修复型沿海泻湖中洪水引发沉积物再悬浮的机制：对抗洪韧性的启示

《Coastal Engineering》：Mechanisms of flood-induced sediment resuspension in a restored coastal lagoon: Implications for flood resilience

　　

**摘要**

沿海泻湖中的间歇性洪水事件通过洪水诱导的泥沙输运引发空间异质性的侵蚀与沉积模式，而通过生态修复进行的人为干预进一步增加了系统响应的复杂性。本研究开发了一种基于多分选泥沙输运模型的数值模拟框架，用于评估生态修复后的洪水诱导泥沙输运，从而为修复工程的规划与决策提供支撑。随后，将该模型应用于中国七里海泻湖。在不同修复阶段和洪水情景下，数值结果表明，生态修复后粉砂床的暴露加剧了洪水诱导的床面冲刷和泥沙再悬浮，在流域洪水情景下，空间平均贡献率约为16%；在粉砂-河口型单河洪水情景下，贡献率高达36%。为了量化多尺度洪水事件下的系统响应，引入归一化净侵蚀体积$V_n/V_L$作为关键参数，其定义为洪水后的净侵蚀体积$V_n$除以泻湖初始水量$V_L$。结果表明，$V_n/V_L$与加权洪水强度$I_f$之间存在对数关系，该关系通过对不同洪水规模、床面可蚀性和修复诱导储水容量的分析得出。总体而言，本研究为人文干预与自然洪水强迫之间的多面耦合作用下，沿海泻湖生态修复规划的开展提供了定量依据和实用框架。

**引言**

沿海泻湖作为大陆海岸线的重要组成部分，数十年来一直承受着人为干预与气候变化的双重压力（Orchard等，2020；Ma等，2024；Suursaar等，2024；Lousada等，2026）。生态修复被广泛实施以改善局部水文情势并维持正常条件下泥沙输运的动态平衡（Gann等，2019；Kraufvelin等，2025）。在洪水事件期间，河流水文情势主导着自然演变过程。一方面，强烈的洪水流可能冲刷浅滩；另一方面，过多的泥沙输入可能导致系统淤积阻塞。这种不确定性推动了在生态修复背景下对洪水诱导泥沙输运机制的研究。

生态修复中的水文措施，如填平潮沟、拆除养殖池塘和疏浚潮道入海通道等，以直接方式改变局部水动力条件以实现快速效果。这些措施旨在通过增加潮潮差来提高水系交换能力，从而实现系统的自净化功能（Maicu等，2021；Xu等，2023）。然而，墨西哥的Marismas Nacionales泻湖在建设人工潮道入海通道后出现了负面效应（Serrano等，2020）。海洋水文情势占据主导地位并加剧了局部水动力条件，随后海平面和盐度的升高破坏了原有栖息地。这表明生态修复工程中普遍存在的一个问题，即缺乏评估工程效果的方法（Wang等，2020；Liu & Ma，2024）。大多数工程旨在满足恢复面积和疏浚深度等工程目标，且往往在独立的地质地貌单元中实施。为了解决这一问题，应开发一个包含所有地质地貌单元的全系统模型，以研究人为干预与自然强迫双重压力下复杂的系统响应。

河流与海洋水文情势之间的多面耦合作用主导着沿海泻湖中的泥沙输运趋势。对于没有河流入口的沿海泻湖，海洋水文情势主导其自然演变，波浪和潮汐作用驱动海洋来源的泥沙输运（Chahid等，2024；Juárez等，2024；Bouchkara等，2026）。在法国Arcachon湾，波浪对屏障沙嘴的侵蚀通过沿岸输运增加了海洋来源泥沙向潮道入海通道的输入（Nahon等，2022）。在墨西哥Urias沿海泻湖，退潮主导的潮汐畸变导致潮道入海通道弯曲段海洋来源泥沙的堆积，并进一步改变了系统的整体走向（Monta?o-Ley等，2023）。此外，来自海洋的不均匀泥沙输入在潮道入海通道中受到潮汐的分选作用，在平衡状态下，沉积物从海洋向潮沟逐渐变细（Viparelli等，2019）。 Furthermore, 在潮汐诱导的溯源侵蚀作用下，潮沟内产生了主潮汐通道，随后发展为多级潮汐网络，并在泥沙输运中达到动态平衡（Bain等，2019；Prampolini等，2026）。对于有河流入口的泻湖，河流流量决定了潮汐通道深度和退潮三角洲规模（Zhou等，2014）。同时，河流来源的泥沙输入在强烈的河流水文情势下可以重塑湖盆地形。对于这种由多种动力因素驱动、具有多种泥沙来源的系统，系统模拟需要可变的水沙条件。然而，物理模型很难考虑多种泥沙来源，而以往研究中数值模型仍基于单分选泥沙输运（Geng等，2020；Gu等，2025）。在此情况下，多分选泥沙输运模型的开发仍有待完善，以便刻画多个地质地貌单元中特定的床面分层特征。利用该模型，可以区分不同泥沙分选对总悬沙浓度的贡献。

间歇性灾害事件通过强烈水动力条件和相应的泥沙输运驱动系统响应。例如，意大利威尼斯泻湖中超过70%的泥沙沉积来自风暴潮（Tognin等，2021）。因此，包括潮闸、屏障堤和堤坝等河口结构被建设以减少过多的海洋来源泥沙输入，并通过调节潮潮差来维持潮道入海通道的形态（Wesselman等，2019；Kuang等，2023；Meng等，2025）。随着生态修复的发展，水文措施已被广泛实施，通过改善水动力条件来实现泥沙输运的动态平衡（Nardin等，2022）。然而，一些工程同时也加剧了灾害强迫，从而加重了系统脆弱性（Hooper & Austen，2013）。例如，美国Jamaica Bay的泻湖河口调控工程使平均潮差增加了20%，并降低了其对海平面上升和洪水位的抵御能力（Pareja-Roman等，2023）。在间歇性洪水事件下，河流与海洋水文情势之间的多面耦合增加了系统演变的复杂性。洪水主导的水动力条件取决于洪水规模，其中可能发生单河和多河洪水事件（Guan等，2016）。此外，洪水驱动的泥沙输运可能导致侵蚀或沉积状态，这取决于河流来源的泥沙特征。除大量泥沙输入外，潮沟中的泥沙再悬浮也驱动了系统泥沙再分配及后续地貌演变（He等，2020；Morote-Sánchez等，2025）。同时，它可能导致悬沙中营养物质的过度释放，对生态环境构成严重威胁（Wang等，2025）。对洪水诱导泥沙输运的调查应考虑不同的洪水情景和多泥沙分选，这有助于在人为干预与自然强迫耦合的条件下为优化生态修复规划提供科学依据。

本研究基于Fan等（2024）已验证的水动力框架开发了一种多分选泥沙输运模型，用于评估修复后的沿海泻湖对多尺度洪水情景的系统响应。随后将该模型应用于中国七里海泻湖，该泻湖经过一系列生态修复后，局部水动力条件得到显著改善。多尺度洪水情景包括流域洪水事件和单河洪水事件。对流场和泥沙模式的空间-时间分布进行定量分析，并相应地识别泥沙再悬浮对总悬沙浓度的贡献。开发了一种定量方法，通过综合人为干预与自然洪水强迫的综合性变量来评估不同洪水事件下的系统响应。通过将洪水强度、床面可蚀性和储水容量与净侵蚀体积联系起来，本研究旨在为评估洪水对泥沙输运的影响提供定量依据，并为沿海泻湖洪水韧性导向的生态修复规划提供实用框架。

**研究区**

作为中国沿海泻湖的典型代表，七里海泻湖位于中国秦皇岛市渤海西岸。图1展示了从Google Earth（https://earth.google.com/，访问日期：2026年8月25日）获取的渤海和七里海泻湖卫星影像。七里海泻湖形成的泻湖海岸为微潮区的低能量海岸，平均有效波高$H_s$仅为0.40米，平均潮差为0.74米（Fan等，2025）。

**流域洪水事件期间的**水动力过程

作为第一步，研究了七里海泻湖在不同修复阶段（工程前、一期工程后和二期工程后）对流域洪水事件（情景0）的水动力响应。设计的洪水事件总计持续5天（120小时），峰值流量出现在48小时处。图4显示，超过85%的洪水流量集中在24–72小时之间，表明峰值流量附近存在短期集中的流量输入。

**讨论**

根据七里海泻湖流域洪水事件的数值结果，生态修复通过改变床面可蚀性和修复诱导的储水容量，对局部泥沙输运表现出积极效果，并与修复规划直接相关。在流域洪水事件期间，来自不同河流入口的主干流在潮沟中汇合，因其低洼的地貌特征（Dekongmen等，2021；Lopes等，2022）。此外，大量的流量……

**结论**

本研究建立了一种数值模拟框架，用于评估沿海泻湖生态修复后洪水诱导泥沙输运的演变机制。模拟基于多分选泥沙输运模型，该模型的开发旨在区分典型沿海泻湖（中国七里海泻湖）中不同的床面分层特征（中砂床、细砂床和粉砂床）。不同的修复阶段（工程前、一期工程后、二期工程后……）

**CRediT作者贡献声明**

Adrian Wing-Keung Law：写作—审阅与编辑、监督。
Jiadong Fan：写作—初稿、验证、方法论、调查、形式化分析。
Cuiping Kuang：写作—审阅与编辑、监督、资金获取、概念化。

**利益冲突声明**

作者声明不存在已知的可能影响本文所述工作的竞争财务利益或个人关系。

**利益冲突声明**

? 作者声明不存在已知的可能影响本文所述工作的竞争财务利益或个人关系。

**致谢**

本研究得到了国家自然科学基金（编号：42576161）的资助。

Jiadong Fan|Cuiping Kuang|Adrian Wing-Keung Law
同济大学土木工程学院地质与水利工程系，上海，200092，中国