引言
波浪作用引起的海岸侵蚀对沿海地区构成重大威胁，全球气候变化和海平面上升进一步加剧了这一挑战 (Geng et al., 2023; Lenton et al., 2023; Tebaldi et al., 2021)。缓解侵蚀风险需要先进的解决方案。虽然像防波堤这样的传统海岸防护结构能提供有效的短期保护，但这些系统需要高维护成本，可能会扰乱海岸生态系统，且缺乏应对海平面上升的适应性 (Chang and Mori, 2021; Waryszak et al., 2021)。鉴于海岸植被能够衰减波浪能量、促进泥沙沉积并稳定海岸线，其科学关注度日益增加 (Fernandez-Mora et al., 2025; Kaplan et al., 2009; Potouroglou et al., 2017; K. Wang et al., 2024)。刚性植被，如红树林和人工栽培的木本植物，在泥沙滞留、海岸线稳定和减少波浪驱动侵蚀方面表现优异。用于灾害缓解的刚性植被已成为海岸工程的研究热点 (Danielsen et al., 2005; Lovelock et al., 2015; Temmerman et al., 2023)。
刚性植被通常分布在海滩斜坡上 (Grafals-Soto et al., 2020; Phan et al., 2015)。当波浪接近海岸线时，会经历包括浅滩增水、破碎和转化为涌浪的过程，驱动增水以及包括回流和沿岸流在内的平均流。波浪破碎影响这些平均流和泥沙输运 (Baker et al., 2023)。刚性植被可通过摩擦阻力减少波浪能量 (Taylor-Burns et al., 2023)。关于刚性植被导致海滩波浪衰减的研究已通过现场观测 (Bao, 2011; Horstman et al., 2014; Yang et al., 2012)、实验室水槽实验 (Yao et al., 2015; Yin et al., 2024) 和数值模拟 (Tang et al., 2017; Y. Wang et al., 2024; Zhang et al., 2017) 进行了调查。关键发现表明，波浪衰减率与体积植被密度之间存在强正相关 (Tang et al., 2017; Y. Wang et al., 2024; Zhang et al., 2017)。此外，波高降低的幅度取决于初始波高、沿岸距离和红树林森林结构 (Bao, 2011)。
沿岸泥沙输运通常源于波浪作用，特别是在缓坡海滩上的次重力波 (以下简称 IG) 作用 (Bertin et al., 2018)。海滩上的植被可以通过抵抗波浪能量来减缓这种输运，这改变了海滩上的泥沙分布，进而影响其沿岸剖面 (Kelp?ait?-Rimkien? et al., 2021)。以前关于植被对沿岸剖面影响的研究主要集中在沙坝、沙丘和海滩 (Cong et al., 2023; Kuang et al., 2025; Xing et al., 2024; Bryant et al., 2019; Lee et al., 2024; Gong et al., 2024a, 2024b; Chen et al., 2018; Astudillo et al., 2022)。对于沙坝 - 泻湖系统，分布于沙坝上的植被显示出植被密度与最大沙丘侵蚀厚度之间的二次多项式关系，表明植被覆盖率过于稀疏可能导致更严重的侵蚀 (Cong et al., 2023)。与植被密度相比，植被沿岸宽度对泻湖内泥沙输运的影响更为显著 (Kuang et al., 2025)。此外，侵蚀体积、沙坝和前景沙丘的最大侵蚀厚度以及总泥沙输运体积与波高、水深和沙坝顶高相关 (Xing et al., 2024)。
对于沙丘，地上和地下生物量的组合在减少侵蚀方面最有效，其次是仅地下生物量，然后是仅地上生物量 (Bryant et al., 2019)。关于沙滩，Lee 等人 (2024) 研究了刚性和柔性水下植被，并指出随着刚性和柔性植被密度和宽度的增加，海滩侵蚀减少。Gong 等人 (2024a) 表明植被减少了侵蚀深度，并使侵蚀区域更接近海岸线。Gong 等人 (2024b) 还发现侵蚀体积、距离和深度与波高和水力站立生物量有关。Chen 等人 (2018) 证明增加植被密度可以减少沙滩上的最大侵蚀和沉积深度。Astudillo 等人 (2022) 观察到海草床有助于维持泥沙体积，并导致较小的海岸线后退，特别是在高能条件下。
侵蚀深度和体积仅反映局部泥沙输运特征，因此不足以评估植被海滩系统中的整体泥沙输运和海滩地貌。沙滩地貌在空间和时间上表现出显著变异性。在风暴事件期间，海滩地貌可能发生快速而剧烈的变化。如果风暴引起海滩侵蚀，沿岸剖面倾向于向反射状态演变；相反，如果引起淤积，剖面将向耗散状态发展 (Castelle and Masselink, 2023)。描述海岸地貌的最佳模型仍然是 Wright 等人 (1985) 提出的澳大利亚海滩模型地貌动力框架，该框架捕捉了地貌和水文动力变异性之间的反馈机制，对完整的反射 - 耗散谱系中的海滩类型提供了全面分类。关于海岸地貌的近期研究主要集中在具有天然海滩或珊瑚礁的砂质海岸 (Li et al., 2025; Pomeroy et al., 2015)。Li 等人 (2025) 表明，礁前海滩从斜坡剖面演变为反射剖面，向岸泥沙输运导致滩面平台的形成。
以前关于海滩地貌动力学的研究主要通过物理模型实验关注砂质海岸和珊瑚礁海滩，原型条件代表中国雷州半岛的礁前海滩和图瓦卢富纳富提环礁的波浪条件。由于植被海滩与非植被砂质海滩在边界条件和泥沙组成方面存在固有差异，这些发现可能不适用于植被海滩。本研究的目标主要有三个方面。首先，需要阐明植被条件下近岸区域的波浪特征，重点在于植被区前后的波浪变化。其次，需要检查不同波浪和植被条件下的沿岸剖面演变。第三，需要在波浪和植被的联合作用下量化植被砂质海滩上的整体泥沙输运。本文结构如下：第 2 节概述了实验设置、数据处理和尺度关系。第 3 节展示了实验结果，包括波浪转换、频谱特性、波浪衰减、海滩剖面变化和泥沙输运率。讨论和结论分别在第 4 节讨论和第 5 节结论中呈现。
