高伟

自然资源部第一海洋研究所

gaoweigeo@fio.org.cn

 

 

    海岸带是水圈、岩石圈、生物圈和大气圈相互作用的交汇地带，是陆地、海洋和大气之间物质、能量发生交换最为活跃的空间地带，在地球系统物质循环中扮演着重要角色，一直是全球气候变化研究领域的热点区域之一；同时，海岸带是各国资源、风光、产业和城市复合度最高，经济社会发展活力和潜力最大的区域。但是，目前在全球气候变化和人类活动双重胁迫下，海岸带系统格局或要素发生重大改变，势必导致海岸带“物质”和“能量”交换过程的愈加强烈，进而引起海岸带遭受侵蚀的风险增大，将会给海岸带社会经济的可持续发展带来巨大威胁。中国海岸线漫长，海岸带资源丰富，开发利用历史悠久，大陆岸线长度约1.8×104km。20世纪50年代海岸线整体上仍处于向海淤进或稳定的状态，但是在20世纪50年代末至60年代初情况发生了变化，首先是砂质海滩岸线发生侵蚀现象，继而黄河、长江等中大型河流的三角洲出现了从快速淤进—缓慢淤进—局部侵蚀—到整体侵蚀的转化过程。自此之后，海岸侵蚀所造成的岸线后退和环境退化已成为一种普遍的地质灾害现象（图1）。

 

图1 烟台市海岸侵蚀陡崖

 

    海岸带作为一个整体，“物质—能量—空间”即“沉积物来源、水动力条件和相互作用区域”三要素之间存在着相互制衡机制，当海岸带“物质—能量”平衡被打破时，建立新平衡点的过程就表现为作用区域在空间上的进或退（图2）。海岸带的稳定性主要受控于沉积物供应和海洋能量之间的制衡关系：一方面，全球气候变化引起绝对海平面的上升和极端天气气候的增多，引发的水动力增强会加剧海岸侵蚀；另一方面人类活动改变了物质的搬运方式和供应量，进一步加剧了海平面上升的侵蚀效应。因此，海岸带的沉积物累积与水动力变化的同步关系是解析物质供应和海洋能量之间制衡关系的关键，也是探究岸线演变趋势的理论基础。

 

图2 海岸带物质供应与水动力平衡机制示意图

 

    短期来看，人类活动对岸线演变的影响是快速而强烈的。在漫长的地球历史进程中，海岸带的发展不仅受海洋、陆地、大气等自然环境的综合影响，而且受到人类活动的直接影响。特别是进入工业革命以后，人类对海岸带的干预在强度、广度和速度上已经接近或者超过了自然变化，已经成为地表系统仅次于太阳能、地球系统内部能量的“第三驱动力”，诸如围填海、港口码头建设和岸线固化等人类活动，在短时间内直接或间接改变了沉积物的输运方式和入海泥沙量，打破了海岸带沉积物供应和水动力之间的平衡态势。水动力无法突破坚固的人工岸线，转而冲蚀周边诸如砂质岸线、粉砂淤泥质岸段等松散沉积物，造成该类岸线的后退和滩面下蚀。

 

    相对于海平面上升而言，人类活动对海岸侵蚀的影响具有空间上的局部性和时间上的快速性。如1970年日照市佛手湾修建突堤后，从NNE向SSW运移的泥沙被拦截，造成突堤北侧迅速淤积，南侧海滩遭受侵蚀并在4年内消失，下游官草旺村被冲蚀（图3A）；龙口北郊港栾码头的修建同样阻挡了向SW方向的沿岸输沙，造成下游岸段侵蚀后退严重，岸线后退距离可达56m（图3B）。虽然当人类活动对环境的改变稳定后，海岸侵蚀也能在一定的时间内达到平衡状态，但是对于山东半岛而言，随着沿海经济的快速发展，岸线利用程度逐年增加，各地人工岸线均呈现出快速增长的趋势，人工岸线比例由2007年的38.63%迅速增长至2020年的64.04%，陆域面积净增加672.40km²，除黄河造陆面积外多数为人工围填海造成，而岸线的自然蚀退面积仅为22.27km²，岸线进退面积相差巨大使得其海岸带“物质供应—水动力”处于严重的失衡状态，未受保护的岸线仍将持续遭受侵蚀。

 

图3 人类活动对海岸线变迁的影响

 

    长期来看，全球气候变化导致的海平面上升是海岸线演变趋势的最终决定因素。全球海平面上升主要由气候变暖导致的海水增温膨胀、陆地冰川和极地冰盖融化等因素造成。目前几乎全球所有的冰川均在退缩，从1992-1999年到2010-2019年，冰盖消融的速度增加了4倍，而自1900年以来，海平面上升速率超过3000年内的任何一个世纪，且在百年至千年时间尺度上不可逆转。在全球海平面加速上升背景下，海岸带面临着不断遭受挤压的风险（图4）。全球气候变暖除了造成海平面上升以外，另一个重要影响是造成热带气旋、风暴潮等极端天气条件的强度及频数有增加的趋势。对于中国大陆来讲，全球变暖使得热带气旋从生成到消亡的整个活动过程向东亚大陆靠近，这也就意味着未来热带气旋登陆的频次、强度极有可能加强，海岸侵蚀的风险和强度也将愈发严重。

 

图4 不同RCP下的砂质海岸侵蚀趋势

 

    近几十年来全球平均海平面呈现加速上升趋势，中国沿海海平面上升平均速率达到3.94mm/yr，预计到2050年中国沿海海平面将上升68~170mm（中国海平面公报，2021），高情景下2100年和2150年全球海平面上升幅度甚至可能达到2m和5m，2050年、2100年和2150年砂质岸线后退距离（按极值计算）将分别达到3.4m（图5A）、40m（图5B）和100m（图5C），而粉砂淤泥质海岸后退距离将会更大。因此，虽然十年尺度的海平面上升相对于人类活动对岸线后退的影响所占权重较小，但百年及以上尺度的海平面上升对岸线的影响将是灾难性的，山东半岛北部的平原区将会被淹没，东部和南部的砂质海岸将陆续被冲蚀，最终黄海、渤海连通，山东半岛变成海岛（图5D）。届时，持续上升的海平面将打破现有的岸线分布状况，重新塑造一个适应新时期海平面的海岸带新格局。

 

图5 海平面上升下的山东半岛岸线后退后的海水淹没范围

（A：2050年；B：2100年；C：2150年；D：全球冰盖融化后）

 

    为防灾减灾和科学保护海洋环境，中国于2021年3月在“十四五规划”中明确提出“探索海岸建筑退缩线制度”，同年7月，自然资源部印发的《省级海岸带综合保护与利用规划编制指南（试行）》中对海岸建筑退缩线制度的建设和退缩距离均做出了明确的要求，其实施过程迫切需要海岸侵蚀的理论和技术支撑。但是，目前的海岸侵蚀预警与实测结果之间往往存在一定的差异，而其主要原因正是缺乏沉积物供应与水动力制衡机制的关键参数，如沙丘/软崖—海滩系统就需要将海岸物质供应速率和维持周期等纳入预警方法。因此，对海岸带潜在效应的研究工作应致力于世纪性的全球范围的海平面上升与人类活动共同影响下的环境演变趋势，而选择典型区域开展海岸侵蚀理论和预警技术研究，进而制定科学、合理的海岸带管理战略已成为当务之急。