潮汐通道形态调控对半封闭潟湖水体交换与沉积格局的影响：可持续围垦设计的科学启示

针对围垦工程引发的潮汐通道形态变化如何影响潟湖环境这一科学问题，天津大学团队通过EFDC三维水动力模型模拟了丁字湾三种围垦情景（S-PR、S-ML、S-FS），揭示了通道数量与尺寸通过调节潮汐动力（如流速、潮位）控制水体交换效率（半交换时间7.33天）和沉积分布（最大0.5 m）的机制，为平衡开发与生态的通道参数设计提供了量化依据。

　　

潮汐通道是连接海洋与潟湖的“生命线”，其形态变化会引发一系列环境连锁反应。在沿海开发热潮中，围垦工程通过填海造地缓解用地紧张，却可能因盲目改变通道形态（如数量、截面积）打破潟湖脆弱平衡——水体交换受阻导致污染积聚，沉积格局紊乱引发航道淤塞。这类问题在丁字湾这类半封闭潟湖中尤为突出，因其低环境承载力（Environmental carrying capacity）本就难以缓冲人为干扰。尽管前人认识到通道形态的重要性，但定量解析其如何通过潮汐动力学（Tidal dynamics）调控环境响应的机制仍存空白。

天津大学团队选择黄海丁字湾为研究对象，借助环境流体动力学模型（EFDC）构建了三种情景：围垦前基准情景（S-PR）、多大型通道围垦（S-ML）和少小型通道围垦（S-FS），通过60天模拟对比流速、潮位、水体交换率（Water exchange rate）及沉积厚度等指标，首次系统揭示了通道形态设计对潟湖环境的调控规律。

研究采用三维水动力模型EFDC模拟不同围垦情景下的潮汐动力过程，结合实地水文数据验证模型精度。通过设置特征监测点（如湾口、湾心）量化流速与潮位变化，采用示踪剂法计算半交换时间（Half-exchange time），并基于沉积通量模型分析淤积分布。

流速与潮位响应
围垦后湾内平均流速显著提升，但空间分布因通道设计而异：S-FS情景因通道截面积缩小，湾心流速增幅达40%（30–60 cm/s）；S-ML则因保留大型通道，规划水域流速更高。潮位变化呈现非线性特征——日均潮位差异不足2 cm，但围垦后最大潮位及潮差均低于基线，表明通道缩减削弱了潮汐能量传递。

水体交换效率
S-ML凭借多通道优势，半交换时间缩短至7.33天，显著优于S-FS的9.17天。至第30天，两围垦情景水体交换率均超90%，但S-ML在前期（<15天）交换速率更快，这对污染物扩散至关重要。

沉积格局调控
自然状态下沉积集中于地形突变的湾心与河潮交汇区（最大0.5 m）。围垦后新增沉积集中在通道口，但S-FS因截面积压缩导致沉积更薄（0.3–0.4 m）且分散，而S-ML因潮棱体（Tidal prism）较大出现局部厚层淤积。

研究结论指出，通道数量与尺寸通过双重路径影响潟湖环境：多大型通道（S-ML）增强水体交换但加剧沉积不均，少小型通道（S-FS）利于控淤却牺牲交换效率。这一发现为“精准围垦”提供了科学框架——若优先保障水交换需维持通道规模，而控淤目标则需适度缩窄通道。该成果发表于《Marine Environmental Research》，其提出的“形态-动力-环境”耦合机制可推广至全球潟湖管理，尤其对类似丁字湾的溺谷型潮汐通道系统（Drowned-valley tidal inlet）具有普适指导价值。