在沉积物预算变化影响下，城市化河口海滩的岸线动态

《Frontiers in Earth Science》：Shoreline dynamics of an urbanised estuarine beach under the influence of changing sediment budgets

海岸地貌演变与人类干预研究——以澳大利亚Port Phillip Bay的Sandy Beaches为例。通过多代理方法（UAV、卫星影像、波浪数据）分析发现，groynes和nourishment显著改变了海滩形态：groyne construction增强了季节性海岸线旋转（最大侧移40米），而40年来 beach nourishment贡献了总 sediment budget的25%，有效平衡了 cliff erosion带来的自然侵蚀。研究揭示了fetch-limited系统在人类干预下的动态平衡机制，强调需结合季节性变化预测decadal-scale演变。

　　在澳大利亚的墨尔本港口菲利普湾（Port Phillip Bay）中，有一处长达3公里的沙滩——桑德林汉姆沙滩（Sandringham Beach），它作为封闭海湾系统内的典型沙滩，展现出独特的地貌动态特征。这类沙滩往往位于沿海城市边缘，受到人类活动的显著影响，使得其自然演变过程变得复杂。研究指出，桑德林汉姆沙滩的形态和演变趋势需要综合考虑自然变化与人为干预的双重因素。通过结合无人机（UAV）影像和历史航拍数据，研究者对沙滩的演变过程进行了系统分析，揭示了人类干预如何改变了其自然沉积过程，并影响了沙滩的长期变化趋势。

### 沙滩的自然与人为背景

桑德林汉姆沙滩的形成与该地区的地质构造密切相关。它位于菲利普湾东北部，背后是高达30米的悬崖，这些悬崖由更新世晚期至全新世早期的砂岩和砾岩构成。海湾内部的沉积物来源主要是潮汐三角洲和沿岸输沙作用，而这些自然来源的供给能力在很大程度上被人类活动所改变。自19世纪末以来，随着城市化进程的加快，该区域经历了大规模的海岸管理干预，包括建设防波堤、海堤、码头等硬工程，这些措施在短期内提升了海滩的稳定性，但也对沙滩的自然沉积系统产生了深远影响。

特别是自1930年代起，海堤的建设导致了沙滩沉积物来源的切断，使得原本由悬崖侵蚀提供的沉积物减少，从而加剧了沙滩的侵蚀问题。而随着20世纪90年代后，人工补充沙料（beach nourishment）逐渐成为主要的管理手段，这种干预方式在一定程度上恢复了沙滩的沉积平衡，减缓了侵蚀速度。研究指出，近40年的沙滩补充工程占总沉积物预算的25%，这在一定程度上抵消了自然侵蚀的损失。因此，尽管初期的干预对沙滩的自然演变产生了负面效应，但近年来的管理策略已使得沙滩系统能够维持其基本的形态功能。

### 沙滩的动态特征与管理干预的关系

研究通过分析无人机影像和历史航拍数据，发现桑德林汉姆沙滩的演变具有明显的季节性特征。在每个沉积单元（sub-compartment）内，沙滩的平面形态每年都会经历显著的变动，其横向轮廓的变化幅度可达40米。这种季节性变化主要由沿岸输沙作用（longshore drift）和潮汐动力驱动，而硬工程如防波堤的建设则进一步影响了输沙路径，使得沙滩的演变更加复杂。

在2010年至2023年间，研究者通过无人机航拍获得了更高精度的沙滩变化数据。数据显示，沙滩在不同季节表现出明显的扩张与收缩趋势。例如，在冬季，由于来自西南方向的长浪，沙滩的北部边缘发生侵蚀，而南部边缘则出现沉积。相反，夏季的风向以南为主，导致沙滩的南部边缘受到侵蚀，而北部边缘则出现沉积。这种季节性的动态变化在很大程度上受到人为干预的影响，尤其是防波堤的建设。防波堤不仅改变了沉积物的输移路径，还使得每个沉积单元在季节性变化中表现出更强的独立性。

此外，研究还发现，沙滩的横向扩张与收缩在一定程度上与沉积物的补充密切相关。在2021年，针对桑德林汉姆沙滩南部沉积单元（South-2）进行了大规模的沙滩补充工程，这一干预显著提升了该区域的沉积物供应，使得沙滩在接下来的两年内呈现出较强的扩张趋势。然而，这种人为补充带来的影响是短暂的，因为沉积物在季节性输沙作用下会发生重新分布。尽管如此，长期来看，这种干预在一定程度上缓解了自然侵蚀的影响，使得沙滩系统能够维持其功能。

### 沙滩的沉积物预算与演变趋势

为了更全面地理解沙滩的演变过程，研究者对沉积物预算进行了分析。沉积物预算的计算基于沙滩的沉积物体积变化，而这一变化又与沿岸输沙速率和沙滩的横向轮廓高度有关。研究发现，桑德林汉姆沙滩的沉积物预算在长期尺度上呈现轻微的正向趋势，但这一趋势主要受到人为干预的影响。例如，在1930年至2023年间，沙滩的沉积物预算总体上为正，但这种平衡在很大程度上依赖于定期的人工补充。

值得注意的是，研究还发现，随着管理策略的变化，沙滩的演变趋势也发生了显著转变。早期的管理主要以保护后方陆地为目标，通过建设海堤和防波堤来减少侵蚀。然而，这种做法在长期来看并不利于沙滩的自然演化，反而导致了更严重的沉积物流失。随着管理重点的转变，沙滩补充工程逐渐取代了传统的硬工程，成为维持沙滩功能的主要手段。这种转变不仅有助于保持沙滩的形态，还为沿海生态系统的恢复提供了条件。

### 人类活动对沙滩演变的影响

桑德林汉姆沙滩的演变历程充分反映了人类活动对沿海生态系统的影响。自19世纪末以来，该地区的沙滩经历了多次人为干预，包括建设防波堤、海堤、码头等，这些措施虽然在短期内有效减少了侵蚀，但也改变了沙滩的自然沉积过程。特别是，防波堤的建设使得沉积物的输移路径受到限制，导致沙滩的某些区域出现沉积，而其他区域则因输沙减少而发生侵蚀。

随着管理策略的调整，沙滩补充工程逐渐成为主要手段。这一策略在20世纪90年代后得到了广泛实施，使得沙滩的沉积物供应得到了有效补充。然而，这种补充并非完全恢复了自然沉积过程，而是通过人为方式维持沙滩的形态。研究指出，尽管沙滩补充工程在短期内有效缓解了侵蚀问题，但其影响是有限的，且需要持续进行以维持沙滩的稳定。

此外，研究还发现，沙滩的演变不仅受到沉积物预算的影响，还与气候变化和海平面上升密切相关。随着全球气候变暖，海平面的上升趋势可能进一步加剧沙滩的侵蚀问题。然而，目前的研究表明，桑德林汉姆沙滩的演变趋势似乎并未受到这一因素的显著影响，这可能与其特殊的地理位置和沉积物来源有关。

### 未来管理的挑战与方向

桑德林汉姆沙滩的研究为未来的沙滩管理提供了重要的参考。研究者指出，沙滩的演变过程具有复杂的时空尺度特征，因此需要综合考虑短期、中期和长期的动态变化。特别是在气候变化和海平面上升的背景下，如何平衡自然演变与人为干预，成为沙滩管理的关键问题。

此外，研究还强调了对沙滩季节性变化的深入理解的重要性。由于沙滩的季节性变化对长期演变趋势有显著影响，因此在制定管理策略时，必须充分考虑这一因素。例如，防波堤的建设虽然在一定程度上减缓了侵蚀，但其对沙滩的季节性动态也产生了影响。因此，未来的管理应更加注重对沙滩自然演变过程的尊重，通过合理的干预手段维持其生态功能和形态稳定性。

总的来说，桑德林汉姆沙滩的研究揭示了人类活动对沿海生态系统演变的深远影响。通过综合分析历史数据和现代技术手段，研究者不仅理解了沙滩的自然动态，还为未来的管理提供了科学依据。这一研究对于其他类似海湾系统中的沙滩管理具有重要的借鉴意义，特别是在如何平衡自然演变与人为干预方面，提供了宝贵的案例和经验。