台风“查帕卡”(2203)与高位养殖塘排水耦合作用下海滩沉积物响应与恢复机制研究

针对气候变化与人类活动双重压力下海岸带极端风暴响应难题，研究人员通过台风"Chaba"(no.2203)与高位养殖塘(HEAP)排水耦合作用的案例，揭示了波浪剪切应力(0.20→4.20 N/m2超临界阈值)、沉积物分异规律及侵蚀通道系统形成机制，为海岸带综合管理提供科学依据。

　　

随着全球气候变化加剧，台风等极端天气事件频发，海岸带系统承受着前所未有的压力。与此同时，沿海地区快速扩张的水产养殖活动通过高位养殖塘(High-elevation aquaculture pond, HEAP)排水系统，正在改变近岸水动力格局。这种自然与人为因素的耦合作用，使得海滩沉积物的响应机制和恢复能力变得愈发复杂——常规风暴恢复模型难以解释某些海滩出现的异常侵蚀模式，而传统管理措施在应对新型复合胁迫时往往收效甚微。

为破解这一科学难题，研究人员以2022年第3号台风"查帕卡"(Chaba)过境期间的海滩演变过程为天然实验场，结合HEAP排水系统的持续人为干扰，系统研究了多胁迫耦合作用下海岸沉积物的动态响应规律。这项发表在《Marine Geology》的重要研究，首次定量揭示了养殖排水与台风强迫协同作用形成的"高能通道系统"对海岸地貌的级联影响。

研究采用现场监测与实验室分析相结合的方法：通过ADCP(声学多普勒流速剖面仪)连续记录台风期间波浪参数(波高H_s=1.38 m，周期T=7.34 s)；利用激光粒度仪分析沉积物粒径分布；结合RTK-GPS(实时动态差分GPS)进行微地形测绘；建立剪切应力模型计算临界侵蚀阈值(τ_cr=0.60 N/m²)。

台风强迫条件
监测数据显示，台风过境期间风向由ES转为N，风速从6.46 m/s骤增至14.43 m/s，叠加4.18 m的风暴增水。波浪剪切应力从背景值0.20 N/m²激增至4.20 N/m²，远超沉积物起动阈值。Aagaard等(1998)的经典理论在此得到验证：正常海滩表现为上部细颗粒沉积、下部粗颗粒沉积的典型风暴分选模式，且在一周内完成恢复。

复合影响区特征
受HEAP排水影响的滩区呈现截然不同的行为：排水系统与潮汐作用共同形成的侵蚀通道延伸了潮水上溯范围，导致滩肩(beach berm)和沙丘前缘出现持续侵蚀。Burvingt等(2017a)描述的"记忆效应"在此表现为：沉积物粒径分布呈现复杂空间分异，且恢复周期显著延长。Buckland等(2021)指出的形态动力学反馈在此得到强化，排水口下游形成的冲沟(scour-trench)以每日0.15 m的速度向陆扩展。

机制解析
研究表明，HEAP排水通过三重机制放大台风效应：(1)增加陆源细颗粒物质输入，改变沉积物临界剪切强度；(2)排水渠形态引导波浪折射，产生局部流速强化区；(3)持续淡水注入破坏孔隙水压力平衡，降低沉积物抗剪强度。这种协同作用最终形成自维持的高能通道系统，使得滩面改造效率提升3-5倍。

该研究首次定量刻画了水产养殖基础设施与极端气候事件的非线性相互作用，为海岸带适应性管理提供了关键科学依据。提出的"排水口优化布局-生态缓冲带构建-动态监测预警"三位一体策略，已在广东试验段实现侵蚀速率降低40%的成效。这些发现不仅修正了传统风暴恢复模型，更对全球养殖密集型海岸带的可持续发展具有重要指导意义。