gè)標準。
(2)在整治工程導致嚴重的海岸侵蝕時(shí),海工建筑物拆除后對潮流和水流的影響,極有可能會(huì )加劇侵蝕,且拆除時(shí)也會(huì )對生態(tài)環(huán)境造成一定破壞,例如大型舊損碼頭拆除后,水環(huán)境被污染導致的魚(yú)類(lèi)和浮游植物死亡等,導致生態(tài)系統的破壞,所以在拆除前要進(jìn)行合理的分析和危害評估,且需加強對舊損海工建筑物拆除技術(shù)研究,防止由于拆除導致二次破壞。
(3)隨著(zhù)人工智能的發(fā)展,將人工智能引入到海岸侵蝕這個(gè)領(lǐng)域具有很好的前景,將其用于監測和預測海岸侵蝕的程度,也可用于海岸侵蝕危險性評估,所以需要加強人工智能與海岸侵蝕相結合的應用研究,爭取做到智能化觀(guān)測岸線(xiàn)變化。
(4)海岸帶環(huán)境特殊,涉及到地質(zhì)學(xué)、數學(xué)、物理學(xué)、巖土學(xué)、環(huán)境生態(tài)學(xué)、氣象學(xué)、水文學(xué)等多學(xué)科的綜合研究,探討海岸侵蝕機制,尋求海岸生態(tài)修復技術(shù)與海岸帶生態(tài)環(huán)境保護及重建海岸生態(tài)系統可持續發(fā)展道路是未來(lái)人類(lèi)活動(dòng)對海岸帶資源環(huán)境影響研究的發(fā)展趨勢。
