岬湾海滩岬角沙丘过路输沙研究现状

罗时龙　靳瑞芳

摘要：文章从岬湾海滩、岬角沙丘以及岬角沙丘过路输沙的概念出发，引出岬角沙丘过路输沙的概念模式，总结岬角沙丘过路输沙的常用研究方法和研究现状，指出岬角-海滩-沙丘系统在海岸带输沙中的重要作用;针对我国海岸风沙地貌研究的现状，提出应加快海岸风沙资源现状调查、加强海岸风沙地貌过程研究以及协调海岸风沙地貌资源开发利用与修复保护，为我国海岸沙丘相关研究明确方向。

关键词：岬湾海滩;岬角沙丘;岬角沙丘过路输沙;海岸侵蚀与淤积;海岸沙丘资源

中图分类号：P737.1;P748 文献标志码：A 文章编号：1005-9857（2024）02-0115-07

0 引言

全球约有30%的海岸线为砂质岸线，其中约有50%的砂质岸线以岬湾海岸地貌的形态呈现，这些海滩可称为岬湾海滩[1-2]。我国海滩资源的整体布局受新构造运动影响显著，亦以岬湾海岸为主要特征，构成复杂多样的砂质堆积地貌，岬湾海岸线约占总海岸线的66%，其中砂质岸线又占岬湾海岸线的近50%[3]。由此可见，无论是在全球还是在我国，岬湾海滩在规模上都占据重要位置。

在岬湾海滩中，岬角构成自然的边界，在一定程度上限制沉积物的运移过程，其中岬角旁路输沙（HB）和岬角沙丘过路输沙（HO）是岬湾海滩沉积物运移的2种方式[4-5]。除此之外，岬湾海滩的沉积物运移还受海岸水动力、风沙动力以及沉积物特征等因素的影响，使得岬湾海滩的泥沙运移总是随着时间和空间变化，造成泥沙运移的不连续性和间歇性[5]，在计算局部岸段年际沉积物收支过程时必须同时考虑这2种输沙方式。对于岬角沙丘过路输沙占主导地位的岬湾来说，岬角沙丘的地貌动力特征、地表覆被变化、土地利用变化以及其他人类活动影响决定沉积物源汇过程，表现为岬角上下游海滩的侵蚀或淤积。

从20世纪90年代开始，岬角沙丘过路输沙研究从最初的野外观察发展到现阶段的遥感、监测和数值模拟相结合的手段，取得一系列新的理论成果，在海岸输沙理论和工程应用方面取得重大进展。本研究回顾岬湾海滩岬角沙丘过路输沙研究现状，梳理其近40年来的发展过程，提出我国在该领域研究的不足之处，以期促进海岸动力地貌学的发展和革新。

1 研究现状

1.1 岬湾海滩的分类

岬湾海滩通常以天然或人工的岬头为界，包围一段弯曲的砂质岸线。岬湾海滩常被赋予不同的名称，如Zeta（ζ）海滩、心形海滩、对数螺线海滩、锯齿形海滩、钩状海滩、袋状海滩。多数的岬湾海滩是不对称的，由上游弯曲的遮蔽段、中间微弯的过渡段和下游平直的切线段组成。Silvester等[6-7]和Hsu等[8]认为岬湾海滩存在静态平衡、动态平衡和不稳定3种状态。①静态平衡岬湾没有泥沙进入和输出，沿岸输沙率均为零，岬湾总输沙率为零。②动态平衡岬湾包括2种：一种是虽然存在不同方向的沿岸输沙，但全年2个方向的输沙率相等，则净输沙为零，海岸没有侵蚀和淤积;另一种是虽然海岸存在净输沙，但相邻2个端面的净输沙相等，海岸仍没有侵蚀和淤积。③不稳定岬湾的上下游输沙率在一定时空范围内不等，海岸出现侵蚀或淤积。

通常情况下，可根据岬角的个数、海滩的形态、海湾的开敞与遮蔽情况对岬湾海滩进行分类。Hsu等[9]划分4种类型的岬湾海滩，即单型岬湾、复型岬湾、河口沙嘴型岬湾和连岛沙坝型岬湾。①单型岬湾在优势浪的作用下形成单曲线海滩，是最常见的岬湾海滩类型;通常下游无岬角或有突出的规模较小的岬角，海滩基本处于静态平衡状态（图1）。②复型岬湾又称凹形海湾，由2个岬角和2条曲线海滩构成，整体上近对称;上下游各有1个岬角，易受季节性的水动力影响，存在季节性的输沙，海滩处于静态或动态平衡状态（图2）。③河口沙嘴型岬湾形成于大型岬角的遮蔽段，河流输运物质通常由此入海;由于上游河流沉积物的输入，海滩通常处于动态平衡状态（图3）。④连岛沙坝型岬湾通常形成于海岛波影区，处于相对较弱的水动力环境，允许沙嘴和沙坝的发育，如山东芝罘岛以连岛沙坝与陆地相连而形成岬湾海滩（图4）。

1.2 岬角沙丘的概念

Tinley[10]认为岬角沙丘是海岸沙丘的类型之一，属于地形阻碍沙丘;这种沙丘并不像海岸输沙那样绕过岬角，而是由岬角陆侧路过，是特殊的进积型海岸沙丘;而且其向海洋方向发展而不是向內陆延伸，最终为岬角下游的海滩供沙（图5）。Jackson等[11]认为岬角沙丘有独特的迁移方式，并将其列为海岸沙丘的类型之一。此外，在巴西南部海岸、南非海岸、澳大利亚海岸、西欧海岸以及非洲西部岛屿海岸都存在岬角沙丘，学者将其作为单独的海岸风沙地貌类型进行相关研究。

1.3 岬角沙丘输沙的概念模型

岬角沙丘过路输沙是指在岬湾海滩中通过岬角陆侧沙丘将沉积物从上游海滩输运到下游海滩的过程。岬角沙丘过路输沙的过程与岬角沿岸输沙有所区别：岬角沙丘过路输沙是沉积物通过岬角陆侧运移，输沙动力为风沙驱动;岬角沿岸输沙（也称岬角旁路输沙）是沉积物绕过岬角的滨海运移，输沙动力为沿岸流驱动。有学者认为岬角沙丘过路输沙应满足3个条件[5]：①岬角上游海滩有充足的物源供应;②岬角地形、海滩走向和优势风向满足沉积物运移的条件;③岬角下游海滩作为沉积物源汇有足够的容纳空间。一些学者分别提出岬角沙丘过路输沙和岬角旁路输沙的概念模式（图6）[12-15]。

1.4 岬角沙丘过路输沙的相关研究

岬角沙丘过路输沙的研究方法取决于研究目的和研究的时空尺度。①野外观察是最早的研究方法，同时是最常用的直观观测方法。例如：对岬湾海滩侵蚀地貌的野外观察能够看到侵蚀陡坎和陡崖、裸露的植被根系、倒塌在岸滩上的构筑物，据此可以推断岸滩侵蚀的时间和空间尺度。②借助地图软件，通过对比和处理长时间尺度的卫星影像资料，能够大致解释岸滩侵蚀和淤积的原因，计算岸线变化速率，甚至预测演变趋势。③通过沉积物测年，在时间框架下分析沉积物的粒度、矿物、古生物以及岩相特征，能够重建沉积过程，并了解沉积物的历史运移路径和源汇过程。④通过地形测量，能够揭示岬角-海滩-沙丘系统的地貌变化过程。海岸风沙地貌过程研究的测量设备包括RTK-GPS、无人机载光谱测量系统、激光雷达系统等，也有学者使用浅地层剖面仪研究沉积物的构造特征并反演沉积物的沉积建构。岬角沙丘过路输沙的主要研究方法及其优缺点如表1所示[5]。

McLachlan等[12]运用野外观察的方法最先关注岬角沙丘过路输沙，并报道南非海岸的3个岬角沙丘过路输沙案例，指出岬角沙丘过路输沙是海岸带沉积物输运系统的一部分，岬角沙丘能作为输沙走廊将风沙沉积物从上风向海滩输送到下风向海滩;同时，追溯岬角沙丘地貌的演化历史，指出人类活动造成的沙丘固化阻断沉积物运移通道以及改变海岸带沉积物系统输沙平衡，导致岬角下游产生严重的沉积物“赤字”，引发岸滩侵蚀与岸线后退。有学者在研究南非海岸的岬角沙丘时提出应重视岬角沙丘过路输沙过程，并充分认识海岸带沉积物输运系统的完整性和重要性[16-17]。

Pinto 等[13] 利用遥感影像分析方法研究Santinho-Ingleses岬角-沙丘-海滩系统中的沙丘变化过程，并对沙丘植被覆被变化、城镇化以及沙丘迁移进行统计分析;研究表明，1938-2013年研究区植被覆被增加58%，大面积活动沙丘已逐渐被植被覆盖，沙丘固化过程显著，2002—2014年输沙量减少17%，同时城镇化进程逐年加快，受二者影响，沙丘迁移速率明显降低，从而减少向下游的输沙量，引起岸滩侵蚀。Boeyinga等[18]的研究表明，如果Santinho沙丘停止对下游海滩供沙，20年后海滩将后退60m;植被固化和城镇化是引起岬角沙丘动力地貌过程的主要因素，其改变海岸带沉积物运移系统的输沙平衡。Calvento等[19]利用卫星图片和遥感影像研究海岛岬角输沙，认为海岛的海岸带输沙系统也符合岬角沙丘过路输沙理论，给出海岛沙丘系统沉积物运移的概念模式，指出应从整体观念出发把海岛看成单独系统来研究。Claudino-Sales等[20]运用遥感手段分析不同时期的卫星图片来获取岬角沙丘覆被变化状况，半定量地给出岬角上下游的海岸侵蚀和淤积量，指出人类活动是造成岬角-海滩-沙丘系统沉积物收支失衡和土地覆被变化的主要因素。

为研究Cresmina岬角沙丘過路输沙的过程，Rebelo等[21]监测沙丘的地形变化，运用DGPS的RTK模式采集数据，分别于2000年和2001年测量沙丘地形，利用数字地形模型计算单宽输沙量;研究表明，Cresmina海岸沙丘是向前进积的过路沙丘，以平均5m/年的速度向前进积，向下游的单宽输沙量达到40m3/年，形成下游海岸的持续沙源。Klein等[22]运用同样的方法研究巴西南部海岸的岬角沙丘过路输沙，给出沙丘的储沙量和输沙率，结合前人的研究指出岬角沙丘沉积物收入大于支出，沙丘将持续向下游海滩供沙。

自McLachlan等[12]对岬角沙丘过路输沙开展研究以来，世界范围内开展多项相关研究。Derele等[5]总结前人的研究成果，提出“适应自然过程”的发展模式;近年来，学者们分别在各自著作中涉及岬角沙丘过路输沙的内容，指出岬角沙丘过路输沙的重要性[9，23-26]。国内学者董玉祥[27-28]和方海燕等[29]对我国海岸风沙地貌类型进行研究，但没有对岬角沙丘进行描述，目前我国仍未有该方面的研究成果发表。

2 我国海岸沙丘输沙现状

2.1 海岸沙丘固化严重，活动沙丘锐减

乌戈特茉勒等[30]利用地形图和ETM 影像数据研究近50年来河北昌黎黄金海岸的沙地变化，结果表明海岸沙地空间范围经历由初期的扩展到后期的缩减变化，如有林沙地的面积由1956 年的1.23km2 扩展到2000 年的58.44 km2，增加近60倍，而裸沙地面积则不断减少。王金华等[31]利用GIS技术分析福建海岸沙地利用的变化情况和驱动因素，结果亦表明海岸沙地总体呈减少趋势，56年间共减少931.53hm2，缩减速度达到17hm2/年。廖继武[32]在研究海南西部沿海地区防护林演变规律时发现，自20世纪50年代以来，海南西部沿海风沙化土地呈减少趋势，到2000年减少到历史最低水平，而防护林面积则一直呈增加势头。

自20世纪中期以来，典型的海岸带土地利用变化规律表明，从北方到南方的海岸带沙地的土地利用类型发生巨大变化，主要是由裸沙地转变成有林沙地或防护林。分析表明，治沙造林和城镇化是土地利用方式改变的主要驱动力，由此造成海岸风沙地貌植被覆被增加、沙丘固化率升高以及原本的活动沙丘变成固定沙丘。防护林具有固沙功能毋庸置疑，但同时也阻断风沙的运移路径，从而改变风沙地貌的自然演化规律。

2.2 沙丘海岸侵蚀和淤积严重，灾害地质现象频发

根据文献研究可知，对于岬角沙丘过路输沙海岸，岬角陆侧输沙通道是沉积物运移的走廊，上游海滩的沉积物在风驱动下被搬运到下游海滩，并为下游海滩补充沉积物沙源。也就是说，岬角-沙丘-海滩组成有机联系的系统，该系统中存在自身的沉积物源、沉积物汇和沉积物运移路径，从而保证系统泥沙收支平衡;而泥沙收支平衡一旦被打破，在建立新平衡的过程中就会出现海岸侵蚀和淤积现象。通过研究海南峻壁角岬角-沙丘-海滩系统动力地貌过程可以发现，岬角上游的棋子湾海滩近年来有淤积现象，滨海地区遭受风沙的侵扰;为防止风沙进入生活区，人们筑起防沙栅栏，风沙在栅栏的向海侧逐渐积累，形成可见的沙堆并呈现风沙堆积地貌（图7）;相应的，岬角下游小角湾海岸侵蚀严重，沿岸防护林被冲刷，木麻黄倒塌或根系裸露，甚至可见高近10m 的侵蚀陡崖，显示典型的侵蚀地貌特征（图8）。

3 我国海岸风沙研究展望

罗时龙等[33]和董玉祥等[34]指出现阶段我国须依托野外观测、分析实验、物理模拟和数值模拟“四位一体”多学科协同的技术方法，进行海岸风沙地貌与大气、波浪、海滩的综合研究。从保护海岸风沙地貌以及减少地质灾害的目的出发，开展海岸风沙资源开发利用与保护治理的协调研究。

除此之外，针对我国海岸风沙地貌研究的现状和不足及其与国际研究成果的差距，在新时代背景下应在3个方面加以重视。①加快海岸风沙资源现状调查;②加强海岸风沙地貌过程研究;③协调海岸风沙地貌资源开发利用与修复保护。

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