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为解决海岸工程结构引发的海岸线侵蚀等问题，研究人员开展 “海岸结构拆除对砂嘴形态影响” 的研究。利用 ShorelineS 模型模拟多种拆除场景，结果表明合理拆除结构可防侵蚀、减砂嘴泥沙流失，明确了最优拆除方案，为海岸保护修复提供指导。
在过去几十年间，沿海地区为满足各类社会经济活动需求，建造了大量工程结构，如防波堤、码头和人工岛等。在中国，超过 60% 的大陆海岸线已被人工化，美国大陆约 14% 的海岸线也进行了防护。这种海岸硬化趋势在本世纪还将持续。然而，这些人工设施加上气候变化，引发了一系列严重问题，如邻近砂质海岸的侵蚀、地貌退化、生态破坏以及防洪能力下降。例如，毛里塔尼亚努瓦克肖特的港口防波堤导致下游 10 多公里海岸以每年 20 米的速度持续侵蚀；中国的凤凰岛二期、日月岛和南海明珠岛等大型离岸人工岛，使后方海岸线后退数公里 。面对这些困境，传统的硬工程措施虽能暂时局部抵御海岸侵蚀，但无法从根本上解决问题，还会带来诸多负面影响。如今，基于自然的解决方案备受关注，其中拆除不合理或无效的海岸结构成为一种颇具潜力的海岸保护和修复方式。但目前人们对其有效性和机制了解有限，在复杂环境下对长期海岸演变的影响尚不明确，也难以确定多结构存在时的最优拆除方案。为了填补这些知识空白，来自国内的研究人员开展了相关研究，其成果发表在《Applied Ocean Research》上。
研究人员主要运用了数值模拟技术，其中 ShorelineS 模型发挥了关键作用。该模型基于一线理论，能高效模拟长期海岸线演变。研究中利用卫星衍生海岸线数据和 hindcast wave 数据对模型进行验证，并通过改变关键参数进行敏感性分析，以评估模型的稳健性和可靠性。同时，以 2020 年卫星衍生海岸线为初始条件，设定多种海岸结构拆除场景，模拟 20 年的海岸线演变。
研究结果
- 无结构拆除时的海岸线演变：在无结构拆除的情况下（案例 1），海岸线上不同区域呈现不同变化。防波堤两侧发生侵蚀，河口码头附近和人工岛后方出现淤积，砂嘴逐渐退化。到 2030 年，砂嘴因持续泥沙流失而在中部分裂，之后部分区域达到平衡状态。
- 拆除围堰的影响：拆除围堰（案例 2）后，短期内与案例 1 的海岸线演变一致，但砂嘴分裂后，无围堰约束的部分向海后退速度更快，不过最终平衡海岸线与案例 1 相近，说明围堰对砂嘴形态维持无积极作用。
- 拆除所有海岸结构的影响：拆除所有海岸结构（案例 9）后，海岸线演变趋势显著改变。部分区域从侵蚀变为淤积，还出现新砂嘴，但同时一些区域侵蚀加剧。这表明部分海岸结构对砂嘴地貌维持有害，而部分有积极作用。
- 拆除单个结构的影响及最优方案：通过对比不同拆除案例，发现河口码头对砂嘴地貌维持有负面影响，人工岛则有积极作用。拆除河口码头可改变泥沙输运方向，增加向砂嘴的泥沙输入；拆除防波堤在河口码头存在或河口码头与人工岛都拆除时起积极作用，否则为消极作用 。综合分析得出，拆除除人工岛外的所有海岸结构（案例 8）最有利于海岸线淤积和砂嘴地貌维持，其线性回归率（LRR）最大，砂嘴泥沙流失最慢，分裂后剩余部分面积较大。
研究结论与讨论
研究表明，ShorelineS 模型能有效模拟复杂海岸环境下砂嘴的海岸线演变，在自然状态和人为结构影响下都有良好表现，预测砂嘴长度和面积的误差小于 10%，Brier Skill Score（BSS）值显示模型性能在自然状态模拟中为 “Good” 到 “Excellent”，在模拟结构影响时为 “Reasonable” 到 “Good”。海岸结构拆除是维护和恢复砂嘴的有效策略，合理拆除可增强海陆连通性、改变近岸波浪条件、调整泥沙输运路径并增加泥沙输入，促进砂嘴自然恢复。在多海岸结构存在时，需谨慎评估单个结构拆除的影响，以确定最优拆除方案。该研究成果为海岸保护和修复提供了重要依据，有助于理解海岸结构拆除在实际海岸环境中的作用机制，为类似环境下的海岸结构拆除规划和评估提供了指导。然而，研究也存在一定局限性，如未充分考虑全球多样的海岸地貌和环境，模型未涵盖一些重要过程，且未研究多结构拆除顺序的影响等。未来需要进一步开展实地验证、针对不同场景的案例研究、提升模型能力、细化拆除方案和进行综合效益分析，以更全面系统地理解海岸结构拆除的影响。
