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  • ISSN 1007-6336
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博鳌珊瑚岛围填导致邻近海岸侵蚀、淤积演变的研究

符国伟 宋艳伟 袁坤 王照翻 傅开哲

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博鳌珊瑚岛围填导致邻近海岸侵蚀、淤积演变的研究

    作者简介: 符国伟(1993-),男,海南屯昌人,助理工程师,从事海岸带环境地质调查方向研究,E-mail:fuguowei2020@163.com;
  • 基金项目: 中国地质调查局地调项目(DD20208012)
  • 中图分类号: P737.1;X87

A study on the erosion and siltation evolution of the neighboring coast caused by the enclosure of Boao Coral island

  • 摘要: 通过对海南琼海市博鳌镇珊瑚岛岸线侵蚀淤积野外调查、岸滩剖面监测、岸线遥感解译监测、定点海流观测等,本文分析了1985年以来珊瑚岛附近海岸侵蚀淤积演变,初步探讨了珊瑚岛岸线的形成机理。珊瑚岛岸段总体呈现水道淤积、水道南北两侧侵蚀的现象,自2011年珊瑚岛修建后,侵蚀淤积现象显著加剧,最大年平均侵蚀和淤积距离分别约55.6 m/a和10.2 m/a,较修建前分别增长了约22倍和5倍。2020年岸滩剖面监测数据表明:珊瑚岛季节性常规天气和台风天气均出现侵蚀淤积现象,台风过境后,南北岸段侵蚀淤积变化量分别增大2倍和6倍。珊瑚岛围填改变了区域水动力,与台风等极端天气影响叠加,波浪冲刷南北岸段松散岸滩,加剧侵蚀,增加沿岸悬沙浓度,并在珊瑚岛西侧水动力较弱的波影区,堆积形成中间淤积漫滩。
  • 图 1  博鳌珊瑚岛岸线类型分布

    Figure 1.  Distribution map of coastline types around Boao Coral island

    图 2  珊瑚岛工作部署

    Figure 2.  Coral island's layout

    图 3  珊瑚岛侵蚀淤积分布概况

    Figure 3.  Distribution of erosion and siltation of Coral islands

    图 4  珊瑚岛岸段侵蚀淤积现象

    Figure 4.  Erosion and siltation phenomena in the coastal section of Coral island

    图 5  珊瑚岛岸线历史变迁

    Figure 5.  Historic changes of the coastlines around Coral island

    图 6  岸滩剖面形态

    Figure 6.  The observed beach profile

    图 7  蚀淤变化量曲线

    Figure 7.  Erosion and deposition curves

    图 8  定点海流站位观测期间流速与流向

    Figure 8.  Flow velocity and direction during the period of the fixed-point ocean current observation

    表 1  岸滩剖面监测基本信息

    Table 1.  Basic beach profile monitoring information

    剖面测量日期方位角/°长度/m间隔/m点数/个
    QHAP09 2020-05-24 89 120 10 12
    2020-07-22 190 5 38
    2020-09-04 205 5 41
    2020-11-15 115 5 23
    QHAP10 2020-05-24 105 110 10 11
    2020-07-22 100 5 20
    2020-09-05 160 5 32
    2020-11-15 100 5 20
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    表 2  数据采集设备参数

    Table 2.  Data acquisition equipment parameters

    设备型号参数
    定位iRTK-5平面:±(8+1×10-6D)mm
    高程:±(15+1×10-6D)mm
    多普勒定点
    海流观测仪
    SonTek ADCP最大测流距离:70 m
    流速范围:±10 m/s
    流速精度:±0.25%±2 mm/s
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-10-30
  • 录用日期:  2021-06-30
  • 刊出日期:  2022-04-20

博鳌珊瑚岛围填导致邻近海岸侵蚀、淤积演变的研究

    作者简介:符国伟(1993-),男,海南屯昌人,助理工程师,从事海岸带环境地质调查方向研究,E-mail:fuguowei2020@163.com
  • 中国地质调查局海口海洋地质调查中心,海南 海口 571127
基金项目: 中国地质调查局地调项目(DD20208012)

摘要: 通过对海南琼海市博鳌镇珊瑚岛岸线侵蚀淤积野外调查、岸滩剖面监测、岸线遥感解译监测、定点海流观测等,本文分析了1985年以来珊瑚岛附近海岸侵蚀淤积演变,初步探讨了珊瑚岛岸线的形成机理。珊瑚岛岸段总体呈现水道淤积、水道南北两侧侵蚀的现象,自2011年珊瑚岛修建后,侵蚀淤积现象显著加剧,最大年平均侵蚀和淤积距离分别约55.6 m/a和10.2 m/a,较修建前分别增长了约22倍和5倍。2020年岸滩剖面监测数据表明:珊瑚岛季节性常规天气和台风天气均出现侵蚀淤积现象,台风过境后,南北岸段侵蚀淤积变化量分别增大2倍和6倍。珊瑚岛围填改变了区域水动力,与台风等极端天气影响叠加,波浪冲刷南北岸段松散岸滩,加剧侵蚀,增加沿岸悬沙浓度,并在珊瑚岛西侧水动力较弱的波影区,堆积形成中间淤积漫滩。

English Abstract

  • 海岸带是海洋和陆地的交互地带,也是人类活动较为集中的地带,随着近些年全球变暖和海洋恶劣天气频发,海岸带自然灾害的发生也越来越频繁,而侵蚀与淤积是最为普遍的地质灾害。目前,研究领域内界定海岸侵蚀、淤积的主要依据为海岸带系统内沉积物的亏损状况或海岸线的变化,按照Mangor[1]的定义,海岸侵蚀是由某一岸段沉积物收支失衡而导致的沉积物亏损的过程,主要表现形式包括岸线后退、滩面冲刷下蚀、高滩稳定而低滩下蚀、沉积物粗化等。

    海南岛海岸带的侵蚀、淤积现象较为严重,国内许多学者对此进行了研究[2-11]。黄巧华等[3]重点讨论了海南岛海岸侵蚀与海面上升的关系及影响。黄少敏等[8]在野外调查和测量的基础上,对海南岛砂质海岸侵蚀状况和原因作了初步分析。同时,很多学者对海岸侵蚀、淤积机理也做了一定的研究[12-15]。近年来,随着经济的发展,水产、旅游业和砂矿开采产业相继兴起,这些人类活动一方面推动了经济的发展,另一方面却破坏了海岸环境的平衡,使海岸的侵蚀、淤积问题日趋严重[10-11],其中,人工岛引起的海岸侵蚀、淤积现象尤为明显。

    • 珊瑚岛是海南省琼海市博鳌镇唯一的人工岛(图1)。珊瑚岛自2011年开始围建,围建周长约4040 m,面积约4.61×105 m2,后因引起岸线环境问题而被停止建设。珊瑚岛北约1700 m为潭门镇渔港码头,捕鱼业和海产业发达,人口流动和船只来往频繁,港口往南紧邻金湾岸线,旅游酒店及帆船户外运动聚集,旅游产业发展较好。

      图  1  博鳌珊瑚岛岸线类型分布

      Figure 1.  Distribution map of coastline types around Boao Coral island

      珊瑚岛至潭门港为细砂质岸线,所属地层为第四系烟墩组(Qh3y),岸滩为细砂夹珊瑚礁贝壳等生物碎屑,脚踩不下陷,有脚印,往南逐渐变松软,脚踩稍下陷,且珊瑚礁变多,珊瑚礁长度均小于5 cm,中间有小段出露大块珊瑚礁岩块,金湾北段岸滩部分可见黑砂。珊瑚岛南边为粉砂质岸滩,岸滩松软,而潮间带较北边密实,含较多珊瑚礁。围填珊瑚岛后,改变了区域原有的水动力条件,对临近海岸线造成严重的破坏。

    • 2020年6月11日,笔者对潭门港至珊瑚岛南约1000 m的岸线进行了野外调查,重点调查岸线类型和侵蚀、淤积现状,包括岸线类型、分布范围,侵蚀、淤积的岸段长度,岸滩宽度、表层沉积物类型、松软度,侵蚀、淤积岸滩面积,防护措施、周围地质环境等,充分掌握了现阶段珊瑚岛附近岸线的侵蚀、淤积现状和岸线类型等资料。

    • 高分影像应用于岸线分析,具有范围大和光谱特征丰富的优势[12],为了减少不同时段的影像解译误差,采用不同年份统一分辨率为18 m的Google高分影像海岸线数据,以高潮水位线为标准,从1985年起,每5年对7个时段的岸线进行目视解译,即1985-2015年7个时段的岸线遥感影像。通过提取不同时段的岸线,了解岸线的历史变迁,掌握其动态变化特征。

    • 在珊瑚岛各设QHAP09和QHAP10剖面进行岸滩剖面监测(图2),剖面方位角垂直岸线,采用校正好的RTK(仪器参数见表2),使RTK+CORS模式精度达厘米级别,以5 m或10 m为间隔,于2020年5月、7月、9月和11月台风过境后,4次测量高程,测量结果见表1。根据测量结果,分析珊瑚岛的季节性冲淤变化规律。

      图  2  珊瑚岛工作部署

      Figure 2.  Coral island's layout

      剖面测量日期方位角/°长度/m间隔/m点数/个
      QHAP09 2020-05-24 89 120 10 12
      2020-07-22 190 5 38
      2020-09-04 205 5 41
      2020-11-15 115 5 23
      QHAP10 2020-05-24 105 110 10 11
      2020-07-22 100 5 20
      2020-09-05 160 5 32
      2020-11-15 100 5 20

      表 1  岸滩剖面监测基本信息

      Table 1.  Basic beach profile monitoring information

    • 在珊瑚岛附近海域设置定点海流ADCP02站位,于2020年7月4日至5日的大潮期,连续25 h测量。采用多普勒定点海流观测仪(ADCP)观测流速(仪器参数见表2),记录间隔为60 s,流速观测精度为±0.02 m/s,灵敏度为0.05 m/s。本次调查获得了区域水动力、大潮时的水流速度及方向等资料。

      设备型号参数
      定位iRTK-5平面:±(8+1×10-6D)mm
      高程:±(15+1×10-6D)mm
      多普勒定点
      海流观测仪
      SonTek ADCP最大测流距离:70 m
      流速范围:±10 m/s
      流速精度:±0.25%±2 mm/s

      表 2  数据采集设备参数

      Table 2.  Data acquisition equipment parameters

    • 野外调查结果显示,珊瑚岛与大陆之间的水道呈淤积状态,水道南、北两侧岸线呈侵蚀状(图3)。

      图  3  珊瑚岛侵蚀淤积分布概况

      Figure 3.  Distribution of erosion and siltation of Coral islands

      珊瑚岛水道北岸段侵蚀作用较弱(图4a),侵蚀岸线长约400 m。珊瑚岛往南紧邻北部水道是明显的淤积漫滩,淤积岸段长约207 m,最宽约50 m,淤积漫滩面积约12187 m2,沿着珊瑚岛西北侧,呈淤积趋势。珊瑚岛连陆中间段,淤积形成大面积砂质漫滩(图4b),岸线长约116 m,漫滩最大宽度约277 m,淤积面积约34000 m2,漫滩与内陆相连,并与珊瑚岛相接,中间留有宽约10 m的水流通道,海水流向为350°。水道南侧岸线为强侵蚀段,长约608 m,其中未防护段长度约196 m(图4c),人工紫红色砂砾岩堆积防护段长约122 m(图4d),碎石钢筋混凝土浇筑陡墙式防护工程段长约290 m;未防护段侵蚀冲刷破坏严重,岸坡松散砂层冲刷易坍塌,造成树木倒塌、岸坡土层裂缝,威胁岸坡后民房建筑,侵蚀陡坎平均高约1.08 m,且大潮时波浪会侵蚀冲刷破坏岸坡,岸线后移明显;而防护段防护效果较好,岸线未继续后移。

      图  4  珊瑚岛岸段侵蚀淤积现象

      Figure 4.  Erosion and siltation phenomena in the coastal section of Coral island

    • 通过叠加珊瑚岛7个不同时段的岸线,对比分析发现(图5),在人工岛建设前、后岸线有明显的变化。2011年珊瑚岛未建设之前,珊瑚岛北段岸线呈缓慢淤积外延的趋势,即从1985-2010年,北段最大淤积距离约63 m,年平均淤积速率2.52 m/a,变化较小,岸线逐年均匀前进;南段岸线为逐年均匀侵蚀,呈后退趋势,最大侵蚀距离约81 m,年平均侵蚀速率3.24 m/a。自2011年珊瑚岛开始围建后,南、北段岸线发生较大变化,北段淤积距离达171 m,年平均淤积速率34.2 m/a,中间段淤积漫滩几乎与珊瑚岛连接,淤积距离最大约278 m,年平均淤积速率约55.6 m/a,淤积速率较未建设珊瑚岛之前增大约22倍,且继续呈淤积前进趋势。南段岸线后退较明显,最大侵蚀距离约80 m,年平均侵蚀速率16 m/a,侵蚀速率较珊瑚岛建设前增加近5倍。人工岛的修建加剧了附近岸线的侵蚀与淤积,且淤积速率远大于侵蚀速率。

      图  5  珊瑚岛岸线历史变迁

      Figure 5.  Historic changes of the coastlines around Coral island

    • 通过岸滩剖面监测发现,南边QHAP10剖面地形起伏变化大于北边QHAP09剖面。两剖面地形起伏最大处均处于潮间带,其坡度分别为8.93%和7.00%,潮下带地形趋于平缓,南、北边坡的坡度分别为4.13%和2.2%,地势向海一侧倾斜(图6)。

      图  6  岸滩剖面形态

      Figure 6.  The observed beach profile

      绘制剖面在台风前后的变化曲线(图7),发现正常的季节性天气和台风下均出现侵蚀、淤积现象,且台风过境后的变化量远大于季节性变化。正常季节性变化中,南、北剖面岸滩均出现淤积现象。北边QHAP09剖面正常季节性变化主要表现为潮上带堆积,潮间带和潮下带侵蚀,岸滩最大淤积厚度约0.13 m,潮下带最大侵蚀厚度约0.06 m,总体表现为潮汐波浪对近岸海域底质的冲刷,冲刷携带的砂层往岸滩堆积,平均蚀淤厚度约±0.03 m;南边QHAP10剖面在正常季节性变化条件下,潮间带和潮下带均呈淤积趋势,最大垂向淤积厚度约0.19 m,所在岸段侵蚀作用较强,由于所设剖面岸滩位置采用较大基岩块进行人工堆积防护,岸滩变化不明显,而潮水冲刷附近未做防护的松散岸坡砂层,并于潮下带区域发生短暂的沉积过程,平均蚀淤厚度约±0.04 m。台风过后,南、北剖面冲淤变化发生明显的增大,QHAP09剖面平均变化量约±0.19 m,较正常变化增大约6倍,QHAP10剖面平均变化量约±0.08 m,增大约2倍。总体上,台风增大了侵蚀、淤积的程度,造成珊瑚岛北侧岸段淤积加剧,南侧岸段侵蚀加剧。

      图  7  蚀淤变化量曲线

      Figure 7.  Erosion and deposition curves

    • 在2020年7月4日至5日大潮时进行海流观测(图8),潮位数据显示,博鳌镇在7月4日08:51出现最高潮,潮高151 cm,于17:04出现最低潮,潮高−1 cm;5日09:32出现最高潮,潮高157 cm,于17:53出现最低潮,潮高−7 cm。观测期间平均流速0.08 m/s。通过潮汐资料分析证实:琼海博鳌海域潮汐属于不正规全日潮。

      图  8  定点海流站位观测期间流速与流向

      Figure 8.  Flow velocity and direction during the period of the fixed-point ocean current observation

      2020年7月4日23:00至7月5日5:00,流向整体为偏北方向,2:00左右底层流速出现极大值0.15 m/s,底层流速大于表层流速。在5:00-9:00流向转为南向,随后又转为北向。9:00-17:00为退潮阶段,前期流向为西偏北方向,后退至最低潮时流向转为偏东方向,表层流速也逐渐大于底层流速。17:00之后流向又转为西南方向;19:00-23:00表层流速大于0.15 m/s,最大流速可达0.3 m/s,流向西偏南。整体上,涨潮流向为西南向,落潮流向偏北,最大流速出现在23:00左右的涨潮表层流,涨潮时较大流速加速对岸坡的冲刷和泥沙的输送。

    • 岸线侵蚀、淤积是诸多复杂因素综合作用的结果,围填珊瑚岛加剧了近海岸线的侵蚀、淤积程度。珊瑚岛附近的海岸线为较松散细砂质岸滩,涨落潮流向为西南向和偏北向,流速较大,冲刷珊瑚岛南、北附近岸滩和潮下带松散砂层,造成侵蚀状态,使沿岸悬沙浓度增大,而珊瑚岛构筑物西侧形成的波影区水动力较弱,冲刷带走的悬砂于波影区进行沉降形成淤积漫滩(图8)。同时,台风是造成该岸段侵蚀、淤积的重要原因,台风等极端天气带来较强和较高的台风波浪,再加上珊瑚岛构筑物的影响,区域水动力条件发生较大改变,冲刷附近岸线,造成较大的侵蚀、淤积破坏(图7)。由于缺乏岸滩和潮间带等区域沉积物粒度监测数据、人工岛建设前后水动力观测数据以及人工岛建设前后局部海域的波浪潮汐分析数据等,未能深入研究珊瑚岛对附近海岸线的侵蚀和淤积机理,后期将重点进行珊瑚岛周围区域相关项目的监测,对珊瑚岛影响附近海岸线的演变做更深入的机理探讨。

    • (1)珊瑚岛附近岸段呈淤积状态,水道南、北两侧处于侵蚀状态。修建珊瑚岛后,内侧水道中间段淤积长度最大,约278 m,年平均淤积速率约55.6 m/a,淤积速率增大约22倍;水道南侧岸线最大侵蚀长度约80 m,年平均侵蚀速率约16 m/a,侵蚀速率增加近5倍;珊瑚岛加剧了附近岸线的侵蚀、淤积。

      (2)季节性常规天气和台风条件下,珊瑚岛附近岸线均发生侵蚀、淤积。季节性常规天气下,珊瑚岛北侧表现为潮间带和潮下带的侵蚀冲刷,泥沙于岸滩堆积,平均蚀淤厚度约±0.03 m,而南侧潮间带和潮下带整体呈现淤积,最大垂向淤积厚度约0.19 m,泥沙整体沿海岸线输移。台风过后,南、北岸段冲刷和淤积速率分别增大约2倍和6倍。

      (3)珊瑚岛改变了局部海域的水动力条件,与台风等极端天气叠加,波浪冲刷南、北岸段松散岸滩,加重侵蚀,使区域海水悬沙浓度增高,并于珊瑚岛水道水动力较弱的波影区发生沉降,形成中间淤积漫滩。

参考文献 (15)

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