水产养殖与填海造地对沉积动力学的协同影响：以中国三沙湾为例

针对全球沿海水产养殖与填海造地活动对近海沉积动力学系统的显著改变，研究人员基于遥感、现场观测、数字高程模型和数值模拟，系统研究了三沙湾2005-2020年间两类活动的扩张及其对沉积动力学和底床侵蚀/淤积的影响。研究发现，潮下带水产养殖通过"双边界效应"使流速垂向分布由对数型转为弓型，底部流速增加10%，侵蚀量提升102%；潮间带填海则通过"堤坝反射效应"削弱水动力，淤积量增加153%。该研究为近海人类活动对沉积环境的复合影响提供了典型案例。

　　

随着全球沿海经济的快速发展，水产养殖和填海造地作为两种主要的人类活动正在深刻改变近海环境。虽然过去的研究多关注单一活动对水动力或地貌的短期影响，但现实中这两类活动往往同步进行，其对从潮间带到潮下带整个海湾系统的长期复合效应仍不明确。三沙湾作为中国东南沿海典型的半封闭海湾，近年来水产养殖面积激增25倍至154 km²，填海面积扩大3.4倍至55.3 km²，为研究这种复合影响提供了理想场所。

为揭示这一科学问题，华东师范大学等机构的研究团队采用多学科交叉方法，整合2005-2020年间Landsat和Sentinel-2遥感数据提取活动范围，通过ADCP和OBS-3A现场观测水动力和悬浮沉积物浓度(SSC)，结合数字高程模型(DEM)和MIKE3数值模拟，系统分析了两类活动对沉积动力学的差异化影响。研究论文发表在《Journal of Hydrology: Regional Studies》上，首次阐明了"水产养殖-底床双边界效应"和"填海堤坝反射效应"的协同作用机制。

关键技术方法包括：(1)基于Google Earth Engine(GEE)平台和随机森林模型的遥感解译，提取水产养殖与填海区域；(2)ADCP流速剖面和OBS-3A浊度仪现场测量；(3)基于2015年海图的DEM构建与侵蚀/淤积计算；(4)MIKE3三维水动力-泥沙耦合模型模拟，网格分辨率达200m，采用10层sigma垂向分层。

研究结果揭示：

1. 水产养殖区流速垂向分布转型
   通过对比2005年与2020年P1-P3站位的模拟与实测数据，发现潮下带养殖区流速剖面从对数型转为弓型，最大流速层下移至0.4-0.6H处。模拟显示底部平均流速增加10%，底部SSC升高26%，导致侵蚀量增加102%。这种"双边界效应"源于高密度养殖设施形成的表面伪底边界，迫使上层流下移并加速。

2. 填海区水动力衰减
   潮间带受填海影响呈现相反趋势。模拟显示底部流速降低15%，SSC减少22%，淤积量增加153%。"堤坝反射效应"通过减少潮棱体体积和反射潮波能量，显著减弱了水动力条件。

3. 侵蚀-淤积空间分异
   DEM计算显示2003-2015年间潮下带65.1%区域发生侵蚀，年均侵蚀量3760万m³；潮间带57.4%区域淤积，年均淤积量1750万m³。数值模拟验证了这一格局，并量化了不同区域的贡献率：填海主导潮间带淤积（贡献率61%），养殖主导潮下带侵蚀（51%），而自然过程主导深槽区侵蚀（116%）。

讨论部分强调，这种人类活动导致的"潮下侵蚀-潮间淤积"二元格局使海湾剖面陡化，加剧地貌不稳定性。生态学意义上，养殖区底部动力增强可能导致底质粗化、TOC（总有机碳）减少，改变底栖生境；而潮间带淤积则造成湿地丧失和生物多样性下降。研究建议通过建立植被前滨恢复潮滩宽度，调控养殖密度以维持水交换能力，并为海岸带综合管理提供了量化工具。

该研究的创新性在于首次系统阐明了水产养殖与填海造地对沉积动力学的协同作用机制，提出的"双边界效应"和"堤坝反射效应"概念框架，为全球类似沿海区域的人类活动影响研究提供了新范式。长期监测与数值模拟结合的方法体系，也为评估累积性影响和适应性管理策略制定提供了科学依据。