伊利湖北岸的 bluff 退缩速度及海岸线变化情况

《Journal of Great Lakes Research》：Rates of bluff retreat and shoreline change along the north shore of lake Erie

北岸伊利湖186公里海滩及109公里斜坡的侵蚀速率及沉积物流失研究（2006-2020）。量化显示斜坡平均后撤速率为-1.56米/年，受水位波动、风暴增强及湖冰减少影响，导致沉积物年损失达43.23×10?立方米，但部分沉积物因护岸结构失效 bypass至外海。研究揭示气候变化与人类活动加剧斜坡侵蚀，威胁基础设施及生态平衡，需进一步探讨沉积物通量与海岸管理策略。

　　随着气候变化和人类活动的增加，北美五大湖地区的湖岸侵蚀现象日益严重。特别是在伊利湖的北部湖岸，冰川崖的退缩不仅威胁到敏感的生态环境，还对基础设施和私人财产构成了重大挑战。本研究通过对2006年至2020年间186公里湖岸和109公里冰川崖的影像资料进行分析，揭示了现代湖岸变化和冰川崖退缩的具体情况。研究采用了来自西南安大略省正射影像项目（SWOOP）的影像数据和数字高程模型（DEM）数据，以量化湖岸和冰川崖的变化趋势。

研究发现，冰川崖的退缩速度平均为每年-1.75米，而湖岸的平均退缩速度为每年-1.56米。尽管这些平均值提供了一个整体趋势，但沿湖岸方向的变化存在显著差异。这种差异可能与湖水位波动、风暴活动频率及强度的变化有关。同时，冰川崖退缩带来的沉积物流失量达到每年43.23×10^5立方米，表明湖岸的侵蚀过程正在加速。在同样的时间段内，靠近防波堤的上风侧区域每年损失约2.6×10^6立方米的沉积物，这暗示着防波堤可能已经无法有效阻挡沉积物的输运，导致沉积物绕过防波堤，进入湖中。

研究还指出，尽管大量沉积物从冰川崖和防波堤后方被释放出来，但湖岸仍然继续侵蚀，特别是在远离防波堤的尖端区域。这表明沉积物可能被输运到湖中或超出尖端区域的范围。为了全面了解冰川崖沉积物的当前和未来命运，以及其对区域沉积物预算的影响，需要进一步的研究。

在伊利湖的北部，冰川崖主要由冰川沉积物构成，包括粘土质冰川沉积物和壤质冰川沉积物。这些冰川崖的高度从约3米到超过45米不等。沿湖岸方向，冰川崖的高度和组成存在显著变化，这与不同的冰川沉积物和冲积物有关。根据海岸线的弯曲程度和波浪的入射方向，冰川崖退缩带来的沉积物主要沿两个主要的湖岸单元输运，分别是西向单元和东向单元。这些湖岸单元被防波堤打断，防波堤的安装是为了保护伊利欧（Erieau）、波特格拉斯（Port Glasgow）、波特斯坦利（Port Stanley）、波特布鲁斯（Port Bruce）和波特伯韦尔（Port Burwell）等重要港口。

在研究区域的西端，伦德鲁半岛（Rondeau Peninsula）是一个突出的沙质突堤，向伊利湖延伸约7公里。该半岛从北到南逐渐变宽，从约0.5公里扩展到2公里。沉积物主要来源于西向湖岸单元，但在某些情况下，较小的次级单元也会带来沉积物，形成向东南延伸的屏障突堤，与主要的向西南延伸的突堤相连。在波特格拉斯突堤和防波堤的保护下，该区域的沉积物输运受到限制，导致西向突堤显著变窄，并在风暴期间频繁被冲刷，从而威胁到伦德鲁省立公园（Rondeau Provincial Park）这一重要的生态区域。

研究区域的东端是朗普顿半岛（Long Point Peninsula），一个垂直于诺福克冰川丘（Norfolk moraine）的屏障突堤。该屏障主要由沙质和砾质的连续海滩组成，其北侧则广泛分布着沼泽。该半岛向西向东延伸约40公里，完全位于朗普顿省立公园（Long Point Provincial Park）内，为许多濒危和受威胁的两栖动物提供了重要的栖息地，同时也是许多水禽迁徙的重要中转站。

本研究关注的是湖岸、冰川崖底部和顶部的移动速度以及体积变化。研究采用高分辨率航空影像和2015年的数字表面模型（DSM）数据，结合2015年的结构从运动技术，对研究区域的湖岸和冰川崖体积变化进行了分析。这些数据帮助研究人员计算了湖岸和冰川崖的体积变化，为理解沉积物输运和湖岸变化提供了重要信息。

在2006年至2020年的研究期间，湖水位的变化对湖岸的位置产生了显著影响。研究通过计算湖岸变化的修正值，以排除水位波动对结果的影响。在t1（2006-2010）、t2（2010-2015）和t3（2015-2020）三个时间段内，湖岸变化的平均速率分别为-0.13±0.54米/年、-1.07±0.33米/年和-1.07±0.33米/年。尽管这些变化速率显示出一定的波动性，但它们表明湖岸在研究期间经历了显著的侵蚀过程。此外，冰川崖底部和顶部的退缩速率在不同时间段和不同湖岸单元之间也存在显著差异，表明侵蚀过程的复杂性。

研究结果表明，冰川崖的退缩速度在t3（2015-2020）期间达到峰值，平均退缩速率达到每年-1.56米。这一趋势与水位的升高和冬季冰盖减少密切相关，可能增加了湖岸侵蚀的潜力。同时，沉积物的输运方向也发生了变化，从西向单元转向东向单元，这可能与波浪方向的变化有关。

研究还发现，沉积物的输运和沉积在不同时间段内存在显著差异。在t1和t2期间，湖岸和冰川崖的变化较为缓慢，而在t3期间，变化速率显著增加。这表明，随着水位的升高和冰盖的减少，湖岸的侵蚀过程可能加速。同时，沉积物的输运路径和沉积模式也在不同时间段内发生了变化，这可能与波浪活动的增加有关。

此外，研究还指出，沉积物的输运和沉积可能受到防波堤的影响。防波堤虽然旨在保护港口免受侵蚀，但它们可能已经达到了其最大容量，导致沉积物绕过防波堤，进入湖中。这不仅影响了湖岸的稳定性，还可能导致沉积物的流失，对湖岸生态系统的完整性造成威胁。

研究的局限性在于，未考虑河流和沟壑带来的沉积物输入。这意味着，研究结果可能低估了沉积物的总供应量。然而，研究结果仍然提供了重要的信息，有助于理解湖岸侵蚀的机制和驱动因素。未来的研究需要进一步探讨沉积物输运路径和沉积模式，以及它们对湖岸生态系统的影响。此外，还需要对沉积物的长期供应和沉积进行评估，以制定更有效的湖岸管理策略。