（水利工程专业论文）胜利滩海油田海岸蚀退诱因分析及防护对策研究.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 近些年来由于黄河来水来沙量的逐渐减少、黄河下游引水量增加以及河口流路规划 等因素，黄河三角洲海岸冲淤平衡被打破，造成胜利油田海岸线不断蚀退。海岸线的不 断蚀退对胜利滩海油田现有海堤的安全形成了巨大的威胁，海堤防护工程的安全直接影 响到胜利滩海油田的原油生产安全。本文对黄河三角洲海岸侵蚀诱因进行了分析，介绍 了目前黄河三角洲胜利滩海油区海岸防护方案、并重点对胜利滩海油区海岸防护重点工 程工艺进行了研究。可供生产、科研、教学部门参考；对胜利油田进行海岸蚀退防护决 策具有一定的指导意义。 关键词：胜利滩海油田；海岸蚀退诱因；防护 温旭：胜利滩海油田海洋蚀退诱因分析及防护对策研究 e r o s i o ni n d u c e m e n ta n a l y s i sa n dp r o t e c t i o nc o u n t e rm e a s u r es t u d yo f s h e n g l ib e a c hs e ao i lf i e l dc o a s t a b s t r a c t i nr e c e n ty c o r sb e c a u s eo ft h eg r a d u a lr e d u c t i o no fw a t e ra n ds a n dw h i c he n t e rt h e y e l l o wr i v e r i n c r e a s eo ft h ey e l l o wr i v e rd o w n r i v e ri n f l o ww a t e ra sw e l la st h ef l o w sr o a d p l a no ft h er i v e rm o u t ha n ds oo i l ，t h ef l u s h e ss i l tb a l a n c eo ft h ey e l l o wr i v e rd e l t a s e a c o a s th a sb e e nb r o k e n ，a n di tc r e a t e st h es h e n g l io i lf i e l dc o a s t l i n et oe r o d eu n c e a s i n 出y t h ec o a s t l i n eu n c e a s i n ge r o s i o n e n o r m o u s l yt h r e a t st h es e c u r i t yo ft h es h e n g l ib e a c ho i l f i e l de x i s t i n gm o l e ，t h es e c u r i t yo ft h em o l ep r o t e c t i o np r o j e c th a sa f f e c t e dd i r e c t l ys a f e t yo f c r u d eo i lp r o d u c t i o no ft h es h e n g l ib e a c ho i lf i e l d t h i sa r t i c l eh a sc a r r i e do nt h ea n a l y s i st o t h ey e l l o wr i v e rd e l t ac o a s t a le r o s i o nc a u s e i n t r o d u c e dt h ec o a s t a lp r o t e c t i o np l a no ft h e p r e s e n ts h e n g l ib e a c ho i lr e g i o no fy e l l o wr i v e rd e l t a ，a n dt h ek e yh a sc o n d u c t e dt h e r e s e a r c ho fc o a s t a l p r o t e c t i o np r i o r i t yp r o j e c to ft h es h e n g l ib e a c h o i lr e g i o n ，t h e a c h i e v e m e n ti sr e a la n dr e l i a b l e ，a n dm a ys u p p l yt h ed e p a r t m e n to fp r o d u c t ，t h es c i e n t i f i c r e s e a r c h ，t h et e a c h i n gd e p a r t m e n tt or e f e r ；t h ec e r t a i ng u i d i n gs e n s et oc a r r i e so nt h es e a c o a s t e r o s i o np r o t e c t i o nd e c i s i o n m a k i n go ft h es h e n g l io i lf i e l d k e yw o r d s ：s h e n g l ib e a c h o i lr e g i o n ；c o a s t a le r o s i o nc a u s e ；p r o t e c t i o n 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期：山订2 侈 大连理工人学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名敬 翱始锄爱 年兰月兰日 引言 黄河口是中国三大河口之一，黄河平均每年携带1 0 几亿吨泥沙入渤海，造就了近 万平方公里的黄河三角洲，诞生了中国第二大油田胜利油田与东营市，黄河三角洲滩海 油田开发规模年总产量2 0 0 3 年已达7 9 0 5 万t ，占胜利油田年总产量的1 3 。近年来由 于黄河水沙的总体减少与入海流路的规划控制，黄河三角洲3 5 0 公里海岸线出现了不同 程度的蚀退，加重了黄河三角洲滩涂防护、胜利滩海油田2 0 0 公里海堤的防护形势。 本文以蚀退影响因子对蚀退作用贡献及措施研究为主线，首先从理论上对影响海岸 蚀退的因子以及工程机理进行了科学的描述，以期工程部门、读者对概念、原理有一个 系统的理论认识，然后应用多年的大量涵盖黄河河口变迁、风、浪、水沙，海流、风暴 潮、海堤、丁坝等海洋工程、固定剖面、水下地形、海底质等系列调查观测资料，进行 了详细的分析，对理论进行了验证与说明，加深了理论认识，又反过来指导了实践，从 而为找出下一步海岸蚀退与防护的措施。分析过程本着重于实测资料，但页不拘泥于实 测资料，而是本着去伪存真，去粗求精的精神，实事求是的进行计算和分析，以达到成 果真实可靠。 本文围绕海岸蚀退论点层层展开论证，先提出清楚的理论认识，然后用黄河三角洲 有史以来丰富的数据来构造这个理论体系，把系统的、完整的海岸蚀退研究理论与论据 支持完整的拟合在一起。为黄河三角洲勘探开发、河口模型建设、建设、生产、海堤油 井防护，提供科学依据，因此本文可谓黄河口地区系统资料成果，供胜利油田进行海岸 防护决策，可产生可观的经济效益和社会效益。 温旭：胜利滩海油田海洋蚀退诱因分析及防护对策研究 1 绪论 1 1 胜利滩、浅海没田基本情况 1 1 1 胜利滩、浅海没田概况 胜利滩海油田主要有三个采油厂的滩海油田组成，这三个采油厂分别为孤东采油 厂、桩西采油厂及河口采油厂，一个浅海油田为海洋开发公司。孤东采油厂的滩海油田 主要有孤东油田和新滩油田；桩西采油厂的滩海油田主要有长堤油田、老河口油田、桩 西油田、五号桩油田及桩1 0 6 油田；河口采油厂滩海油田主要有大王北油田、飞雁滩油 田及英雄滩油田；海洋开发公司的浅海油田主要有埕岛油田。 目前，胜利滩、浅海油田的年总产量为7 9 0 5 万t ，占胜利油田年总产量的1 3 。 油井总数2 4 7 4 口，水井总数1 0 8 2 口，计量站2 8 7 座，固定资产1 7 5 7 6 亿元，其中， 孤东采油厂滩海油田的年产量为2 7 7 2 万t a ，油井数1 6 2 0 口，水井数6 8 2 口，计量站 1 5 8 座，固定资产7 2 8 亿元：桩西采油厂滩海油田的年产量为1 1 2 8 万t a ，油井数2 7 7 口，水井数1 1 0 口，计量站1 7 座，固定资产1 8 2 5 亿元；河口采油厂滩海油田的年产 量为1 8 0 5 万t a ，油井数5 7 7 口，水井数2 9 0 口，计量站1 1 2 座，固定资产3 0 7 1 亿 元；海洋开发公司的浅海油田的年产量为2 2 0 万t a ，井组平台4 5 座，中心平台2 座， 移动式平台2 座，海底管线1 2 0 k m ，海底电缆9 0 k m ，固定资产5 4 o 亿元。 1 1 2 胜利滩海没田防护工程基本情况 胜利滩海油田的防护工程主要由海堤和漫水路组成，滩海油田的勘探开发，最早采 用的是修筑海堤、围海造陆、变海上开发为陆地开发的封闭开发模式，如孤东油田。1 9 9 2 年，在河口飞雁滩地区针对该地区油层的分布特点，采用了开敞式开发模式，修筑井场 平台打丛式井，平台之间采用漫水路连接，井场平台和漫水路均采取防护措施以抵御潮 汐和风浪的破坏，这种方式虽然投资较低但正常生产容易受潮汐及风浪影响。 胜利油田白1 9 7 5 年开始采用封闭式海堤，自1 9 9 2 年开始采用开敞式开发修筑漫水 路及进海路，迄今为止共建成各类海堤总长1 6 4 k m 。其中临海海堤1 1 8 2 3 k m ，包括孤东 临海海堤总长1 6 7 k m ，桩西临海海堤总长3 6 9 3 k m ，河口临海海堤总长6 4 6 k m 。另外还 建成黄河海港引堤长2 5 k m 。各类漫水路及进海路总长1 6 8 9 k m ，其中孤东采油厂建成 漫水路总长1 1 6 k m ，进海路4 7 k m ，桩西采油厂建成漫水路总长6 3 k m ，进海路7 k m ，河 口采油厂建成漫水路总长8 2 6 k m 。 这些防护工程为胜利滩海油田的开发提供了安全保障。封闭式海堤防止海水进入滩 海油田，使得其保护范围内的滩海油田成为完全的陆地开发，降低钻井、地面工程建设 2 大连理工大学专业学位硕士学位论文 一 及后期维护成本，保证日常原油生产不受潮汐影响。漫水路及进海路组合将滩海油田的 海上开采变为陆地开采，在一般潮水时期起到了封闭式海堤的效果，保证臼常原油生产 大部分时间不受潮汐影响，大潮到来时生产人员可通过漫水路及进海路安全撤离。另外， 还建成了年产2 2 0 万t 的海上油田，其海底管线登陆、海底电缆的铺设以及海上原油外 输依托海堤工程与黄河海港。 1 2 胜利滩海油区蚀退防护研究对滩海油田的重要性 黄河平均每年携1 0 余亿t 泥沙入渤海，造就了近万平方公里的黄河三角洲，诞生 了中国第二大油田胜利油田与东营市。近年来由于黄河水沙的总体减少与入海流路 的规划控制，黄河三角洲3 5 0 k m 海岸线出现了不同程度的蚀退，加重了黄河三角洲滩涂 防护、2 0 0 k m 海堤的防护形势。 1 2 1 胜利滩海油田蚀退的危害性与造成的损失 海域蚀退直接影响到了黄河三角洲经济发展，海岸侵蚀首先意味着土地的丧失，原 来的旅游海滩、耕地、具有重要生态功能的潮间带湿地，都会因海岸的侵蚀而消失；海 岸侵蚀的另一个重要影响是人类设施的破坏，住房、工厂、公路、海堤、水闸、水文气 象观测站、导航设施等都将被毁坏。防潮闸和海堤的破坏又会导致内陆被保护地区的淹 没，从而诱发洪涝灾害。 胜利滩、浅海油田原油生产是在风浪的长期作用下进行的，生产环境较为恶劣，每 当大潮来时，生产人员必须通过海堤、漫水公路等防护工程撤离，部分滩、浅海油田有 时尚需停止原油生产，由于大潮一般来势较快，经常造成部分生产人员来不及撤离，从 而造成对人员生命安全的威胁。另外，海洋石油生产的主要设施如平台、管线都在潮滩 至数十米深的海底中，由于海底直接受浪、潮流的作用，剖面、地形侵蚀变化规律复杂， 如沙坝移动、刺穿体突现致使管线悬空等，对海洋石油设施造成了巨大的破坏，研究滨 海区泥沙运动规律，研究海洋石油设施防护措施，也是非常重要的一个方面。 1 2 2 防护工程安全隐患 防护工程的安全直接影响到胜利滩海油田的原油生产安全。在平常年份，防护工程 每年都需投入大量的维修费用进行维护。近些年来由于黄河来水来沙量的逐渐减少，黄 河三角洲海岸呈不断蚀退态势，滩地高程的下降，风浪的淘刷使得海堤、漫水路堤前水 深加大，给海堤防护带来了极大的安全隐患。 飞雁滩油田一带为1 9 6 4 年1 月t 9 7 6 年5 月时段黄河钓口流路入海口。据实测资料 分析：黄河改道清水沟流路后，由于水沙供应停止，岸滩和水下岸坡强烈冲刷后退，已 温旭：胜利滩海油田海洋蚀退诱因分析及防护对策研究 经严重影响到飞雁潍油田的生产建设，1 9 7 6 2 0 0 0 年的2 4 年间，0 等深线冲刷后退 l o 5 k m ，年均4 3 7 5 m ，o m 等深线目前已后退至飞雁滩油田内部。水下岸滩也迅速被刷 深。以埕1 2 9 井为例，1 9 9 2 年建设初期滩地高程为1 0 m 左右，0m 等深线距离埕1 2 9 井约1 5 k m ，该井以北经常能见到露出的几百米滩地，但现在滩地高程已经侵蚀到一1 o m 左右，即使在低潮位时也不再露出滩地，埕1 2 9 井已经常年处于水中，与其相接的漫水 路也几经冲毁重建，岸滩剥蚀极其严重。 埕岛油田海区，根据国家海洋局第一海洋研究所多年的海洋测绘和岸滩及水下岸 坡冲淤变化监测研究，与1 9 8 8 年6 月相比，岸堤处平均刷深1 7 5 m ，岸线蚀退3 3 k m ， 年均蚀退0 2 7 5 k m ，年均刷深0 1 5 m 。5 l o m 水深，又是埕岛油田水下岸坡最不稳定的海 区，表现为沟脊相间，冲刷严重，最大刷深达3 8 m ，1 1 年的年均刷深达0 1 8 m 。1 9 9 2 年以来，虽然冲刷速率已经放慢，但7 1 1 m 水深段和近岸堤脚及平台管缆水动力能量辐 聚区，依然保持较大速率的冲刷态势。 黄河海港一带为1 9 5 3 年7 月“1 9 6 3 年1 2 月时段黄河入海的神仙沟流路入海口。据 1 9 8 5 、1 9 8 9 年的监测资料，黄河海港西侧，接近现在埕岛油田东部岸段，岸滩和水下岸 坡表现出持续不断的强烈冲刷后退。岸滩以层层剥离形式，由低潮滩向高潮滩节节逼近， 并以当时年均大于5 5 0 m 的后退速度向岸蚀退。黄河海港岸段，表现为较强的冲刷后退， 3 “5 m 等深线向岸蚀退1 5 0 4 0 0 m 。目前，初步查明黄河海港码头有1 7 处掏空点，虽已作 了抛石护堤或灌浆处理，但码头和引堤的侵蚀问题依然威胁着海港的安全。 从孤东和桩西已建海堤的冲刷侵蚀情况也可说明目前形势的严峻。该两个采油厂是 胜利油田极为重要的产油区，过去已投巨资修建海堤并不断进行维修加固，控制了海岸 线在平面上向陆地方向推进。该区段岸线蚀退的表现形式主要是大堤外地面不断的冲蚀 掏深。孤东海堤在1 9 8 7 年修建时滩地高程在0 5 m 左右，2 0 0 1 年测得孤东海堤北大堤 迎海面海底高程平均约为一3 o m ，1 4 年滩地高程下降了3 5 m ，平均每年滩地高程下降 0 2 5 m 。2 0 0 3 年3 月测得孤东海堤迎海面海底高程平均约为一4 5 m ，可见蚀退速度之快。 1 9 8 7 年桩1 0 6 海堤修建时滩地高程在1 3 m 左右，1 9 9 4 年6 月对桩1 0 6 海堤选取典型断 面测量，结果显示桩1 0 6 海堤堤前水深2 2 m ，2 0 0 0 年6 月在9 4 年相应断面上重新测量， 结果显示桩1 0 6 海堤堤前水深2 8 m ，6 年时间海堤堤前刷深o 6 m ，海底高程平均每年下 降0 1 m 。2 0 0 3 年3 月测得海堤迎海面海底高程平均约为一2 5 m ，蚀退速度明显加快。黄 河入海口清8 人工出汉后的3 年，共来沙5 9 2 1 0 8m 3 ，新黄河口门前端基本保持了向 海淤进的态势，而沙嘴两侧的根部则持续蚀退，3 年共蚀退面积4 3 9 k m 2 ，蚀退速率为 1 4 6 k m * a 。目前在黄河入海口处的滩地虽说有淤有蚀，但净冲淤量则以侵蚀为主，虽然 这对稳定延长流路的使用年限有利，但对造陆采油和岸堤防护十分不利。正因为如此， 4 大连理工大学专业学位硕士学位论文 在海堤大坝每年都投入了大量资金进行不断的维修加固，而一旦风暴潮发生溃堤垮坝问 题仍难以避免。 经多次调查，由于海堤堤前冲刷、岸滩剥蚀严重，早晨海堤堤身高度相对增加较多， 坝体整体稳定性不足，同时由于堤前水深加大，风浪作用加剧，胜利滩海油田海堤防护 工程目前有2 7 7 k m 的临海海堤存在着非常严重的安全隐患，其中孤东海堤长1 3 7 k m ， 桩1 0 6 海堤长4 k m ，桩古4 6 海堤长7 5 k m ，海港引堤长2 5 k m ，这些海堤的迎海面滩地 高程均蚀退较为严重。 1 2 3 隐患治理的必要性 引起胜利滩海油田海堤现状隐患的主要原因就是海岸线的蚀退。1 8 5 5 年黄河自铜 瓦厢决口夺大清河入渤海至今，黄河的造陆面积约3 2 3 0 k m 2 ，三角洲岸线年均向海淤进 约1 5 0 m 。其中，1 8 5 5 1 9 3 4 年的近代三角洲造陆面积为1 3 5 0 k m 2 ，蚀于水下3 5 k m 2 ； 1 9 3 7 。1 9 7 6 年成陆面积1 5 8 0 k m 2 ，蚀于水下5 5 k m 2 。1 9 7 6 年5 月黄河自清水沟入海后至 1 9 9 6 年6 月净造陆约5 5 7 k 2 ，而钓口河大嘴则蚀于水下大于1 0 k m 2 。多年的卫星遥感照 片以及黄河口滨外海域水深测量图件分析得出，2 0 余年来黄河三角洲总的趋势仍是不断 向海延伸，但近年来造陆速率呈显著减小的趋势。特别是小浪底水库建成投产以来，黄 河来水来沙量急剧减少，造成胜利油田海岸线不断蚀退。根据相关理论分析得到胜利油 田黄河泥沙影响范围宽度海岸的冲淤平衡点为年入海泥沙量3 亿t ，小于该冲淤平衡点 的入海泥沙量则引起海岸冲刷，大于该冲淤平衡点的入海泥沙量则引起海岸淤积。根据 统计资料，1 9 9 4 年以前黄河入海平均水量4 0 4 亿m 3 ，沙量1 2 亿t ，渤海海流较弱，黄 河泥沙淤积填海造陆是主导方向。近几年来，黄河下游来水来沙量大幅度减少，1 9 9 7 年1 9 9 9 年，三年平均年来水量6 3 6 亿m 3 ，平均年来沙量1 9 6 亿t ，与1 9 9 4 年以前相 比，年来沙量减少了8 4 ，2 0 0 0 年，黄河来水量4 8 6 亿m 3 ，来沙量0 2 2 亿t ，2 0 0 1 年，黄河来水量4 7 1 3 亿m 3 ，来沙量0 2 2 亿t ，黄河来水来沙量的急剧减少是造成胜 利油田海岸线不断蚀退主要原因，这对胜利滩海油田设施的安全形成了巨大的威胁。若 任其发展，像飞雁滩、桩1 0 6 这样的滩涂油田很快就会变成海上油田。 滩海油田海堤及漫水路等防护工程的建设，改变了滩海地区波流场的边界条件， 引起波流场的变化，使得海堤及漫水路路堤端部和堤脚受到了强烈的冲刷作用。加上黄 河来水来沙量的急剧减少造成的海岸线不断蚀退，使得海堤堤前水深加大，风浪作用增 强，从而将造成海堤维护费用逐年加大。海岸线的蚀退给胜利滩海油田海堤同时造成如 下两大安全隐患： 隐患一为现有海堤整体稳定安全系数达不到规范要求。由于海堤主体为土堤，堤前 仅为抛石护脚，没有其他的有效保护措施，在滩地蚀退的情况下，抛石滚落，海堤堤脚 温旭：胜利滩海油田海洋蚀退诱因分析及防护对策研究 悬空，相对增加了海堤的堤身高度，整体稳定安全系数大大减少，随时都会出现海堤整 体失稳溃坝的危险。针对目前的海堤情况，按照规范，选取典型断面采用瑞典圆弧法中 的有效应力法对各段海堤迎浪面进行边坡稳定计算，计算得到各段海堤迎浪面的边坡稳 定安全系数k 如下： 表1 - 1 ：现有海堤迎浪面边坡稳定安全系数k c 1 3 研究内容 ( 1 ) 对胜利滩海油田海岸蚀退的原因进行分析，着重对重点影响因素进行分析研 究； ( 2 ) 针对影响因素提出相应的防护措施与对策，并进行了方案的比较； ( 3 ) 对滩海油田以后的防护措施提出的一些建议。 6 大连理工大学专业学位硕士学位论文 一 2 海岸侵蚀的主要诱因分析 2 1 海岸侵蚀是目前全球的普遍关注的问题 由于全球海平面的上升和河流入海泥沙的减少，海岸侵蚀已成为各国的普遍关注的 问题。b i r d ( 1 9 8 4 ) 根据3 9 个沿海国家的岸线变化资料，撰写了一篇著名的“百年来 的岸线变化”报告，认为在过去的l o o a 内，世界各国海岸带普遍存在海岸侵蚀现象。 1 9 7 6 、1 9 8 4 年国际地理学会海岸环境委员会收集了过去1 个世纪全世界范围内岸线变化 的资料，发现海岸侵蚀已非常普遍。在近百年中，7 0 以上的海滩处于蚀退状态，淤涨 的海岸线不足1 0 ，平衡岸段要么一直保持稳定，要么侵蚀与堆积交替，但没有净增长 或净蚀退( b i r d ，1 9 8 5 ) 。据美国弗吉尼亚大学海岸侵蚀信息系统资料，美国有2 4 4 的海岸处于严重侵蚀状态，其中墨西哥湾沿岸的蚀退速率达1 8 m a ( e b a n ，1 9 9 0 ) 。 世界上很多海滨旅游胜地，如法国的d e a u v i l l e ，美国佛罗里达的迈阿密及澳大利 亚的s u r f e r s 天堂均遭受了暴风浪的侵蚀，赖以吸引游客的海滩被暴风浪破坏侵蚀掉。 在这些地区，每次的侵蚀总是超过其后的充填。在平静天气下，被暴风浪搬走的泥沙只 有一部分通过自然过程重新回到海滩。在过去几十年中，世界上许多地区砂质岸线遭到 了侵蚀，且很多地区侵蚀持续的时间很长，甚至原来淤涨的障壁岛海岸也发生了蚀退， 例如，在上个世纪，澳大利亚东南部的九十英里海滩一直处于淤积状态，现在仅“湖口 港”( l a k e s e n t r a n c e h a r b o u r ) 两侧被突堤掩护的区域还在淤积。目前在自然状态下淤 积的砂质海岸已很难找到，而蚀退的岸段却随处可见。 根据阮成江、夏东兴、季子修等专家学者的研究，我国1 8 0 0 0 多l ( 1 1 1 的大陆海岸线 中有2 5 属三角洲及平原海岸，其中不少岸段因河流改道、海岸夷平作用、暴风浪及强 潮的冲刷而发生不同程度的侵蚀后退，海岸侵蚀的范围呈不断扩大的趋势，据统计，目 前已有近7 0 的砂质海滩和大部分处于开阔水域的淤泥质潮滩处于侵蚀后退状态，侵蚀 岸线长度已占全国大陆岸线总长度的1 3 以上。由此可见，海岸侵蚀已非常普遍。世界 上不少研究者都对此问题进行了研究，但由于影响海岸侵蚀的因素非常复杂，一时之间 很难彻底搞清楚海岸侵蚀的确切原因。如b i r d 曾指出通过对海滩侵蚀的调查研究，国 际地理学会海岸环境委员会发现，很难用一个单一的、简单的、普遍适用的原因来解释 海岸侵蚀。可以引起( 或加速) 海滩侵蚀的因素很多，各因素的相对重要性随着海岸所 处位置的不同而发生变化。在一些侵蚀海岸上，通过对这些因素进行分析，发现海岸侵 蚀的发生和加剧通常与一种以上的因素有关。在对侵蚀海滩的管理中发现了很多问题， 在采取补救措施之前，了解海滩侵蚀的原因是十分必要的。对每个因素都应该考虑，并 温旭：胜利滩海油田海洋蚀退诱因分析及防护对策研究 且应将有关因素按权重排队以便更好地理解海岸侵蚀系统，并作为考虑补救措施的依 据。 2 2 海岸侵蚀的诱因分析 要防止或减轻海岸侵蚀，首先必须了解引起侵蚀的原因。海岸是海陆相互作用的过 渡地带，在内外营力的共同作用下，海岸通过侵蚀与堆积过程不断演变，海岸侵蚀与堆 积是塑造海岸剖面的两个基本过程。当海岸的物质损失量大于补给量的时候，海岸就会 发生侵蚀。侵蚀的速率( 或强度) 取决于海洋动力( 波浪、潮流) 、泥沙条件和海岸性 质( 岩性、构造运动、岸外沉积等) 之间的均衡状况。若海洋动力作用增强或海岸稳定 性降低，便会导致海岸侵蚀的发生或加强。 参照b i r d ( 1 9 9 6 ) 的论述，海岸侵蚀的诱因包括：( 1 ) 海平面相对上升导致的淹 没和波浪增强；( 2 ) 河流入海泥沙的减少；( 3 ) 海崖侵蚀提供的泥沙的减少( 包括护 崖工程的效果) 导致海滩侵蚀；( 4 ) 由海岸沙丘提供的物质减少；( 5 ) 岸外来沙减少： ( 6 ) 海岸采沙活动；( 7 ) 由于岸外的水下沙坝迁移、海底植被消失或采沙等造成的到 达岸边的波能增加；( 8 ) 附近岸段修建丁坝( g r o y n e ) ) 或促淤工程等造成的沿岸来 沙减少；( 9 ) 波浪入射方向变化( 如水下沙洲、珊瑚礁、岛屿或沙嘴的发育或消亡) 造成沿岸供沙减少；( 1 0 ) 向岸一侧修建海堤( s e aw a l l ) 等工程导致波浪反射增强； ( 1 1 ) 相邻岸段滩面降低( 挖沙、海堤修建导致波浪反射加强引起侵蚀等) 导致斜向入 射波浪的加强；( 1 2 ) 气候变化引起的波浪加强；( 1 3 ) 海岸沉积物磨损变细( 使之更 容易被风带向陆地和被水流带向岸外) ；( 1 4 ) 风化、溶蚀、磨损和压实( 如被沉重的 交通工具) 等造成的海岸沉积物体积减小；( 1 5 ) 向岸风作用下，向后滨和内陆输送的 物质增多( 海岸沙丘退化、蚀低导致对向岸风的阻挡减弱) ；( 1 6 ) 沿岸泥沙流( 1 0 n g s h o r e d r i f t i n g ) 作用下，前突地形( b e a c hl o b e so rf o r e l a n d s ) 向下方( d o w n d r i f t ) 迁 移( 前突地形到来是滩面淤涨，而在它消失的过程中滩面侵蚀) ；( 1 7 ) 降雨增加或水 系变动使海滩地下水位升高，沉积物更容易被侵蚀；( 1 8 ) 河流或排水系统的输出水量 增加( 降雨、融雪增加或流域间水量调节) 等造成出水口门附近被沿岸流带走的泥沙增 多；( 1 9 ) 潮差减小( 如工程导致海湾或满湖与外海的水体交换能力下降) 使波浪作用 更集中于平均海平面附近：( 2 0 ) 在极地海岸，岸外冰缘( i c ef r i n g e ) 的融化( 如夏 季较长) 使到达岸边的波浪增强。( 2 0 ) 岸线形态影响，当岸线平行于潮流流向，侵蚀 往往是较弱而且平均，而岸线的突出部往往是侵蚀最大的地方，这也解释了为什么河口 流路在停止行河初期，发生剧烈侵蚀，随着岸线走向与流向夹角的减小侵蚀逐渐变小的 原因。 8 2 2 i 海平面相对上升 平面相对上升通常导致近岸水深增加，使到达岸边的波浪作用增强而侵蚀海岸，同 时将侵蚀下来的物质带向海底。b r u u n ( 1 9 6 2 ) 认为，在己达“平衡剖面”( p r o f i l eo f e q u i l i b r i u m ) ( 即在一个特定的时间内，既无沉积物的补给也无沉积物的流失) 的海 滩上，海平面上升导致海滩上部侵蚀，被侵蚀下来的沉积物向相邻的海底输移，结果在 新的高海平面状况下，使原来的横向剖面重新形成( 图2 一1 ) 。因此，海滩横剖面将向 上和向陆迁移。根据这一模式，如果没有陆源补给和沿岸物质的输入或输出，海岸侵蚀 将造成相当于海平面上升幅度5 0 、i 0 0 倍的岸线蚀退，即海平面上升1 m 将使海岸线后退 5 0 i 0 0 i 口。 图2 - 1 海滩横剖面 图2 - 1 ：b r u u n 法则表明，在松散沉积物海岸，一个阶段的海平面上升将伴随着海 岸线的后退；一定量的沉积物从后滨被侵蚀下来，然后搬运到近岸沉积下来。通过这种 方式，海岸横剖面的形状保持不变，但剖面位置向岸和向上移动。 美国的海湾( 墨西哥湾) 及大西洋海岸，特别是密西西比河三角洲以西的路易斯安 那州海岸，由于陆壳下沉，加剧了海平面的相对上升，海岸侵蚀普遍发生。在意大利亚 得里亚海( a d r i a t i c ) 的北部海岸，海滩侵蚀也与地面下沉密切相关( 如威尼斯的l i d i 海岸) 。在1 9 6 4 年地震中，美国阿拉斯加( a l a s k a n ) 海岸发生了地面下沉，使岸线急 剧后退( b i r d ，1 9 9 6 ) 。 过去1 个世纪，全球海平面以l 2 m m a 的速率上升( 在某些岸段，这一速率可能被 同样大的或更大的陆壳上升速率所抵消) 。全球海平面的上升和海滩侵蚀的普遍出现， 似乎说明b r u u n 法则的有效性，但是围绕如何应用b r u u n 法则来精确地预测海平面上升 之后岸线后退的距离，还存在许多争议( s c o r ，1 9 9 1 ) 。争议表现在以下八个方面( b i r d ， 】9 9 6 ) ： 温旭：胜利滩海油田海洋蚀退诱因分析及防护对策研究 ( 1 ) b r u u n 法则的前提是发生海平面上升的海滩原来处于平衡状态( p i i k e ye a 1 ， 1 9 9 3 ) ，值得注意的是，由于海滩侵蚀已非常普遍，目前世界上只有一小部分海滩处于 平衡状态； ( 2 ) 需确定b r u u n 法则应用的向海界线( 即在高海平面下，使剖面保留的滨外区域) ； b r u u n ( 1 9 9 0 ) 认为，应把近岸粗颗粒占优势向滨外细颗粒占优势的转变线作为界线， 在此处由于水深太大，波浪不再能搬运海滩物质；这需要在沉积方面对海底进行详细地 调查，而在海平面开始上升之前，这一点往往做不到，而且对近滨和滨外沉积物通常也 很难加以区分；在很多岸段，物质之间的过渡为一个带，且近滨的地形多变； ( 3 ) 海滩剖面重建只有在上升的新海平面稳定之后才能完成，在达到新的平衡之后， 岸线将停止后退；如果海平面还在上升之中，b r u u n 法则很可能过低地估计海滩后退的 程度，而且在不能确定其最终稳定水位的情况下，对一个处在海平面正在加速上升区的 海滩应用b r u u n 法则进行预测将很困难； ( 4 ) b r u u n 法则仅考虑了滩面和近滨海底物质交换，而没有涉及到沿岸流引起的物质 输入和输出对海滩剖面变化的影响，因此与以沿岸流作用为主的海滩相比，b r u u n 法则 更适用于以冲回流作用为主的海滩；许多海滩物质也经常被风吹到后滨的沙丘 ( b a c k s h o r ed u n e s ) 上，冲到潮汐汊道( t i d a li n l e t s ) 中，越过堡岛( b a r r i e s r ) 或沙嘴( s p i t s ) 消失在满湖( 1 0 9 0 n s ) 或沼泽( s w a m p s ) 中：还有些研究者考虑到 海滩物质被搬运到水下岸坡或从内陆沙丘吹来补给海滩等因素；这些输入和输出的因素 都可使海滩剖面发生变化，例如过剩的沿岸物质补给，可使海滩在海平面上升阶段中维 持原状甚至淤积： ( 5 ) 如果海滩一近滨横剖面的坡度很小，海平面上升的影响就变得复杂化，原因是 在暴风浪将砂砾抛到高潮位之上形成堡岛的同时，海滩上部被重新塑造( r e s h a p e d ) ， 坡度变陡，而堡岛向岸一侧的低洼地形成溜湖；随着海平面不断升高，堡岛和满湖体系 向岸迁移，在此过程中由于沉积物一部分向陆翻越( o v e r w a s h ) 堡岛，另一部分向海侧 运动，变陡的海滩剖面能得以保持，在里海( c a s p i a n ) 有些海岸就是这种情况( i g n a t o v e fa ，1 9 9 3 ) ： ( 6 ) 在应用b r u u n 法则时，应根据波能的变化做校正；在美国的新泽西和马里兰海 岸，波浪能量一般为低到中等，e v e r t ( 1 9 8 5 ) 发现，b r u u n 法则对岸线后退的预测结果 偏高，但是在太平洋沿岸，波浪能量较大，实际侵蚀量为预测结果的2 4 倍； ( 7 ) b r u u n 法则没有考虑以下情况，即在气候变暖引起海平面上升的同时，气候的变 暖也可能引起海滩的沉积物补给和侵蚀能力的变化：气候变暖可能使降雨量、径流量增 加，使风力和海洋波浪增强； 1 0 大连理工大学专业学位硕士学位论文 ( 8 ) 向海一侧近岸发育沙坝的海滩，在海平面上升和海滩蚀退过程中，如果有足够 的泥沙补给以维持海滩剖面的形态，这些沙坝可能向上增长并向岸迁移；对b r u u n 法则 可进一步拓宽假定，即沙坝外缘的向岸迁移距离与海岸蚀退距离相同，从而整个海滩剖 面得以保存；d u b o i s ( 1 9 7 7 ) 在密歇根湖滩发现，在湖面上升引起海滩侵蚀的同时近岸 沙坝的向陆一侧发生堆积，而其迎浪的一侧朝阳。) 则保持稳定，因此整个沙坝的宽度 增加。 海平面上升无疑是岸滩侵蚀的因索之一，从全球的范围来看，它可能还是主要的因 素。 海平面上升诱发或加速海滩侵蚀的理论得到历史证据的支持( b i r d ，1 9 9 6 ) 。近几 十年，大多数海平面相对上升的海岸都发生了侵蚀。一般情况下，在海岸侵蚀的过程中， 沉积物是向海搬运而非向岸运移( b i r d ，1 9 9 3 b ) 。这在沿岸陆壳下沉的地方尤为明显： 海滩缩小、堡岛变窄并向陆迁移。现今的海底地貌和沉积物与最近一次海侵开始时相比 有很大不同，因为在晚第四纪海侵及其后的作用中，现存海底剖面已发生了调整。 如果海平面像预测的那样迸一步上升，则近岸物质向岸迁移可能减小或抵消海岸侵 蚀的程度，但这仅局限于近岸沉积物补给过剩的海域。近岸沉积物补给通常由河流来沙 提供。全世界的河流来沙正在急剧下降。在海平面上升期间，沿岸流物质补给充足的岸 段也有可能保持稳定或淤积，这类物质可来自附近的海崖或海滩侵蚀。在陆壳下沉岸段 海侵形成的堡岛可能在海平面加速上升过程中被冲刷、淹没和疏散。 如果海平面进一步升高，很多现存海滩很可能不能得以维持或发生淤积作用。在海 侵过程中，过去地层所显示的海滩的发展演化阶段与现在或将来预测的情况关系并不 大。如果海平面沿现平原海岸( 特别是沙丘广泛发育的海岸) 上升，由于沉积物向岸搬 运，海滩将在海水淹没不到的新岸线上生成并扩展，现存海滩则被淹没、埋藏或破坏。 因此，除非有持续充足而又适宜的沿岸或近岸物质作为补偿，海平面上升的短期效应将 表现为现存海滩开始出现侵蚀或原来的侵蚀作用被加强。在海平面上升过程中，即便有 物质补偿，海滩也只能保留在当前位置上，而且必须避免沿海低地由于修建防波堤或人 工填海而急剧后退。 2 2 2 河流供沙量减少 在河流供沙成为海岸惟一或主要物质来源的岸段，河流入海泥沙量的减少很可能导 致海岸的侵蚀( b r o w n l i ea n db r o w n ，1 9 7 8 ) 。河流供沙量的减少，可以是由于流域降 雨量降低或冰雪融水减少而导致地表径流减少( 从而使产沙量降低) ，也可能是由于流 域采取了土壤保持措施，或者是河道的挖沙或河流改道，但河流入海泥沙量减少的最重 要原因是在流域筑坝建库，使河流供沙被拦截，减小了三角洲泥沙的供应量( y a n ge t 温旭：胜利滩海油田海洋蚀退诱因分析及防护对策研究 a 1 ，2 0 0 2 ) ，结果在原来泥沙的供给下淤涨或稳定的海岸出现侵蚀，在有强劲海流将 河口泥沙带向远处的地方，海滩侵蚀速度更快。 修建水坝的例子很多，最著名的例子是尼罗河三角洲( t h en i l ed e l t a ) 。在那里， 从尼罗河口各汉道入海的泥沙被沿岸流往两侧搬运。在几个世纪中，三角洲处于淤积状 态。1 9 0 2 年上游拦河坝修建之后不久，r o s e t i a 和d a m i e t t a z 两河口汉道附近的海岸就 开始出现侵蚀。1 9 6 4 年修建的阿斯旺高坝( t h ea s w a nh i g hd a m ) 后，河流泥沙绝大部 分被拦截在l a k en a s s e r 水库内，使三角洲侵蚀速度更快，范围也更广。一些三角洲岸 段上的岸线侵蚀速率达4 0 m a ( o r l o v aa n dz e n k o v i c h ，1 9 7 4 ：f a n o s ，1 9 9 5 ) ，一些物 质由此沿岸向东搬运至s a i d 港，但是更大一部分搬运到了岸外( l o f t ya n df r i h y ，1 9 9 3 ) 。 在许多河流一三角洲系统也发生了同样的事件。这样的例子有法国的r h o n e 三角洲、 乌克兰( u k r a i n e ) 的d n i p e r 和d n i e s t e r 三角洲、印度尼西亚的c i t a r u m 三角洲、澳 大利亚东北部的b a r r o n 三角洲。l y ( 1 9 8 0 ) 通过资料分析得出，加纳( g h a n a ) 海岸的 海滩侵蚀就是v o l t a 河上建造a k o s o m b o 水坝的结果。在南加洲海岸，相对较强的波浪 作用大大限制了三角洲的发育。原来由沿岸流对河流来沙进行重新分布，三角洲得以维 持，但河流建坝导致供沙量减少，使三角洲被侵蚀殆尽( n o r r i s ，1 9 6 4 ) 。建在t i j u a n a 河上的拦河坝每年截留将近6 0 万m 3 的沉积物，这使河口北部的海滩失去了泥沙补给， 引起了海滩侵蚀，在i m p e r i a l 海滩尤甚( p a s k o f f ，1 9 9 4 ) 。c a u c a s i a n 黑海海岸的海 滩侵蚀被归因于河流上水坝的建立( z e n k o v i c h ，1 9 7 3 ) ，且在瑞士北部，大部分河流 用于水利发电，水坝的建立是必须的，从而使河流产沙减少。在陆壳稳定上升的情况下， 一些三角洲岸段如i n d a l 河三角洲海岸仍然发生了侵蚀。美国的s k o k o m i s h 河流域调水 4 0 使其三角洲外侧( t h eo u t e rd e l t a ) 出现1 1 3 3 c m a 的蚀低速率( j a ya n d s i m e n s t a d ，1 9 9 6 ) 。类似的例子还有西班牙的e b r o 河三角洲( t r e h a i l e ，1 9 9 7 ) 、我 国的滦河三角洲( 钱春林，1 9 9 4 ) 和南渡江三角洲( 龚文平和王宝灿，1 9 9 8 ) 等。黄河 曾是世界上输沙量最大的河流( 年输沙量曾高达1 6 亿t ，近年由于频频断流，入海泥沙 量仅为2 3 亿t a ，原来快速淤涨的三角洲出现了强烈侵蚀现象( 周永青和陈宗团， 1 9 9 8 ) 。 长江是我国最大的河流，也是世界上最重要的河流之一。长江的入海径流量居世界 第五位，仅次于亚马逊河( a m a z o n ，南美洲) 、扎伊尔河( z a i r e ，非洲) 、奥里诺科 河( o r i n o c o ，南美洲) 和恒河( g a n g e b r a h m a p u t r a ，亚洲) ( e i s m a ，1 9 9 8 ) 。长江 的入海泥沙量原居世界第四位，但近年由于黄河泥沙骤降，已升至第三位，仅次于亚马 逊河和恒河。由于这段时间内流量并没有增加，输沙量的增加可能与流域植被破坏引起 的土壤流失加剧有关( y a n ge ta 1 ，2 0 0 2 ) 。从廿世纪5 0 年代至8 0 年代中期，长江 大连理工大学专业学位硕士学位论文 上游的地表侵蚀一直呈增强趋势( 朱鉴远，2 0 0 0 ) ，自廿世纪5 0 年代以来，长江流域 水库累计库容呈指数增长趋势，导致大通站入海泥沙量在6 0 年代出现由增加转为下降 的趋势。下列因素也将导致长江入海泥沙减少：( 1 ) 作为西部生态环境建设重要内容 的流域植被保护和恢复会减少地表土壤的流失；( 2 ) “南水北调”工程( 己部分上马) ； ( 3 ) 除三峡工程外，流域内今后还将修建其他一些水库( 朱鉴远，2 0 0 0 ) 。据估计， 今后几十年，长江的年入海泥沙量将下降到2 亿t 以下，三角洲海岸将不可避免地发生 侵蚀( y a n ge ta 1 ，2 0 0 3 ) 。长江三角洲是我国最重要的经济区之一，世界级大都市 上海就矗立在长江三角洲之上。长江三角洲滩涂是上海惟一的后备土地来源。三角洲海 岸的侵蚀无疑会制约上海今后的发展。除修建水坝外，河道采沙也可引起河流入海泥沙 的减少，从而诱发三角洲海岸的侵蚀，例如日本的t e n y u 河系统( k o i k e ，1 9 8 5 ) 。在 英格兰西南部也有这样的例子( b i r d ，1 9 9 6 ) 。 黄河以含沙量大闻名于世，本世纪以前多年平均入海沙量1 0 亿t 以上，每年新造 陆地2 0 k m 2 以上，使黄河三角洲海岸呈扇形推进。但自从廿世纪后期，黄河入海沙量急 剧减少，年入海沙量连续不足4 亿t ，使黄河三角洲海岸由净淤进转为蚀退面积大于淤 进面积状态，目前黄河三角洲的海岸只是在现河口附近呈现净淤进状态。造成入海沙量 的减少是多方面的，主要由以下三种原因引起，一是黄河上中游大型水利工程的拦沙作 用，二是上中游地区水土保持已发挥明显作用，三是随着治黄工农业生产的发展，引水 量加大，从而引走大量黄河泥沙。 海滩侵蚀的另一个原因，是由于在内陆地区成功地采取了土壤保持措施，从而使河 流的产沙量减少。例如有流入意大利南部t a r a n t o 湾的河流( z u n i c a ，1 9 7 6 ) ，长期干 旱引起的河流流量减少也导致了