岬灣海灘岬角沙丘過路輸沙研究現狀

羅時龍　靳瑞芳

摘要：文章從岬灣海灘、岬角沙丘以及岬角沙丘過路輸沙的概念出發，引出岬角沙丘過路輸沙的概念模式，總結岬角沙丘過路輸沙的常用研究方法和研究現狀，指出岬角-海灘-沙丘系統在海岸帶輸沙中的重要作用;針對我國海岸風沙地貌研究的現狀，提出應加快海岸風沙資源現狀調查、加強海岸風沙地貌過程研究以及協調海岸風沙地貌資源開發利用與修復保護，為我國海岸沙丘相關研究明確方向。

關鍵詞：岬灣海灘;岬角沙丘;岬角沙丘過路輸沙;海岸侵蝕與淤積;海岸沙丘資源

中圖分類號：P737.1;P748 文獻標志碼：A 文章編號：1005-9857（2024）02-0115-07

0 引言

全球約有30%的海岸線為砂質岸線，其中約有50%的砂質岸線以岬灣海岸地貌的形態呈現，這些海灘可稱為岬灣海灘[1-2]。我國海灘資源的整體布局受新構造運動影響顯著，亦以岬灣海岸為主要特征，構成復雜多樣的砂質堆積地貌，岬灣海岸線約占總海岸線的66%，其中砂質岸線又占岬灣海岸線的近50%[3]。由此可見，無論是在全球還是在我國，岬灣海灘在規模上都占據重要位置。

在岬灣海灘中，岬角構成自然的邊界，在一定程度上限制沉積物的運移過程，其中岬角旁路輸沙（HB）和岬角沙丘過路輸沙（HO）是岬灣海灘沉積物運移的2種方式[4-5]。除此之外，岬灣海灘的沉積物運移還受海岸水動力、風沙動力以及沉積物特征等因素的影響，使得岬灣海灘的泥沙運移總是隨著時間和空間變化，造成泥沙運移的不連續性和間歇性[5]，在計算局部岸段年際沉積物收支過程時必須同時考慮這2種輸沙方式。對于岬角沙丘過路輸沙占主導地位的岬灣來說，岬角沙丘的地貌動力特征、地表覆被變化、土地利用變化以及其他人類活動影響決定沉積物源匯過程，表現為岬角上下游海灘的侵蝕或淤積。

從20世紀90年代開始，岬角沙丘過路輸沙研究從最初的野外觀察發展到現階段的遙感、監測和數值模擬相結合的手段，取得一系列新的理論成果，在海岸輸沙理論和工程應用方面取得重大進展。本研究回顧岬灣海灘岬角沙丘過路輸沙研究現狀，梳理其近40年來的發展過程，提出我國在該領域研究的不足之處，以期促進海岸動力地貌學的發展和革新。

1 研究現狀

1.1 岬灣海灘的分類

岬灣海灘通常以天然或人工的岬頭為界，包圍一段彎曲的砂質岸線。岬灣海灘常被賦予不同的名稱，如Zeta（ζ）海灘、心形海灘、對數螺線海灘、鋸齒形海灘、鉤狀海灘、袋狀海灘。多數的岬灣海灘是不對稱的，由上游彎曲的遮蔽段、中間微彎的過渡段和下游平直的切線段組成。Silvester等[6-7]和Hsu等[8]認為岬灣海灘存在靜態平衡、動態平衡和不穩定3種狀態。①靜態平衡岬灣沒有泥沙進入和輸出，沿岸輸沙率均為零，岬灣總輸沙率為零。②動態平衡岬灣包括2種：一種是雖然存在不同方向的沿岸輸沙，但全年2個方向的輸沙率相等，則凈輸沙為零，海岸沒有侵蝕和淤積;另一種是雖然海岸存在凈輸沙，但相鄰2個端面的凈輸沙相等，海岸仍沒有侵蝕和淤積。③不穩定岬灣的上下游輸沙率在一定時空范圍內不等，海岸出現侵蝕或淤積。

通常情況下，可根據岬角的個數、海灘的形態、海灣的開敞與遮蔽情況對岬灣海灘進行分類。Hsu等[9]劃分4種類型的岬灣海灘，即單型岬灣、復型岬灣、河口沙嘴型岬灣和連島沙壩型岬灣。①單型岬灣在優勢浪的作用下形成單曲線海灘，是最常見的岬灣海灘類型;通常下游無岬角或有突出的規模較小的岬角，海灘基本處于靜態平衡狀態（圖1）。②復型岬灣又稱凹形海灣，由2個岬角和2條曲線海灘構成，整體上近對稱;上下游各有1個岬角，易受季節性的水動力影響，存在季節性的輸沙，海灘處于靜態或動態平衡狀態（圖2）。③河口沙嘴型岬灣形成于大型岬角的遮蔽段，河流輸運物質通常由此入海;由于上游河流沉積物的輸入，海灘通常處于動態平衡狀態（圖3）。④連島沙壩型岬灣通常形成于海島波影區，處于相對較弱的水動力環境，允許沙嘴和沙壩的發育，如山東芝罘島以連島沙壩與陸地相連而形成岬灣海灘（圖4）。

1.2 岬角沙丘的概念

Tinley[10]認為岬角沙丘是海岸沙丘的類型之一，屬于地形阻礙沙丘;這種沙丘并不像海岸輸沙那樣繞過岬角，而是由岬角陸側路過，是特殊的進積型海岸沙丘;而且其向海洋方向發展而不是向內陸延伸，最終為岬角下游的海灘供沙（圖5）。Jackson等[11]認為岬角沙丘有獨特的遷移方式，并將其列為海岸沙丘的類型之一。此外，在巴西南部海岸、南非海岸、澳大利亞海岸、西歐海岸以及非洲西部島嶼海岸都存在岬角沙丘，學者將其作為單獨的海岸風沙地貌類型進行相關研究。

1.3 岬角沙丘輸沙的概念模型

岬角沙丘過路輸沙是指在岬灣海灘中通過岬角陸側沙丘將沉積物從上游海灘輸運到下游海灘的過程。岬角沙丘過路輸沙的過程與岬角沿岸輸沙有所區別：岬角沙丘過路輸沙是沉積物通過岬角陸側運移，輸沙動力為風沙驅動;岬角沿岸輸沙（也稱岬角旁路輸沙）是沉積物繞過岬角的濱海運移，輸沙動力為沿岸流驅動。有學者認為岬角沙丘過路輸沙應滿足3個條件[5]：①岬角上游海灘有充足的物源供應;②岬角地形、海灘走向和優勢風向滿足沉積物運移的條件;③岬角下游海灘作為沉積物源匯有足夠的容納空間。一些學者分別提出岬角沙丘過路輸沙和岬角旁路輸沙的概念模式（圖6）[12-15]。

1.4 岬角沙丘過路輸沙的相關研究

岬角沙丘過路輸沙的研究方法取決于研究目的和研究的時空尺度。①野外觀察是最早的研究方法，同時是最常用的直觀觀測方法。例如：對岬灣海灘侵蝕地貌的野外觀察能夠看到侵蝕陡坎和陡崖、裸露的植被根系、倒塌在岸灘上的構筑物，據此可以推斷岸灘侵蝕的時間和空間尺度。②借助地圖軟件，通過對比和處理長時間尺度的衛星影像資料，能夠大致解釋岸灘侵蝕和淤積的原因，計算岸線變化速率，甚至預測演變趨勢。③通過沉積物測年，在時間框架下分析沉積物的粒度、礦物、古生物以及巖相特征，能夠重建沉積過程，并了解沉積物的歷史運移路徑和源匯過程。④通過地形測量，能夠揭示岬角-海灘-沙丘系統的地貌變化過程。海岸風沙地貌過程研究的測量設備包括RTK-GPS、無人機載光譜測量系統、激光雷達系統等，也有學者使用淺地層剖面儀研究沉積物的構造特征并反演沉積物的沉積建構。岬角沙丘過路輸沙的主要研究方法及其優缺點如表1所示[5]。

McLachlan等[12]運用野外觀察的方法最先關注岬角沙丘過路輸沙，并報道南非海岸的3個岬角沙丘過路輸沙案例，指出岬角沙丘過路輸沙是海岸帶沉積物輸運系統的一部分，岬角沙丘能作為輸沙走廊將風沙沉積物從上風向海灘輸送到下風向海灘;同時，追溯岬角沙丘地貌的演化歷史，指出人類活動造成的沙丘固化阻斷沉積物運移通道以及改變海岸帶沉積物系統輸沙平衡，導致岬角下游產生嚴重的沉積物“赤字”，引發岸灘侵蝕與岸線后退。有學者在研究南非海岸的岬角沙丘時提出應重視岬角沙丘過路輸沙過程，并充分認識海岸帶沉積物輸運系統的完整性和重要性[16-17]。

Pinto 等[13] 利用遙感影像分析方法研究Santinho-Ingleses岬角-沙丘-海灘系統中的沙丘變化過程，并對沙丘植被覆被變化、城鎮化以及沙丘遷移進行統計分析;研究表明，1938-2013年研究區植被覆被增加58%，大面積活動沙丘已逐漸被植被覆蓋，沙丘固化過程顯著，2002—2014年輸沙量減少17%，同時城鎮化進程逐年加快，受二者影響，沙丘遷移速率明顯降低，從而減少向下游的輸沙量，引起岸灘侵蝕。Boeyinga等[18]的研究表明，如果Santinho沙丘停止對下游海灘供沙，20年后海灘將后退60m;植被固化和城鎮化是引起岬角沙丘動力地貌過程的主要因素，其改變海岸帶沉積物運移系統的輸沙平衡。Calvento等[19]利用衛星圖片和遙感影像研究海島岬角輸沙，認為海島的海岸帶輸沙系統也符合岬角沙丘過路輸沙理論，給出海島沙丘系統沉積物運移的概念模式，指出應從整體觀念出發把海島看成單獨系統來研究。Claudino-Sales等[20]運用遙感手段分析不同時期的衛星圖片來獲取岬角沙丘覆被變化狀況，半定量地給出岬角上下游的海岸侵蝕和淤積量，指出人類活動是造成岬角-海灘-沙丘系統沉積物收支失衡和土地覆被變化的主要因素。

為研究Cresmina岬角沙丘過路輸沙的過程，Rebelo等[21]監測沙丘的地形變化，運用DGPS的RTK模式采集數據，分別于2000年和2001年測量沙丘地形，利用數字地形模型計算單寬輸沙量;研究表明，Cresmina海岸沙丘是向前進積的過路沙丘，以平均5m/年的速度向前進積，向下游的單寬輸沙量達到40m3/年，形成下游海岸的持續沙源。Klein等[22]運用同樣的方法研究巴西南部海岸的岬角沙丘過路輸沙，給出沙丘的儲沙量和輸沙率，結合前人的研究指出岬角沙丘沉積物收入大于支出，沙丘將持續向下游海灘供沙。

自McLachlan等[12]對岬角沙丘過路輸沙開展研究以來，世界范圍內開展多項相關研究。Derele等[5]總結前人的研究成果，提出“適應自然過程”的發展模式;近年來，學者們分別在各自著作中涉及岬角沙丘過路輸沙的內容，指出岬角沙丘過路輸沙的重要性[9，23-26]。國內學者董玉祥[27-28]和方海燕等[29]對我國海岸風沙地貌類型進行研究，但沒有對岬角沙丘進行描述，目前我國仍未有該方面的研究成果發表。

2 我國海岸沙丘輸沙現狀

2.1 海岸沙丘固化嚴重，活動沙丘銳減

烏戈特茉勒等[30]利用地形圖和ETM 影像數據研究近50年來河北昌黎黃金海岸的沙地變化，結果表明海岸沙地空間范圍經歷由初期的擴展到后期的縮減變化，如有林沙地的面積由1956 年的1.23km2 擴展到2000 年的58.44 km2，增加近60倍，而裸沙地面積則不斷減少。王金華等[31]利用GIS技術分析福建海岸沙地利用的變化情況和驅動因素，結果亦表明海岸沙地總體呈減少趨勢，56年間共減少931.53hm2，縮減速度達到17hm2/年。廖繼武[32]在研究海南西部沿海地區防護林演變規律時發現，自20世紀50年代以來，海南西部沿海風沙化土地呈減少趨勢，到2000年減少到歷史最低水平，而防護林面積則一直呈增加勢頭。

自20世紀中期以來，典型的海岸帶土地利用變化規律表明，從北方到南方的海岸帶沙地的土地利用類型發生巨大變化，主要是由裸沙地轉變成有林沙地或防護林。分析表明，治沙造林和城鎮化是土地利用方式改變的主要驅動力，由此造成海岸風沙地貌植被覆被增加、沙丘固化率升高以及原本的活動沙丘變成固定沙丘。防護林具有固沙功能毋庸置疑，但同時也阻斷風沙的運移路徑，從而改變風沙地貌的自然演化規律。

2.2 沙丘海岸侵蝕和淤積嚴重，災害地質現象頻發

根據文獻研究可知，對于岬角沙丘過路輸沙海岸，岬角陸側輸沙通道是沉積物運移的走廊，上游海灘的沉積物在風驅動下被搬運到下游海灘，并為下游海灘補充沉積物沙源。也就是說，岬角-沙丘-海灘組成有機聯系的系統，該系統中存在自身的沉積物源、沉積物匯和沉積物運移路徑，從而保證系統泥沙收支平衡;而泥沙收支平衡一旦被打破，在建立新平衡的過程中就會出現海岸侵蝕和淤積現象。通過研究海南峻壁角岬角-沙丘-海灘系統動力地貌過程可以發現，岬角上游的棋子灣海灘近年來有淤積現象，濱海地區遭受風沙的侵擾;為防止風沙進入生活區，人們筑起防沙柵欄，風沙在柵欄的向海側逐漸積累，形成可見的沙堆并呈現風沙堆積地貌（圖7）;相應的，岬角下游小角灣海岸侵蝕嚴重，沿岸防護林被沖刷，木麻黃倒塌或根系裸露，甚至可見高近10m 的侵蝕陡崖，顯示典型的侵蝕地貌特征（圖8）。

3 我國海岸風沙研究展望

羅時龍等[33]和董玉祥等[34]指出現階段我國須依托野外觀測、分析實驗、物理模擬和數值模擬“四位一體”多學科協同的技術方法，進行海岸風沙地貌與大氣、波浪、海灘的綜合研究。從保護海岸風沙地貌以及減少地質災害的目的出發，開展海岸風沙資源開發利用與保護治理的協調研究。

除此之外，針對我國海岸風沙地貌研究的現狀和不足及其與國際研究成果的差距，在新時代背景下應在3個方面加以重視。①加快海岸風沙資源現狀調查;②加強海岸風沙地貌過程研究;③協調海岸風沙地貌資源開發利用與修復保護。

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