引言
沿海地区资源丰富、人口稠密、经济活跃（Murray et al., 2019）。跨海大桥作为连接海湾、岛屿和大陆的关键交通基础设施，在沿海地区社会经济发展中发挥着重要作用（Zhang et al., 2023）。全球著名的跨海大桥包括美国切萨皮克湾大桥、沙特阿拉伯法赫德国王大桥、日本濑户大桥、丹麦大贝尔特桥和中国港珠澳大桥。然而，桥梁建设通过压缩水流断面、增大流速而改变水动力条件，导致桥轴线附近海床产生显著冲刷（Melville and Coleman, 2000），这是桥梁结构失效的主要原因之一（Pregnolato et al., 2021; 2023; Zhang et al., 2023）。例如，1996至2005年间美国1502座桥梁坍塌事故中，58%归因于基础冲刷和水力因素；1986至2001年间哥伦比亚63起桥梁事故中，24%由冲刷和水力因素引起，经济损失超过3000万美元（Wardhana and Hadipriono, 2003; Diaz et al., 2009; Xiong et al., 2016; Harrison and Densmore, 2015; Yu et al., 2023）。Zhou和Zhang（2019）进一步发现中国近10万座桥梁存在潜在风险。尽管近几十年跨海大桥建设激增，但已有损毁案例多集中于河流桥梁，海洋桥梁失效数据相对匮乏。
学者们对桥梁冲刷机制进行了广泛研究（Keshavarzi et al., 2004; Roulund et al., 2005; Ettema et al., 2016; Chen et al., 2023; Yu et al., 2023）。Richardson等（2001）将桥梁周围海床侵蚀分为三种主要类型：局部冲刷、总体冲刷（收缩冲刷）和长期自然演化冲刷。Melville和Coleman（2000）指出总体冲刷深度通常仅为局部冲刷深度的10%左右，现有研究主要关注由下潜水流、马蹄形涡和尾迹涡等水动力结构驱动的局部过程（Breusers et al., 1977; Murillo, 1987; Lin et al., 2014; Chen et al., 2023; Yu et al., 2023; Zhang et al., 2023）。Chen等（2023）表明下游水流主导早期冲刷，而马蹄形涡在后期阶段占主导。此外，冲刷深度还受流速和桥梁几何形态的影响（Amini et al., 2014; Ismael et al., 2015）。然而，由环境变化——尤其是人为活动引起的总体冲刷仍缺乏深入研究。
密集的人类活动深刻改变了区域环境，特别是在三角洲和沿海地区（Syvitski et al., 2009; IPCC, 2014; Tessler et al., 2015; Hayal et al., 2017; Fan et al., 2019; Guo et al., 2021）。泥沙是河口地貌演化的主要驱动力，但上游水库建设导致泥沙量急剧减少，使密西西比河、尼罗河、湄公河、红河和黄河等主要三角洲面临侵蚀风险（Stanley, 1996; Meade and Moody, 2009; Syvitski et al., 2009; Wang et al., 2010; Yang and Milliman, 2011; Anthony et al., 2015; Ve et al., 2021）。与此同时，沿海围填海和采砂活动加剧了泥沙亏缺（French et al., 2000; Guo et al., 2021; Yu et al., 2021）。沿海地区以仅占地球陆地面积10%的区域承载了全球半数以上人口（Seto et al., 2011），对围填海造地的依赖日益增加。典型项目包括荷兰莱茵河-马斯河三角洲（40%为围填海区）、韩国新万金（401 km2）、美国沿海城市（波士顿、纽约、西雅图）以及日本有明湾和关西机场开发项目（Hodoki and Murakami, 2006; Hoeksema, 2007; Son and Wang, 2009; Mesri and Funk, 2014; Talke et al., 2018）。仅中国历史累计围填海面积就达12,000 km2，其中1960至2015年间长江三角洲新增围填海面积543.9 km2（Chung et al., 2004; Lin et al., 2018）。
东海大桥（DH大桥）是中国首座跨海大桥，跨越杭州湾北岸水域（图1），是长江口与杭州湾之间泥沙交换的关键通道（Liu et al., 2006; Qiao et al., 2011; Meng et al., 2024）。该桥水动力受长江径流和江苏北部沿岸流影响（Xie et al., 2009, 2017a; Zhang et al., 2020），建成后遭受严重冲刷。Qiao等（2011）数值模拟表明，桥墩间泥沙再悬浮增强，桥轴线附近悬移质泥沙浓度（SSC）升高。现场调查显示，冲刷深度远超设计值：至2018年，总体冲刷深度达5.0 m（设计值1.0 m），局部最大冲刷深度达8.0–12.1 m（设计值2.0–8.0 m）（Yang and Xing, 2021; Huang et al., 2023）。令人担忧的是，截至2018年，侵蚀超过警戒值的点位达284处，凸显了不断升级的风险（Yang and Xing, 2021）。
跨海大桥建设干扰了近场水动力条件，使结构长期暴露于潮汐水流和波浪引起的海床冲刷作用之下。当这种局部水动力扰动与两类大规模人为扰动叠加——即整个长江流域长期河流来沙不足和大规模沿海围填海工程——则触发持续性、空间分异的海床侵蚀，对桥梁基础安全构成严重威胁。因此，系统揭示自然潮汐过程与人为工程活动共同驱动的复合冲刷机制至关重要。本研究整合了1976至2023年多源现场数据，包括潮流流速、悬移质泥沙浓度、海床泥沙颗粒组成和多时相水深测量，以实现三个核心研究目标：（1）刻画东海大桥周围海床冲刷的时空格局，区分导致长期床面退化 的主导驱动力；（2）定量评估数十年长江来沙量下降对近桥泥沙平衡的改变及其对基础稳定性的威胁；（3）阐明围填海和洋山港日常疏浚作业对桥梁南侧海床不对称侵蚀的加剧程度。通过联合解耦人为干预与潮汐水沙动力过程的耦合机制，本研究旨在为全球海洋跨海基础设施的长期安全运营和可持续生命周期管理提供理论支撑和技术参考。
