潮汐河道边坡坍塌的渗流驱动机制：坡度效应与形态动力学模拟

针对潮汐河道边坡坍塌机制不清的问题，研究人员通过耦合水动力-渗流模型（Vision2-RCES），揭示了坡度增加（0.005%~0.025%）通过延长渗流时间（达6.63 h/周期）和梯度（0.35 m），使渗流侵蚀贡献率（Csb ）从42.66%提升至80.66%，导致岸线退缩速率增加25%。该研究为潮汐河道演化预测提供了新范式。

　　

潮汐河道是河口湿地生态系统的“血管网络”，承担着水沙输运和营养循环的关键功能。然而，其岸坡坍塌机制长期存在认知盲区——传统研究多关注潮流剪切力（tidal current shear）的作用，却忽视了周期性水位波动引发的渗流（seepage flow）对边坡稳定性的影响。尤其在坡度变化的河道中，渗流持续时间与梯度的动态变化如何与水力侵蚀竞争，成为制约河道形态预测精度的核心难题。

针对这一科学瓶颈，河海大学、意大利帕多瓦大学等机构的研究团队在《Applied Ocean Research》发表最新成果，通过创新性耦合二维浅水方程（shallow water equations）与Boussinesq渗流模型，构建了Vision2-RCES数值框架。该研究首次量化了坡度增加对渗流驱动坍塌的放大效应，揭示了潮汐河道形态演变的双机制竞争规律。

关键技术方法
研究以江苏大丰川东港潮滩为原型，建立长5.5 km、宽300 m的数值域，采用20 m×5 m网格分辨率。通过耦合以下模块：(1)二维悬沙输运模型（Exner方程）；(2)边坡应力-应变分析（Mohr-Coulomb破坏准则）；(3)改进的Vision2-RCES耦合方案，动态更新虚拟岸高（MBH）与实际岸高（BH）。设置6组实验（LSTC/HSTC等）对比不同坡度（0.005%/0.025%）下潮流与渗流的贡献，模拟时长360天。

研究结果

3.1 近岸流场与地下水交换
坡度增至0.025%时，向陆断面（CS10）床面暴露时间延长2.8小时，渗流梯度提升至0.35 m（较0.005%坡度增加21%），形成“渗流窗口期”与水力侵蚀的时空分异。

3.3 断面形态演化
坡度0.005%时，向海断面（CS30）以潮流侵蚀主导，形成梯形断面；向陆断面则因渗流主导呈现U型（宽度-深度比R_w
/R₀
达3.2）。坡度增至0.025%后，渗流贡献率在CS10达98.4%，年退缩量55 m，较缓坡工况增加25%。

3.4 坡度对渗流贡献的影响
建立渗流贡献率（C_sb
）与坡度的定量关系：当坡度从0.001%升至0.025%，C_sb
均值从42.66%跃升至80.66%，向陆断面更早进入渗流主导区（图11b）。

3.5 坍塌事件与退缩量的关联
单个坍塌事件平均导致0.43 m退缩，但潮流诱发坍塌的土方量是渗流的1.7倍。高坡度（HSTCSP）下年坍塌次数达128.6次/断面，65%发生于床面暴露期。

结论与意义
该研究颠覆了“坡度增加必然减缓岸线退缩”的传统认知，揭示出渗流驱动的正反馈机制：坡度增加→床面暴露延长→渗流梯度与持续时间增长→坍塌频率提升。创新提出的Vision2-RCES方案通过双高度耦合（MBH/BH），解决了传统RCES对低岸高工况的预测偏差。成果为潮汐湿地修复工程中的河道稳定性评估提供了理论工具，尤其对强潮差区（如江苏海岸）的生态护岸设计具有指导价值。

未来研究需整合植被根系加固（root reinforcement）、生物扰动（bioturbation）等生物地球化学过程，以更全面揭示多因子耦合下的河道演化规律。