羅時龍　靳瑞芳

摘要：文章從岬灣海灘、岬角沙丘以及岬角沙丘過路輸沙的概念出發(fā)，引出岬角沙丘過路輸沙的概念模式，總結(jié)岬角沙丘過路輸沙的常用研究方法和研究現(xiàn)狀，指出岬角-海灘-沙丘系統(tǒng)在海岸帶輸沙中的重要作用;針對我國海岸風(fēng)沙地貌研究的現(xiàn)狀，提出應(yīng)加快海岸風(fēng)沙資源現(xiàn)狀調(diào)查、加強海岸風(fēng)沙地貌過程研究以及協(xié)調(diào)海岸風(fēng)沙地貌資源開發(fā)利用與修復(fù)保護，為我國海岸沙丘相關(guān)研究明確方向。

關(guān)鍵詞：岬灣海灘;岬角沙丘;岬角沙丘過路輸沙;海岸侵蝕與淤積;海岸沙丘資源

中圖分類號：P737.1;P748 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1005-9857（2024）02-0115-07

0 引言

全球約有30%的海岸線為砂質(zhì)岸線，其中約有50%的砂質(zhì)岸線以岬灣海岸地貌的形態(tài)呈現(xiàn)，這些海灘可稱為岬灣海灘[1-2]。我國海灘資源的整體布局受新構(gòu)造運動影響顯著，亦以岬灣海岸為主要特征，構(gòu)成復(fù)雜多樣的砂質(zhì)堆積地貌，岬灣海岸線約占總海岸線的66%，其中砂質(zhì)岸線又占岬灣海岸線的近50%[3]。由此可見，無論是在全球還是在我國，岬灣海灘在規(guī)模上都占據(jù)重要位置。

在岬灣海灘中，岬角構(gòu)成自然的邊界，在一定程度上限制沉積物的運移過程，其中岬角旁路輸沙（HB）和岬角沙丘過路輸沙（HO）是岬灣海灘沉積物運移的2種方式[4-5]。除此之外，岬灣海灘的沉積物運移還受海岸水動力、風(fēng)沙動力以及沉積物特征等因素的影響，使得岬灣海灘的泥沙運移總是隨著時間和空間變化，造成泥沙運移的不連續(xù)性和間歇性[5]，在計算局部岸段年際沉積物收支過程時必須同時考慮這2種輸沙方式。對于岬角沙丘過路輸沙占主導(dǎo)地位的岬灣來說，岬角沙丘的地貌動力特征、地表覆被變化、土地利用變化以及其他人類活動影響決定沉積物源匯過程，表現(xiàn)為岬角上下游海灘的侵蝕或淤積。

從20世紀(jì)90年代開始，岬角沙丘過路輸沙研究從最初的野外觀察發(fā)展到現(xiàn)階段的遙感、監(jiān)測和數(shù)值模擬相結(jié)合的手段，取得一系列新的理論成果，在海岸輸沙理論和工程應(yīng)用方面取得重大進(jìn)展。本研究回顧岬灣海灘岬角沙丘過路輸沙研究現(xiàn)狀，梳理其近40年來的發(fā)展過程，提出我國在該領(lǐng)域研究的不足之處，以期促進(jìn)海岸動力地貌學(xué)的發(fā)展和革新。

1 研究現(xiàn)狀

1.1 岬灣海灘的分類

岬灣海灘通常以天然或人工的岬頭為界，包圍一段彎曲的砂質(zhì)岸線。岬灣海灘常被賦予不同的名稱，如Zeta（ζ）海灘、心形海灘、對數(shù)螺線海灘、鋸齒形海灘、鉤狀海灘、袋狀海灘。多數(shù)的岬灣海灘是不對稱的，由上游彎曲的遮蔽段、中間微彎的過渡段和下游平直的切線段組成。Silvester等[6-7]和Hsu等[8]認(rèn)為岬灣海灘存在靜態(tài)平衡、動態(tài)平衡和不穩(wěn)定3種狀態(tài)。①靜態(tài)平衡岬灣沒有泥沙進(jìn)入和輸出，沿岸輸沙率均為零，岬灣總輸沙率為零。②動態(tài)平衡岬灣包括2種：一種是雖然存在不同方向的沿岸輸沙，但全年2個方向的輸沙率相等，則凈輸沙為零，海岸沒有侵蝕和淤積;另一種是雖然海岸存在凈輸沙，但相鄰2個端面的凈輸沙相等，海岸仍沒有侵蝕和淤積。③不穩(wěn)定岬灣的上下游輸沙率在一定時空范圍內(nèi)不等，海岸出現(xiàn)侵蝕或淤積。

通常情況下，可根據(jù)岬角的個數(shù)、海灘的形態(tài)、海灣的開敞與遮蔽情況對岬灣海灘進(jìn)行分類。Hsu等[9]劃分4種類型的岬灣海灘，即單型岬灣、復(fù)型岬灣、河口沙嘴型岬灣和連島沙壩型岬灣。①單型岬灣在優(yōu)勢浪的作用下形成單曲線海灘，是最常見的岬灣海灘類型;通常下游無岬角或有突出的規(guī)模較小的岬角，海灘基本處于靜態(tài)平衡狀態(tài)（圖1）。②復(fù)型岬灣又稱凹形海灣，由2個岬角和2條曲線海灘構(gòu)成，整體上近對稱;上下游各有1個岬角，易受季節(jié)性的水動力影響，存在季節(jié)性的輸沙，海灘處于靜態(tài)或動態(tài)平衡狀態(tài)（圖2）。③河口沙嘴型岬灣形成于大型岬角的遮蔽段，河流輸運物質(zhì)通常由此入海;由于上游河流沉積物的輸入，海灘通常處于動態(tài)平衡狀態(tài)（圖3）。④連島沙壩型岬灣通常形成于海島波影區(qū)，處于相對較弱的水動力環(huán)境，允許沙嘴和沙壩的發(fā)育，如山東芝罘島以連島沙壩與陸地相連而形成岬灣海灘（圖4）。

1.2 岬角沙丘的概念

Tinley[10]認(rèn)為岬角沙丘是海岸沙丘的類型之一，屬于地形阻礙沙丘;這種沙丘并不像海岸輸沙那樣繞過岬角，而是由岬角陸側(cè)路過，是特殊的進(jìn)積型海岸沙丘;而且其向海洋方向發(fā)展而不是向內(nèi)陸延伸，最終為岬角下游的海灘供沙（圖5）。Jackson等[11]認(rèn)為岬角沙丘有獨特的遷移方式，并將其列為海岸沙丘的類型之一。此外，在巴西南部海岸、南非海岸、澳大利亞海岸、西歐海岸以及非洲西部島嶼海岸都存在岬角沙丘，學(xué)者將其作為單獨的海岸風(fēng)沙地貌類型進(jìn)行相關(guān)研究。

1.3 岬角沙丘輸沙的概念模型

岬角沙丘過路輸沙是指在岬灣海灘中通過岬角陸側(cè)沙丘將沉積物從上游海灘輸運到下游海灘的過程。岬角沙丘過路輸沙的過程與岬角沿岸輸沙有所區(qū)別：岬角沙丘過路輸沙是沉積物通過岬角陸側(cè)運移，輸沙動力為風(fēng)沙驅(qū)動;岬角沿岸輸沙（也稱岬角旁路輸沙）是沉積物繞過岬角的濱海運移，輸沙動力為沿岸流驅(qū)動。有學(xué)者認(rèn)為岬角沙丘過路輸沙應(yīng)滿足3個條件[5]：①岬角上游海灘有充足的物源供應(yīng);②岬角地形、海灘走向和優(yōu)勢風(fēng)向滿足沉積物運移的條件;③岬角下游海灘作為沉積物源匯有足夠的容納空間。一些學(xué)者分別提出岬角沙丘過路輸沙和岬角旁路輸沙的概念模式（圖6）[12-15]。

1.4 岬角沙丘過路輸沙的相關(guān)研究

岬角沙丘過路輸沙的研究方法取決于研究目的和研究的時空尺度。①野外觀察是最早的研究方法，同時是最常用的直觀觀測方法。例如：對岬灣海灘侵蝕地貌的野外觀察能夠看到侵蝕陡坎和陡崖、裸露的植被根系、倒塌在岸灘上的構(gòu)筑物，據(jù)此可以推斷岸灘侵蝕的時間和空間尺度。②借助地圖軟件，通過對比和處理長時間尺度的衛(wèi)星影像資料，能夠大致解釋岸灘侵蝕和淤積的原因，計算岸線變化速率，甚至預(yù)測演變趨勢。③通過沉積物測年，在時間框架下分析沉積物的粒度、礦物、古生物以及巖相特征，能夠重建沉積過程，并了解沉積物的歷史運移路徑和源匯過程。④通過地形測量，能夠揭示岬角-海灘-沙丘系統(tǒng)的地貌變化過程。海岸風(fēng)沙地貌過程研究的測量設(shè)備包括RTK-GPS、無人機載光譜測量系統(tǒng)、激光雷達(dá)系統(tǒng)等，也有學(xué)者使用淺地層剖面儀研究沉積物的構(gòu)造特征并反演沉積物的沉積建構(gòu)。岬角沙丘過路輸沙的主要研究方法及其優(yōu)缺點如表1所示[5]。

McLachlan等[12]運用野外觀察的方法最先關(guān)注岬角沙丘過路輸沙，并報道南非海岸的3個岬角沙丘過路輸沙案例，指出岬角沙丘過路輸沙是海岸帶沉積物輸運系統(tǒng)的一部分，岬角沙丘能作為輸沙走廊將風(fēng)沙沉積物從上風(fēng)向海灘輸送到下風(fēng)向海灘;同時，追溯岬角沙丘地貌的演化歷史，指出人類活動造成的沙丘固化阻斷沉積物運移通道以及改變海岸帶沉積物系統(tǒng)輸沙平衡，導(dǎo)致岬角下游產(chǎn)生嚴(yán)重的沉積物“赤字”，引發(fā)岸灘侵蝕與岸線后退。有學(xué)者在研究南非海岸的岬角沙丘時提出應(yīng)重視岬角沙丘過路輸沙過程，并充分認(rèn)識海岸帶沉積物輸運系統(tǒng)的完整性和重要性[16-17]。

Pinto 等[13] 利用遙感影像分析方法研究Santinho-Ingleses岬角-沙丘-海灘系統(tǒng)中的沙丘變化過程，并對沙丘植被覆被變化、城鎮(zhèn)化以及沙丘遷移進(jìn)行統(tǒng)計分析;研究表明，1938-2013年研究區(qū)植被覆被增加58%，大面積活動沙丘已逐漸被植被覆蓋，沙丘固化過程顯著，2002—2014年輸沙量減少17%，同時城鎮(zhèn)化進(jìn)程逐年加快，受二者影響，沙丘遷移速率明顯降低，從而減少向下游的輸沙量，引起岸灘侵蝕。Boeyinga等[18]的研究表明，如果Santinho沙丘停止對下游海灘供沙，20年后海灘將后退60m;植被固化和城鎮(zhèn)化是引起岬角沙丘動力地貌過程的主要因素，其改變海岸帶沉積物運移系統(tǒng)的輸沙平衡。Calvento等[19]利用衛(wèi)星圖片和遙感影像研究海島岬角輸沙，認(rèn)為海島的海岸帶輸沙系統(tǒng)也符合岬角沙丘過路輸沙理論，給出海島沙丘系統(tǒng)沉積物運移的概念模式，指出應(yīng)從整體觀念出發(fā)把海島看成單獨系統(tǒng)來研究。Claudino-Sales等[20]運用遙感手段分析不同時期的衛(wèi)星圖片來獲取岬角沙丘覆被變化狀況，半定量地給出岬角上下游的海岸侵蝕和淤積量，指出人類活動是造成岬角-海灘-沙丘系統(tǒng)沉積物收支失衡和土地覆被變化的主要因素。

為研究Cresmina岬角沙丘過路輸沙的過程，Rebelo等[21]監(jiān)測沙丘的地形變化，運用DGPS的RTK模式采集數(shù)據(jù)，分別于2000年和2001年測量沙丘地形，利用數(shù)字地形模型計算單寬輸沙量;研究表明，Cresmina海岸沙丘是向前進(jìn)積的過路沙丘，以平均5m/年的速度向前進(jìn)積，向下游的單寬輸沙量達(dá)到40m3/年，形成下游海岸的持續(xù)沙源。Klein等[22]運用同樣的方法研究巴西南部海岸的岬角沙丘過路輸沙，給出沙丘的儲沙量和輸沙率，結(jié)合前人的研究指出岬角沙丘沉積物收入大于支出，沙丘將持續(xù)向下游海灘供沙。

自McLachlan等[12]對岬角沙丘過路輸沙開展研究以來，世界范圍內(nèi)開展多項相關(guān)研究。Derele等[5]總結(jié)前人的研究成果，提出“適應(yīng)自然過程”的發(fā)展模式;近年來，學(xué)者們分別在各自著作中涉及岬角沙丘過路輸沙的內(nèi)容，指出岬角沙丘過路輸沙的重要性[9，23-26]。國內(nèi)學(xué)者董玉祥[27-28]和方海燕等[29]對我國海岸風(fēng)沙地貌類型進(jìn)行研究，但沒有對岬角沙丘進(jìn)行描述，目前我國仍未有該方面的研究成果發(fā)表。

2 我國海岸沙丘輸沙現(xiàn)狀

2.1 海岸沙丘固化嚴(yán)重，活動沙丘銳減

烏戈特茉勒等[30]利用地形圖和ETM 影像數(shù)據(jù)研究近50年來河北昌黎黃金海岸的沙地變化，結(jié)果表明海岸沙地空間范圍經(jīng)歷由初期的擴展到后期的縮減變化，如有林沙地的面積由1956 年的1.23km2 擴展到2000 年的58.44 km2，增加近60倍，而裸沙地面積則不斷減少。王金華等[31]利用GIS技術(shù)分析福建海岸沙地利用的變化情況和驅(qū)動因素，結(jié)果亦表明海岸沙地總體呈減少趨勢，56年間共減少931.53hm2，縮減速度達(dá)到17hm2/年。廖繼武[32]在研究海南西部沿海地區(qū)防護林演變規(guī)律時發(fā)現(xiàn)，自20世紀(jì)50年代以來，海南西部沿海風(fēng)沙化土地呈減少趨勢，到2000年減少到歷史最低水平，而防護林面積則一直呈增加勢頭。

自20世紀(jì)中期以來，典型的海岸帶土地利用變化規(guī)律表明，從北方到南方的海岸帶沙地的土地利用類型發(fā)生巨大變化，主要是由裸沙地轉(zhuǎn)變成有林沙地或防護林。分析表明，治沙造林和城鎮(zhèn)化是土地利用方式改變的主要驅(qū)動力，由此造成海岸風(fēng)沙地貌植被覆被增加、沙丘固化率升高以及原本的活動沙丘變成固定沙丘。防護林具有固沙功能毋庸置疑，但同時也阻斷風(fēng)沙的運移路徑，從而改變風(fēng)沙地貌的自然演化規(guī)律。

2.2 沙丘海岸侵蝕和淤積嚴(yán)重，災(zāi)害地質(zhì)現(xiàn)象頻發(fā)

根據(jù)文獻(xiàn)研究可知，對于岬角沙丘過路輸沙海岸，岬角陸側(cè)輸沙通道是沉積物運移的走廊，上游海灘的沉積物在風(fēng)驅(qū)動下被搬運到下游海灘，并為下游海灘補充沉積物沙源。也就是說，岬角-沙丘-海灘組成有機聯(lián)系的系統(tǒng)，該系統(tǒng)中存在自身的沉積物源、沉積物匯和沉積物運移路徑，從而保證系統(tǒng)泥沙收支平衡;而泥沙收支平衡一旦被打破，在建立新平衡的過程中就會出現(xiàn)海岸侵蝕和淤積現(xiàn)象。通過研究海南峻壁角岬角-沙丘-海灘系統(tǒng)動力地貌過程可以發(fā)現(xiàn)，岬角上游的棋子灣海灘近年來有淤積現(xiàn)象，濱海地區(qū)遭受風(fēng)沙的侵?jǐn)_;為防止風(fēng)沙進(jìn)入生活區(qū)，人們筑起防沙柵欄，風(fēng)沙在柵欄的向海側(cè)逐漸積累，形成可見的沙堆并呈現(xiàn)風(fēng)沙堆積地貌（圖7）;相應(yīng)的，岬角下游小角灣海岸侵蝕嚴(yán)重，沿岸防護林被沖刷，木麻黃倒塌或根系裸露，甚至可見高近10m 的侵蝕陡崖，顯示典型的侵蝕地貌特征（圖8）。

3 我國海岸風(fēng)沙研究展望

羅時龍等[33]和董玉祥等[34]指出現(xiàn)階段我國須依托野外觀測、分析實驗、物理模擬和數(shù)值模擬“四位一體”多學(xué)科協(xié)同的技術(shù)方法，進(jìn)行海岸風(fēng)沙地貌與大氣、波浪、海灘的綜合研究。從保護海岸風(fēng)沙地貌以及減少地質(zhì)災(zāi)害的目的出發(fā)，開展海岸風(fēng)沙資源開發(fā)利用與保護治理的協(xié)調(diào)研究。

除此之外，針對我國海岸風(fēng)沙地貌研究的現(xiàn)狀和不足及其與國際研究成果的差距，在新時代背景下應(yīng)在3個方面加以重視。①加快海岸風(fēng)沙資源現(xiàn)狀調(diào)查;②加強海岸風(fēng)沙地貌過程研究;③協(xié)調(diào)海岸風(fēng)沙地貌資源開發(fā)利用與修復(fù)保護。

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