海平面上升和近岸波浪增强的综合效应对潮滩地貌动态的影响：对未来三角洲管理的启示

《Ocean & Coastal Management》：Combined effects of sea level rise and increasing nearshore waves on tidal flat morphodynamics: Implications for future delta management

潮汐平面对海平面上升（SLR）和波浪高度增加（HsR）的形态响应及 sediment supply 调节机制研究。基于动态平衡理论，采用 DET-ESTMORF 模型模拟不同 SLR（0-50 mm/yr）、HsR（0-5 mm/yr）及 sediment supply（10-110 mg/L）组合下潮汐平面形态演变。结果表明：SLR 促进潮汐平面凹凸度增加，HsR 加剧侵蚀导致剖面变陡，二者协同作用时存在拮抗效应，即联合影响弱于单独效应之和。充足 sediment supply 可缓冲 SLR 和 HsR 损耗，促进向海扩展甚至逆转侵蚀。建议综合管理策略，包括增加河流泥沙通量和建设波浪消能设施，以提升潮汐平面气候适应性。

　　在当前全球气候变化的背景下，潮间带作为沿海生态系统的重要组成部分，其形态演变与生态服务功能的变化对全球大河三角洲的可持续发展具有深远影响。潮间带不仅为生物提供了栖息地，还在调节水动力过程、沉积物输运、缓冲风暴潮和海平面上升等方面发挥着关键作用。然而，随着海平面上升和波浪高度增加等气候压力的加剧，潮间带正面临前所未有的挑战，包括生态系统退化、土地流失以及对沿海基础设施和人类活动的威胁。因此，理解潮间带在不同气候压力下的响应机制，对于制定有效的管理策略、增强沿海适应能力至关重要。

本研究基于动态平衡理论（Dynamic Equilibrium Theory, DET），利用一个一维潮汐地貌动力学模型（DET-ESTMORF），探讨了潮间带在海平面上升（SLR）、波浪高度上升（HsR）和沉积物供应变化等不同气候情景下的形态响应。模型的建立不仅考虑了水动力条件的变化，还整合了沉积物输运与地形演变之间的相互作用，为潮间带的长期演变提供了新的视角。研究结果表明，海平面上升会导致潮间带剖面更加凹陷，而波浪高度的增加则会加剧侵蚀作用，使剖面逐渐变陡。当这两种因素同时作用时，潮间带会经历更快的向内陆退缩和海拔下降，形成更陡的剖面。然而，海平面上升与波浪高度上升之间存在非线性交互作用，它们的联合效应并不等于两者单独作用的总和，反而呈现出一定的抵消效应。这种非线性关系意味着，在设计潮间带保护措施时，不能简单地将两者视为独立变量，而应考虑它们的耦合影响。

沉积物供应在缓解潮间带退缩方面起到了决定性作用。当沉积物供应充足时，潮间带不仅能够维持其形态，还可能向海洋方向扩展，从而抵消海平面上升和波浪高度增加带来的负面影响。相反，如果沉积物供应不足，潮间带的退缩速度将显著加快，甚至导致生态系统退化和土地丧失。因此，增加河流输沙量、实施人工补沙措施等策略，成为应对潮间带退缩的重要手段。此外，波浪能的消散措施，如建设波浪缓冲结构、利用自然屏障（如红树林、珊瑚礁和人工沙洲）等，也能够有效抑制潮间带的退缩趋势，甚至逆转侵蚀过程。这些措施不仅有助于维持潮间带的生态功能，还能增强沿海地区的自然防御能力，减少风暴潮和海平面上升带来的灾害风险。

模型验证结果显示，DET-ESTMORF在模拟潮间带形态演变方面具有较高的预测能力。通过与荷兰瓦尔登河口和中国长江口两个自然潮间带的观测数据进行对比，模型在不同时间尺度上的模拟结果与实际变化趋势保持良好一致性。这表明，该模型能够有效地反映潮间带在长期气候变化下的响应特征，为未来的预测和管理提供了可靠的工具。此外，模型还能够捕捉短期（如每日）的地形变化，进一步增强了其在实际应用中的适用性。

研究进一步探讨了潮间带在不同沉积物供应水平下的形态演变趋势。当沉积物供应充足时，潮间带能够抵抗海平面上升和波浪高度增加带来的侵蚀压力，甚至实现向海洋方向的扩展。然而，当沉积物供应不足时，潮间带更容易受到侵蚀影响，导致向内陆退缩。在高沉积物供应条件下，潮间带的退缩趋势相对减弱，而低沉积物供应系统的退缩则更为显著。这说明，在制定潮间带保护策略时，沉积物供应是一个不可忽视的关键因素。通过增加沉积物输入，可以有效延缓潮间带的退缩，同时维持其生态功能和景观稳定性。

在模拟中，研究者还探讨了波浪高度变化对潮间带剖面的影响。随着波浪高度的增加，潮间带的侵蚀作用显著增强，特别是在中下部区域，波浪能量的增加导致了更强烈的沉积物再悬浮和向海洋的输运。这种变化不仅加剧了潮间带的退缩，还改变了其整体形态，使其剖面变得更加陡峭。而在海平面上升的情况下，潮间带的侵蚀主要发生在中下部区域，上部区域则可能经历相对的沉积过程。因此，海平面上升和波浪高度上升的共同作用会使得潮间带的形态演变更加复杂，需要更精细的模型来解析其动态变化。

本研究还揭示了海平面上升与波浪高度上升之间的非线性关系。在某些情况下，这两种因素的联合效应反而比其单独作用更弱，这表明在潮间带管理中，不能简单地叠加两种因素的影响，而应考虑其相互作用。例如，在高沉积物供应的系统中，潮间带的退缩速率会受到海平面上升和波浪高度上升的双重抑制，而在低沉积物供应的系统中，这两种因素的叠加可能进一步加剧退缩趋势。因此，未来的潮间带管理策略应结合沉积物供应调控和波浪能消散措施，以实现更有效的适应和缓解。

此外，研究还强调了自然解决方案在潮间带保护中的重要性。例如，通过建设波浪缓冲结构，如木制防波堤、生物礁体和人工沙洲，可以有效减少波浪对潮间带的侵蚀作用。这些措施不仅成本较低，而且能够带来多种生态效益，如增强生物多样性、改善水质和促进沉积物沉积。因此，在全球气候变化加剧的背景下，结合自然和人工手段的综合管理策略，可能成为未来潮间带保护的重要方向。

尽管本研究取得了一定成果，但仍存在一些局限性。首先，所使用的模型为一维模型，虽然在计算效率和机制解析方面具有优势，但无法全面反映潮间带在横向和纵向方向上的复杂交互作用。其次，模型的预测依赖于预设的沉积物供应、海平面上升和波浪能变化情景，可能无法充分捕捉实际系统中的随机变化和人类干预的多样性。因此，未来的研究应进一步整合长期高分辨率监测数据和先进的数值模型，以更准确地识别潮间带在多重压力下的临界条件和反馈机制。同时，跨系统的比较研究，特别是在沉积物供应不足和充足的三角洲之间，将有助于更深入地理解不同区域的脆弱性和适应能力。

综上所述，潮间带的形态演变不仅受到海平面上升和波浪高度上升的影响，还高度依赖于沉积物供应和波浪能的消散。在应对全球气候变化的背景下，综合考虑这些因素的管理策略，如增加沉积物输入和实施自然波浪缓冲措施，将有助于维持潮间带的稳定性，增强其生态功能和对海岸侵蚀的防御能力。未来的研究应进一步探索潮间带在复杂环境下的动态响应，结合多学科方法，为三角洲的可持续发展提供科学依据和实践指导。