英国北德文郡Westward Ho!地区复合屏障系统的形态动力学

《Marine Geology》：Morphodynamics of a composite barrier system, Westward Ho!, North Devon, UK

砾石屏障西海岸Ho!系统研究显示1887-2024年间整体退行率达0.71米/年，北部加速至2.39米/年，南部减缓至0.18米/年，揭示微级食人现象。尽管海平面年均上升4.4毫米（2001年后），但退行率与SLR无显著相关。2007-2024年损失21.6万立方米沉积物，经LiDAR和地形剖面分析，证实主要来自北部砾石 ridge及后部沙丘，部分经Taw-Torridge estuary输运至北岸Saunton Sands。波浪功率分析表明近岸沙区存在季节性响应，但北部退行与长岸波能无关。研究强调需建立混合沉积形态模型预测未来数十年持续退行。

　　
### 砾石屏障系统形态动力学的时空演变与驱动机制研究——以英国西海岸怀特希斯复合砾石海滩为例

#### 一、研究背景与意义
砾石屏障系统作为中高纬度海岸带重要的地貌单元，兼具自然防护与生态价值。这类复合地貌由滨海沙体、砾石堤岸和后缘沙丘构成，其动态演变受海平面上升、波浪动力及 sediment 供需失衡等多重因素影响。本研究选取英国西南部比德福德湾的怀特希斯复合砾石海滩作为对象，通过长达137年的历史数据与近20年高分辨率监测，揭示其形态演变的时空特征及驱动机制，为海岸带管理提供理论依据。

#### 二、研究区域与对象
研究区位于比德福德湾北端，是一个长达3.5公里的复合砾石海滩系统，由潮间带沙体、砾石堤岸及后缘沙丘构成。该系统具有独特的地貌特征：堤岸以64-512毫米级砾石为主，潮间带沙体与堤岸存在明显界面（约2.5米潮高基准），后缘发育成沙丘地貌。研究区西临埃克塞特郡，东接托尔里奇海峡，具有典型的西欧海岸动力条件。

#### 三、时间尺度与演变特征
1. **百年尺度演变**（1887-2023）
- 全域退让速率0.71米/年，累计退让97米
- 南部堤岸年均退让0.65米，北部达0.8米
- 退让过程呈现阶段性特征：1905-1947年快速退让（1.17米/年），2001年后退速率趋缓（0.18米/年北部，0.65米/年南部）

2. **近十年演变**（2007-2024）
- 总 sediment 体积损失21.6万立方米（±8.6万）
- 年均 loss 率3.6立方米/米，其中北部区域（C区）达15.4立方米/米/年
- 堤岸形态发生分区性转变：南部形成"浪蚀-冲刷平衡带"，北部发展为"沿岸漂移不稳定段"

#### 四、驱动机制分析
1. **海平面上升的复合影响**
- 1887-2023年累积上升约1.07米（年均0.75毫米）
- 2000年后上升速率陡增至4.4毫米/年，与北部堤岸加速退让（2.39米/年）呈正相关
- Bruun规则预测退让速率（0.17-0.53米/年）与实测值存在系统性偏差，表明需要考虑混合 sediment 介质的特殊效应

2. **波浪动力学的空间分异**
- 全域主导波向281°（西南向），冬季波高1.8米，夏季0.9米
- 跨岸波功率（P_x）是沿岸波功率（P_y）的30倍，但仅有南部堤岸（A/B区）显示显著相关性（r=0.45，p<0.05）
- 北部堤岸（C区）P_x/P_y比值达0.18，显示显著的沿岸漂移主导特征

3. ** sediment 传输路径重构**
- 沙体 loss 主要源于北部堤岸（C区损失26.1万立方米）和南部潮间带（A区损失2.65万立方米）
- 沿岸漂移将 sediment 运输至托尔里奇河口内湾（E区 gain 5.6万立方米）及Saunton沙滩（D区 gain 0.87万立方米）
- 微型侵蚀-沉积循环（micro-cannibalization）在北部堤岸尤为显著，表现为堤岸高度下降3.6米与海岸线顺时针旋转14°

#### 五、关键发现与机制解释
1. **分段演化模式**
- 南部堤岸（A/B区）形成"浪蚀稳定段"：2013-14极端风暴引发堤岸冲刷（-26.5万立方米）与回淤并存
- 北部堤岸（C区）发展为"沿岸漂移脆弱段"：2012-14年间堤岸前缘后退12-36米，沙丘体系降低3.6米
- 分界点（hinge point）位于堤岸中段，两侧退让速率差异达13米/年

2. **形态-过程耦合关系**
- 低潮线附近形成近平衡态（角度偏差<2°），但堤岸体系整体存在5°-14°的波向偏离
- 极端事件（如2013-14冬季）导致堤岸回淤（+5770立方米）与侵蚀（-261,000立方米）并存
- 沙丘系统作为缓冲层，其高度下降（-3.6米）直接导致堤岸稳定性降低

3. **管理启示**
- 北部堤岸（C区）存在临界侵蚀速率（>2.39米/年），需实施工程干预
- 南部堤岸（A/B区）呈现季节性波动，建议采用"监测-修复"间歇策略
- 口门通道（E区）的泥沙通量变化可能加剧堤岸后缘侵蚀

#### 六、研究局限与展望
1. **数据局限性**
- 历史地形数据间隔较大（1887-1905、1905-1947等不同时段）
- LiDAR数据分辨率（1米）可能低估细粒 sediment 的迁移

2. **理论深化方向**
- 需建立混合 sediment 介质的数值模型（2D/3D耦合模型）
- 应加强极端事件（如2013-14冬季）的长期监测
- 需评估口门工程对堤岸系统形态的反馈效应

3. **应用前景**
- 指导北部堤岸（C区）的生态工程布局（如人工沙丘重建）
- 优化南部堤岸（A/B区）的植被护坡方案
- 建立区域尺度（比德福德湾）的 sediment 供需平衡模型

#### 七、结论
怀特希斯复合砾石海滩的演变呈现显著的时空分异特征：南部堤岸通过周期性回淤维持相对稳定，北部堤岸则因沙丘体系退化导致侵蚀速率激增。研究证实海平面上升通过改变基准面位置间接影响堤岸稳定性，但波浪动力学的空间分异是导致形态分异的核心机制。建议采用"分区管理"策略，对北部脆弱段实施主动防护，对南部稳定段实施监测-修复间歇管理，同时加强河口通道的 sediment 补给机制研究。

该研究为同类复合砾石海滩的演变预测提供了新的方法论框架，强调需要结合历史数据（>100年）、多尺度监测（月-年际）与物理模型（含 sediment 传输过程）的三维分析体系。研究结果与法国Sillon de Talbert、加拿大Story Head等典型案例形成对比，揭示了高能海岸带砾石屏障演化的共性规律与区域特异性机制。