海岸线变化环境地质指标体系

如题所述

一、海岸线变迁的调查指标体系

海岸带是一个复杂的系统,海岸带地区地质环境的形成和演化主要来自3个方面动力因素:①地球内动力。主要表现为地壳的升降运动和水平运动。②地球外动力。如气候导致的海平面变化,光、水、风等风化作用、侵蚀搬运与沉积等重力作用。③人类工程活动已成为影响和改造海岸带地质环境的重要营力。

海岸带地质环境的演变集中表现在海岸线的往复变迁。因此,在研究海岸带地质环境形成和演变规律时,我们重点研究我国海岸线变化的演化规律,以研究海岸线变迁主要影响因素、运动方式、造成的主要危害为主线,建立“影响—状态—结果(CSR)框架模型”,搭建我国海岸线变迁的调查地质指标体系,来反映我国海岸带地质环境的演化规律、过程和演化的后果,结合人类活动对其的影响以及环境退化最终对人类居住环境造成的影响。从地学的角度,提取海岸线变迁的影响指标、状态指标、结果指标三大类指标,每类指标分为三级,第三级指标为可测量和用于监测用的。可用于我国海岸带地质调查工作的开展。规范海岸带生态环境调查,科学认识海岸带地质环境。最终为科学规划和管理海岸环境提供地学的基础。

表6-2 海岸线变迁环境地质指标体系框架结构

(一)影响指标的选取

海岸线变迁是海岸带生态环境系统在外界动力作用下其系统功能改变的现象。其改变的方式和改变的程度,首先取决于其海岸本身,其次取决于动力的类型、强度、频次。

影响指标主要是通过对已有海岸带变迁研究资料和规范,分析影响我国海岸线变迁的原因和要素,影响指标分为两大类:海岸带地质条件和动力影响因素。

第一大类为地质条件,是海岸线在各种动力因素影响作用下变化程度的内因。包括岩性、地形地貌;海岸的物质组成和形态控制了海岸抗侵蚀能力。

岩性:我国海岸线的基本轮廓形成于距今6000~5000年以前。几千年来,基岩海岸虽经历了侵蚀或堆积的变化,变迁幅度较小,暴露的岸段侵蚀后退不过几十米至几百米,形成的一系列的堆积地貌——沿岸沙堤、沙嘴、连岛沙坝等,但未改变基岩海岸的基本轮廓;只有部分平原海岸与现今海岸线形态存在一定差别。低海岸特别是大河流经的岸段在历史时期变化十分显著。在黄河三角洲尤为明显。主要行水河道的入海口附近,海岸线推进速度可达每年数千米;改道之后,这里的侵蚀速度可达每年数年百米。

海岸第四纪沉积物成因类型、岩性及年代、现代沉积物质组成,可了解沉积环境演变以及泥沙的冲淤规律。一些微地貌如贝壳堤、红树林的位置、珊瑚礁体等都可以追溯以前的海岸环境。

地形形态指标分两类:一类是在现代海岸过程中形成的特别高的或者与周围事物明显不同的地形特征是长时间的气候变化、海水水位及沉积物供应等的波状变化有关的环境变化。地形形态可在遥感图片上读出的,如:高于现代平原的洪泛平原的河成阶地、侵蚀而成的海滩悬崖陡坡或原先就存在的海岸悬崖峭壁。第二类是高程上的差异也是近代海岸环境变化的指示因子,沉积物颗粒指示海岸的高程与河流的水量。

第二大类为地球内外动力指标:包括地壳稳定性、气候、海洋动力、重力作用、人类活动。各种动力作用是决定海岸线变迁的速率和变化方式的外因。

地壳稳定性:地壳垂直升降速率、古地震。中国沿海地区构造升降的不同及其引起的入海河流沉降物的分配不均是产生海岸线变化的主要原因。接纳大量河流沉积物的构造下沉区,海岸线快速向海推进,造成宽广的三角洲平原、滨海平原及淤泥质潮间浅滩,如渤海沿岸、江苏沿岸和黄河、长江及珠江三角洲。而构造上升地区接纳的物质有限,全新世最大的海侵以来海岸线虽然向海推进,但速度小得多,如胶辽半岛、闽粤桂海岸等,且以沙质海岸为主。

地震活动性可指示处于活动构造带的海岸,提供过去的地表瞬间沉降的证据。以此推断该地区地震频率,评估地区地震风险。

气候:气候因素是导致海平面升降全球海岸线变化的最重要的因素。晚第四纪若干万年里,海平面曾因气候的大幅度冷暖变化而升降达百余米或更多,引起海岸位置在平面上往返迁移数十或数百千米。海侵和海退使近海动力模式、海岸地貌结构和陆架沉积层序均发生根本性的变化。20世纪人为因素造成CO2等温室气体排放量增加形成的温室效应导致全球气候不断升高。大气中CO2浓度由19世纪末的265×10-6上升到20世纪末的350×10-6,21世纪的全球海平面上升量可能呈倍数增加。可用全球平均气温、CO2排放量指标表示。

海洋动力:包括风暴潮、海浪、流场、潮汐的类型、强度、频率、周期等指标。海洋动力决定了沿岸泥沙的离岸移动方向,是区域海岸短期变化的主要影响因素;如风暴潮可快速地使泥沙再分布,成为控制岸线短期变化的<(10年)最重要因素,它可以使局部的岸线变化加速或者岸线的变化趋势发生改变,因而这种重大的改变对岸线今后甚至更长时间的变化趋势发生重大的影响。

重力作用:上游土壤侵蚀量、河流输沙量、河口位置。海岸沉积的物质多少是区域海岸线变化的物质基础。由于入海泥沙的大量减少,从1949年到现在,渤海全岸被海吞噬的土地已超过400km2。在如废黄河三角洲海岸的变化,自1855年黄河北归后,废黄河三角洲因沉积物供给突然中断,海岸受到严重侵蚀。在最初几年,岸线后退速率达1000m/年,为世界有记录以来的最大海岸侵蚀量。

人类活动:地面沉降速率、地下水开采量、地面高程。人类活动作为一种外动力对区域岸线影响程度。人类活动如开采地下水引发地面沉降、危害造田等等都是人为的改变了地面高程。改变了海与陆地的相对高度二引起海岸线的移动。

(二)状态指标的选取

海岸线变迁是由该地区的相对海平面的变化决定的。相对海平面是全球海平面上升加上当地陆地升降值之和,即为该地区相对海平面变化。由于各区域海平面升降的幅度和陆地升降值均不相同,宏观上,相对海平面上升,海岸线向陆地移动(蚀退岸线),而相对海平面上升下降,海岸线向海推进(於进岸线),如果相对海平面没有变化,则海岸线静止。

它的次一级指标:海岸线位置、海岸侵蚀速率、淤积速率、海滩沉积物的沉积序列、沉积速率。海岸线的位置是海岸过程的最重要的指标,浅层地表的沉积物次序与过去的海面上升、陆地的下降或两者的综合有关联。

(三)后果指标的选取

后果指标刻画海岸线变迁带来海岸环境的改变,是总结海岸线的变迁对人类居住的海岸带的各种危害中提取的,次一级指标为陆域面积、湿地面积的变化、湿地的植物与生物的资源、海岸城市安全等。

湿地分布与范围:海岸湿地的组成与分布是指示生态系统健康与否的指示因子。它们对水质、水位和沉积物供应的变化响应迅速。海岸湿地对海平面上升非常敏感,如海平面上升100mm和500mm,我国沿海潮滩湿地将分别损失24%~34%和44%~56%,使低潮滩转化为潮下滩。这样,不仅滩涂湿地的自然景观遇到严重破坏,而且滩涂湿地调节气候、储水分洪、抵御风暴潮及护岸保出等能力将大大降低。还对区内红树林造成严重的破坏。

地面高程、陆地面积:中国沿海地区地面高程小于或等于5m的重点脆弱区面积为14.39万km2,约占沿海11个省(区、市)面积的11.3%,占全国陆地国土面积的1.5%。在海平面上升时容易被海水淹没,同时使得咸水入侵范围扩大、风暴潮等灾害加剧。

海水入侵的范围:一般情况下,陆地淡含水层的水位比海水水位高,但经过长期大量抽取陆地淡含水层,或者相对海平面的上升,会使其地下水位低于海水水位,导致海水(咸水)通过透水层渗入陆地淡含水层中,从而破坏地下水资源。我国沿海地区许多地区受咸水入侵危害,在海平面上升的背景下,海潮上溯距离增大、延时增长,从而加剧沿海城市水质性缺水的形势。

短期地表水位:可反映海水位、湖水位、河流的水位等。短期地表水位涉及陆地和地表水的任何相互联系。它受风暴潮、洪水、河水、降雨的直接影响,也影响植被的发育。

海岸侵蚀速率:相对海平面上升使水深和潮差加大,海浪和潮流作用增强。据计算,海平面上升10mm,潮差将增加34~69mm,海岸将侵蚀后退28m;水深增加1倍,海浪作用强度增加5倍。相对海平面上升将增大海岸侵蚀范围和速率,海岸防护费用将成倍增加,也会引起海岸侵蚀加剧。

二、我国海岸线变迁监测指标体系

监测指标体系是建立在调查指标体系的基础的,是调查体系的结果和目的,其最终是为人类监测海岸带环境的变化,为管理者规划和制定海岸带的管理对策,科学管理海岸环境,满足海岸带地区可持续发展的需要。其研究过程是通过分析我国海岸线变迁对海岸环境造成的危害、表现形式以及人类应对这些危害所能采取的措施,在此基础上构建海岸线变迁监测指标体系,分别从地学的角度提取压力指标、状态指标、响应指标(PSR)。压力指标即为海岸线变迁对海岸环境的危害,也就是海岸线变迁对海岸环境造成的压力;状态指标与调查指标体系中相同,为海岸线变迁的方式;响应指标即为人类为预防海岸线变迁对海岸环境造成危害所作的应对措施,是从海岸线变迁的影响因素中提取出短期(百年内)变化显著,并且易于获取监测数据的影响指标。同时对这些指标进行分级、第二级指标为可用于监测的指标,以此构建海岸线变迁的监测指标体系。

表6-3 海岸线变迁监测指标体系

(一)压力指标的提取

在海岸线变迁造成的所有危害中,我们提取地面高程、短期地表水水位、海岸陆地面积、湿地面积、海岸线位置及形态、珊瑚礁、红树林分布范围、贝壳堤的位置、潮间带宽度这些指标,其中红树林的分布、珊瑚礁质使用与湿热海岸地区,

(二)状态指标的提取

在海岸线变迁的方式中我们抽取河口位置、沉积速率、地面高程、沉积序列。其中处于河流入海口的位置其海岸线呈淤积状态。无论海岸是侵蚀还是淤积状态,在海岸的沉积物的沉积序列、沉积物的厚度均得到反映。

(三)响应指标的提取

在所有影响海岸线变化的指标中,抽取的地下水位、地面高程、海岸工程这些指标也都与人类活动直接相关。海岸工程是人类最直接的保护海岸的方式,河流输沙还可用海滩补沙的方式,控制开采地下水,减少由于人类活动造成的地面标高的损失是海岸地区的有效措施之一。

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