沙质海岸动态演变及灾害防治热点研究综述

李娜 ,  屈建军 ,  安兰兰 ,  张德熙 ,  李育培

科学观察 ›› 2025, Vol. 20 ›› Issue (3) :8-20

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科学观察 ›› 2025, Vol. 20 ›› Issue (3) :8-20 DOI: 10.15978/j.cnki.1673-5668.20241220
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沙质海岸动态演变及灾害防治热点研究综述

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Research Hotspots in Dynamic Evolution and Disaster Prevention of Sandy Coasts

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摘要

[目的/意义] 为有效防治沙质海岸风沙并促进其生态资源可持续利用,近年来国内外学者在理论与实践层面开展了系统性探索。[方法/过程] 全面梳理了沙质海岸风沙防治的研究进展,综合分析了多年来沙质海岸地貌演化、海岸侵蚀、侵蚀防治与资源开发利用等方面的研究成果。 [结果/结论] 研究表明,沙质海岸研究呈现出3个显著趋势特点:阶段分明,研究主题经历了从基础研究到应用研究再到综合研究的发展;研究方向剧增,学科交叉愈加明显,形成了多学科深度融合的格局;我国基于实践特色的特征日益凸显,导向与应用性突出,综合运用定量与定性方法为管理措施提供依据。当前,沙质海岸研究热点主要集中在地貌演化、侵蚀防治及资源可持续利用等方面。未来,应继续加强多学科交叉,利用先进技术揭示动态变化规律,并推动高效可持续的保护与修复技术。同时,倡导国际合作,共享数据与成果,以应对全球气候变化和海平面上升带来的挑战,为全球海岸生态环境保护贡献中国智慧与方案。

Abstract

[Objective/Significance] To effectively mitigate aeolian hazards in sandy coastal zones and facilitate the sustainable utilization of ecological resources, scholars worldwide have conducted comprehensive investigations encompassing both theoretical frameworks and practical applications in recent years. [Method/Process] This paper comprehensively reviews the research progress on aeolian sand control of sandy coasts in China, providing an integrated analysis of research outcomes over the years in areas such as geomorphological evolution, coastal erosion, erosion control, and resource development and utilization. [Results/Conclusions] The findings indicate that research on sandy coasts exhibits three significant characteristics: distinct phases, with research themes evolving from fundamental studies to applied research, and eventually to comprehensive studies. A rapid expansion in research directions, with increasing interdisciplinary collaboration leading to deep integration across multiple fields. The characteristics of China based on practical features are becoming increasingly prominent. A strong emphasis on policy orientation and practical application, using both quantitative and qualitative methods to inform management strategies. Current research hotspots focus on geomorphological evolution, erosion control, and sustainable resource utilization. Looking ahead, further interdisciplinary collaboration is needed, leveraging advanced technologies to reveal dynamic changes and promote efficient and sustainable protection and restoration techniques. Additionally, international cooperation is encouraged to share data and findings, addressing the challenges posed by global climate change and sea level rise, while contributing China's insights and solutions to the global effort in coastal ecological protection.

Graphical abstract

关键词

沙质海岸 / 地貌演化 / 侵蚀防治 / 资源开发利用

Key words

sandy coast / geomorphological evolution / erosion prevention / resources utilization

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李娜, 屈建军, 安兰兰, 张德熙, 李育培. 沙质海岸动态演变及灾害防治热点研究综述[J]. 科学观察, 2025, 20(3): 8-20 DOI:10.15978/j.cnki.1673-5668.20241220
Li Na, Qu Jianjun, An Lanlan, Zhang Dexi, Li Yupei. Research Hotspots in Dynamic Evolution and Disaster Prevention of Sandy Coasts[J]. Science Focus, 2025, 20(3): 8-20 DOI:10.15978/j.cnki.1673-5668.20241220

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沙质海岸是指由粒径为0.063~2 mm的砂或砾石组成的海岸类型,通常形成于波浪作用强烈的开阔海岸[1-3],作为海陆交互作用的敏感地带,其动态演变过程直接影响近岸生态系统服务功能和人类生存空间安全[4-5]。有研究表明,全球约31%的开放海岸线属于沙质海岸类型[6],承载着超过45%的沿海经济活动和68%的湿地生物多样性[7]。近30年来,在气候变化和人类活动的双重驱动下,沙质海岸系统正经历剧烈的结构性改变[8-9],直接威胁滨海基础设施安全性与生物地球化学循环稳定性[4]。如何解析其多尺度演变机理并构建适应性治理框架,成为亟待解决的科学命题。国际学术界围绕沙质海岸的动态演变与防护技术展开了广泛研究。国外研究始于19世纪末的土木工程领域,早期聚焦于航道与码头保护[10-11],20世纪30年代后,逐渐转向生态防护与多过程耦合机制分析,如通过遥感技术[12]与数值模拟[13]量化沙丘动态响应机理,揭示物源供给与波浪动力耦合作用下的沙丘迁移规律,以及通过“沙引擎”工程[14]和植被模块化固沙[15],来验证自然友好型防护措施的有效性。相较而言,国内研究虽起步较晚[16-18],但近20年发展迅猛,早期集中于风沙运动基础理论[19-20],如沙粒跃移规律与沉积特征[21];2010年后,进入综合发展阶段,学者们开始通过对海岸地貌及其演化过程的研究来探索海岸侵蚀与防护的新方法新技术[22-23];通过对海岸沉积物输移机制与环境干扰阈值的研究[24],构建兼顾生态稳定[25]和资源效益[26]的可持续开发模式,为海岸带管理提供理论-实践闭环支撑。

本文将对沙质海岸和砂质海岸统一进行调研(在下文中统称为沙质海岸),纵观其防治研究多年来的成果积累,并主要围绕地貌分布与演化、侵蚀与防治以及生态环境保护与资源开发利用3个方面,系统全面地了解沙质海岸风沙防治研究进展过程,为明确该领域今后的研究内容与方向提供参考。

1 沙质海岸风沙防治研究态势演变

通过对全球已经出版发表的论文成果进行分析,发现该领域的研究态势有以下3个特点。

1.1 阶段分明,研究主题趋于多样化

沙质海岸研究成果在不同的时期呈现出明显的阶段发展差异(图1)。在起步阶段(20世纪初至20世纪70年代初),1965年之前,年发文量维持在1~4篇,而后逐年增长,至1977年,已达40篇;在发展阶段(20世纪70年代初至20世纪80年代末),发文量持续增多,研究内容逐渐宽泛,涉及地质学、生态学和环境科学等多个学科领域;在成熟阶段(20世纪80年代末至21世纪初),发文量呈阶梯式增长,2001年的年发文量已超过百篇,研究主题也随之增多,如岸线演变、沙丘生态学和冲浪区相互作用等;创新阶段(21世纪初至今),年发文量增速显著提升,年均发文量可达225篇。

不同时间阶段研究方向不尽相同,经历了从基础研究到应用研究再到综合研究的递进式发展。高频词聚类结果表明,在起步阶段,其主题研究主要以地质地貌、生态和生物学特征调查和描述为主。到了发展阶段,学者们逐步通过实验和理论分析来开展有关研究。成熟阶段在延续了上个阶段研究工作的基础上,新增了一些研究主题,包括岸线演变、沙丘生态学和冲浪区相互作用以及海岸地区生态环境变迁等。在创新阶段,随着时代的变化发展,新技术和新方法的应用为相关研究注入了新的活力,如运用远程感知技术、地理信息系统(GIS)等探究海岸地区保护与管理对策在应对侵蚀与海平面上升的影响中的应用。

1.2 研究方向剧增,学科交叉明显

社会需求的推动和技术进步的支持促进了沙质海岸研究的不断深入,使其呈现多学科、多领域知识交叉的发展态势(表1)。

沙质海岸的形成和演化受到多种因素的综合影响,需要综合运用地理学、海洋学、地质学、环境科学、生态学等多个学科的理论和方法进行研究。同时,沙质海岸的管理和保护也需要跨学科的合作,综合解决生态环境、经济发展和社会可持续性之间的冲突。研究内容在不同时期发生变化,反映了所涉及学科交叉领域的差异性(图2图3)。

20世纪初,沙质海岸研究尚处于起步阶段,主要集中在地理学、地貌学、环境科学及自然科学等领域,侧重于描述性研究,重点关注沙质海岸的地形、土壤和气候条件,此时学科交叉较少。进入20世纪中叶至80年代,尽管地理学和地貌学仍为主流研究领域,但跨学科合作初步形成,地理学、海洋学与环境科学的交叉逐渐显现,同时工程学的引入使得与海岸防护相关的研究日益增多。此外,生态学的融入推动了可持续发展理念的提出。故该时期研究者们重点探讨如何有效利用沙滩资源,提高沿海地区的韧性,降低侵蚀风险,以及制定全面的管理和保护方案,以维护生态完整性与生物的多样性等。20世纪80年代至21世纪初,研究逐渐扩展至社会经济学等领域,强调人类社会与自然环境之间的互动关系,进一步促进生态学、地理学、环境科学与社会科学等多个学科的交叉研究,有助于了解沿海侵蚀对沙丘地貌、生态栖息地以及沉积物运输等的综合影响。自21世纪初以来,跨学科合作已成为常态,地理信息系统(GIS)、计算机科学与大数据技术相结合,极大地促进了复杂系统的建模与决策支持。这一阶段实现了地理学、生态学、环境科学、工程学及社会学等多学科的深度融合,为有效利用沙滩资源、提高沿海地区韧性、降低侵蚀风险以及制定全面的管理与保护方案提供了坚实的基础,有助于维护生态完整性与生物多样性。

1.3 中国实践特色日益凸显

基于我国潮汐波浪多变、岸线曲折以及人工海岸占比高等复杂的海岸环境,国内研究团队因地制宜,在开展相关研究的过程中彰显了中国特色。我国的沙质海岸研究在一定程度上具有政策导向与应用性。研究直接服务于国家和地方的政策制定,尤其是在海洋环保、沙滩修复和防灾减灾等方面;且研究成果往往被纳入相关政策文件中,具有较强的实用性和针对性。例如在国内强潮海岸、强侵蚀海岸和淤泥质海岸等复杂的海岸条件下,戚洪帅等[22]、蔡锋等[23]研究团队积极地进行技术创新,因地制宜地提出了新的海滩修复思路与理念,并发展出了海滩城市排水管涵优化设计、海滩生态养护潜堤等技术方法。同时在开展沙质海岸研究的过程中,我国陆续出版了《中国海滩养护技术手册》《海滩养护与修复工程验收技术方法》等文件,为沙滩养护提供了理论依据,推动了符合国情的沙滩养护方案的探索与制定,也标志着我国在海滩养护与修复方面迈向了标准化和规范化的发展道路[27]。在研究方法选择方面,国内研究以多维度的综合分析为主,通过定量与定性结合,现场调查和实验室分析结合,不同地区的沙质海岸特点及其演变进行研究,为具体的管理措施提供依据。国外的相关研究则倾向于基础科学探索和理论创新,更关注全球性问题和政策的长远影响。如Knight[28]提出了一些关于沙质海岸管理的建议,但主要以理论框架为主,缺乏与当前政策实践的紧密结合,更多停留在学术讨论层面。同时国外研究者更倾向于使用数学模型和遥感技术进行大尺度的环境监测与评估,强调数据的标准化和可重复性,注重对全球变化的响应研究。如Sherwood等[13]在其研究中采用了复杂的数学模型来预测沙质海岸的变化,虽然结果具有一定的科学价值,但缺乏直接应用于地方管理的具体建议。我国在相关技术方法的指引下,沙质海岸研究逐渐向实用化和系统化发展,在沙质海岸地貌演化、海岸侵蚀防护与资源开发利用等领域取得了显著进展,为应对沿海区域面临的环境挑战提供了新的思路和解决方案。

2 沙质海岸热点研究领域

沙质海岸作为重要的海岸带类型之一,其研究热点在全球范围内持续受到关注。多年来,研究人员开展科研工作的热点领域主要集中在其地质地貌的演变、侵蚀防护与资源开发利用等方面,并形成了一系列的相关研究成果。国内研究人员在关注海岸线的演化、风与风沙流对地表物质的侵蚀、搬运和堆积运动、海岸风蚀地貌、海岸线经济的可持续发展以及人类行为对海岸线的破坏等主题的同时,还研究海洋生物多样性、海岸线演变、海岸风沙运动的观测与模拟、全球变化与海岸风沙活动的关系以及海岸风沙防治等[29]。相比之下,国外研究人员更加注重沙质海岸气候变化对海岸线稳定性的影响、沙质海岸生态脆弱性评估、海岸管理政策等方面[7]。如海平面上升对沙质海岸生态系统和人类活动的潜在威胁[30]。随着全球气候变化和人类活动的影响加剧,国际合作与交流在沙质海岸研究中的重要性也逐渐显现。

2.1 沙质海岸地貌演化

沙质海岸的地质地貌演变研究是海洋地质学和海岸地貌学的重要分支,对于揭示海岸演化规律、评估海岸灾害风险、保护海岸生态环境等都具有重要意义。中国海岸沙丘地貌是研究人员长期忽视的领域,在20世纪80年代前近属空白,而此时国外已有较多相关研究[29]。在之后的研究发展中,伴随着国内对风沙地貌治理的研究,关于海岸沙丘的地貌分布与演化研究也逐步增多。

2.1.1 沙质海岸地貌分布

沙质海岸地貌分布研究是沙质海岸地貌演化领域中的一个重要方面,包括海岸沙丘与海滩的地貌特征、风成沙丘和吹沙丘的形成过程、沿岸沙脊和海浪过程的关系等。20世纪八九十年代,国外研究人员已从主要对其地貌形态的研究转向海岸沙丘与海岸变迁尤其是全球变化关系的研究上。1988年,lllenberger[31]分析了南非Algoa Bay的Alexandria海岸沙丘的形成与演变,深入探讨了植被在沙丘动态中的影响,并提出植被在沙丘地的动态中起着关键作用,能够显著影响沙丘地的迁移速度和形态变化。同期国内关于海岸沙丘形成与演化的研究就略显不足,主要依据内陆沙丘形成原理研究海岸沙丘的形成[32]。吴正等[33]对华南海岸风沙的分布、风成砂的沉积特征与海岸沙丘形成发育规律,沙丘岩和老红砂的沉积结构与构造特征、成岩机制、红化作用及其形成年代,以及海岸沙丘的演化对晚更新世以来的气候变化过程的响应等进行了系统的研究。之后海岸风沙问题受到了广泛关注,基于国内沙质海岸的区域分布,相关研究也主要在黄渤海地区、华南地区以及南海地区开展。黄、渤海地区主要分布在渤海海岸和山东半岛北岸地区,在海岸带气候条件、砂源和地貌条件的影响下,海岸沙丘、海岸风成沙地总面积达700多km2[34]。华南地区的海岸较为曲折,海岸范围广的同时分布零散规模较小,并且海岸地形多样,沙质海岸多在一些河流入海口的旁侧,这与波浪和海流作用堆积,以及海岸线的朝向有关。从地区分区来看,主要是闽南海岸、粤东海岸、粤西海岸和海南岛沿岸,还有其他一些岸段分布[25,35]。南海地区沙质海岸的研究主要关注于珊瑚礁的形成过程和发育模式,为珊瑚钙质砂颗粒的工程力学特性和颗粒破碎与形貌变化特征的研究提供了重要数据[36]

2.1.2 沙质海岸地貌演变

在开展沙质海岸研究时,明晰沙质海岸的地貌演变历程能够帮助研究人员了解沙质海岸的形成原因及沙质海岸的地貌特征,为沙质海岸的维护治理的相关研究奠定基础。目前地貌演变研究成为多学科、多尺度、多方法的综合应用。沙质海岸涉及波浪动力学、沉积学、风沙运动学、生物地球化学等多个学科领域,既需要从不同的时间和空间尺度来分析其形成和变化过程,也需要运用现场观测、实验模拟、数值模拟、遥感解译等多种方法来获取和处理数据。如Duru[12]利用遥感(RS)和地理信息系统(GIS),包括陆地卫星多光谱扫描仪(L1-5 MMS)、增强型专题成像仪(L7 ETM+)、数字海岸线分析系统(DSAS)等,分析1975—2016年的多时相卫星图像,确定了萨潘卡湖的历史海岸线变化。张文静等[37]利用光释光测年(OSL)分析揭示了福建长乐海岸地貌环境演变的过程,发现东亚冬季风强时风沙活动频繁,人类活动也起到重要作用。通过数学建模分析的方式,研究人员对波浪入射条件对于沙质海岸中双坝海岸地貌演化的影响进行了分析[38]。在对山东半岛东沙质海岸的系列研究中,研究人员采用实地测量与数值模拟相结合的方法,分别从季节变化、海洋动力、海岸工程等多维度开展了对于该地沙质海岸地貌演化的论述[39-40]。还有研究人员基于空三加密技术,分析了不同气候条件下海岸风沙地貌的类型、发育模式、沉积特征、发育演变及防治等要素[21]

2.1.3 海岸侵蚀研究

海岸线演变、沉积物运移、风沙动力、海岸风蚀地貌的模式等关于海岸侵蚀的研究一直以来都是沙质海岸地貌研究的热点,砂质海岸是最不稳定的岸线, 极易遭受侵蚀后退。20世纪五六十年代,美国、日本、英国、澳大利亚等国便开展了海岸侵蚀相关研究和防护工作,但由于手段受限,研究人员多采用静态性描述的方法。随着1962年Bruun[41]法则的提出,研究方法不断改进,为沙质海岸侵蚀的研究提供了更为精确和全面的视角,推动海岸侵蚀研究从现象观测转向机理揭示。研究证实,人类干预(如渔港工程阻隔沿岸输沙[42] 、采砂阻断物源补给[43]、水库建设导致入海泥沙减少[44]与自然驱动(如海平面上升[45] 、湖水水位上升[46]的耦合作用是现代海岸侵蚀加剧的主因。全球卫星监测表明,28%的沙质海岸呈现淤涨趋势,但人类活动导致的沉积物收支失衡使侵蚀热点区域年均退缩速率超过3 m[33]。除此之外,植被也是加速侵蚀的重要因素,这一观点颠覆了传统地认为沙丘植被可以有效减少侵蚀的观念。研究人员指出植被会破坏形态动力平衡,导致微斜坡和垂直不稳定性的产生,进而加速海岸侵蚀[47]。同时也有部分研究人员基于相关工程以及数理指标来对海岸侵蚀现状进行分析,如通过沿岸及垂岸输沙率、岸线形态变化以及剖面变化来研究海岸变化过程和海岸海滩的稳定性[34,38]。此外,也有研究人员结合地质地貌调查、海滩岸线和剖面测量、卫星影像图对比等方法,探讨了顺岸硬式防护工程、渔港防波堤垂岸工程以及人工岛离岸工程对海岸侵蚀防治的作用。

近年来,监测与预测技术不断创新,研究人员多运用先进的遥感技术、高精度激光雷达(LiDAR)测量、数值模拟和机器学习等方法,围绕着海岸侵蚀开展了广泛的研究工作。例如,Deltares团队[6]利用1984—2019年卫星影像与机器学习,首次完成全球50000个沙质海岸演变分析,发现28%的海岸呈增长趋势,颠覆了“70%海岸侵蚀”的传统认知。Vos等[48]利用 1984—2022 年的卫星图像,通过对太平洋沿岸沙质海岸线在厄尔尼诺(ENSO)影响下的侵蚀和吸积模研究,确定了极端侵蚀与 ENSO 事件的联系。Wang等[49]通过多源遥感数据分析,对防城港市海岸侵蚀现状进行了系统分析和预测,建立了防城港海岸线趋势预测模型,准确率达82%。以及运用XBeach和Delft3D对进行预测的同时,结合机器学习算法分析侵蚀驱动因素[50]。影响因素的监测探究主要是为防治研究提供基础性和原发性的理论依据,相当一部分技术工程相关的研究主要是从理论模型计算和实践试验开展的。在研究方法技术不断革新的条件下,已经可以通过数值模拟技术来揭示不同类型的基岩对于波浪冲刷和风化作用的响应差异,以及不同程度的海蚀平台发育对于基岩海岸线退缩速率和形态演化趋势的影响[51]。这些研究取得了显著进展,揭示了风沙侵蚀的主要机制,加强了对海岸侵蚀的检测,为应对气候变化和人类活动对海岸侵蚀产生的影响提供了科学依据。

2.2 海岸侵蚀防治与资源开发利用

沙质海岸侵蚀防治是相关研究中一个重要且活跃的研究领域,尤其是随着气候变化和海平面上升带来的挑战不断增加,相关研究越来越引起了相关领域内研究人员的关注。

关于沙质海岸侵蚀防治的研究最早始于20世纪初,英国专门成立一个整治海岸侵蚀的皇家委员会[52],于1949年制定了英国《海岸保护法》。至20世纪70年代,包括澳大利亚、美国、英国、日本和荷兰在内的多个发达国家中的众多海岸科学家都致力于海岸侵蚀防护的研究。我国的海岸侵蚀防治被纳入国家海洋科学委员会计划以后[53],标志着我国海岸侵蚀研究的序幕正式展开。沙质海岸的侵蚀防治研究主要是围绕风沙危害防治而开展的,这是一项涉及海洋工程、风沙地貌和空气动力等多学科交叉的难题。对于海岸侵蚀防治的研究,涉及围垦促淤计算方法的研究与应用,港口设计问题,灾害及危险性评价等[54-55]。在防治工程的实践方面,主要是生物防治或者工程防治方面的研究,如沿海防护林能够改善沿海地区的环境条件[56];沙质海岸相关预防和改善侵蚀的工程方式,包括利用围填、砂被和沙袋以及相关水利改造等措施改变水动力,起到防护[57-58]以及促进受损海岸生态环境的自然恢复[59]。总的来说,沙质海岸的侵蚀防治方法主要包括生物和物理方法,在提高海岸线稳定性的同时还需兼顾生态环境的保护。

2.2.1 生物手段

生物手段主要是通过引入或恢复植被,利用生物的自然生长特性来保护和稳定沙质海岸。近年来,沙质海岸侵蚀防治的生物手段研究已从单一植被修复发展为多维度生态系统工程,在技术优化、跨系统协同和功能量化评估方面取得显著进展。在植被修复领域,中国广东和海南采用本土化红树林群落重构技术,通过补种木榄、桐花树等原生树种,结合潮汐通道优化使潮滩自然属性恢复率显著提升,其根系结构对波浪能量衰减效率达25%结合潮汐通道优化使潮滩自然属性恢复率显著提升,同时其根系结构对波浪能量具有明显的衰减作用[60]。渤海湾和黄海沿岸地区,通过种植抗风耐盐的草本植物(如海滨苏、沙蓬等)进行固沙工程。福建和浙江沿海地区,采取人工种植和恢复海草床的方式,不仅可以稳定底质,还能减缓波浪的能量,能够有效地实现对沙质海岸的保护[61]。多系统协同防护机制研究方面,研究人员指出海草床在风暴中的局限性,结合红树林和珊瑚礁能提高防护效果[62]。在功能量化与生态系统服务评估方面,基于蓝碳核算体系的研究表明,修复后的红树林展现出显著的碳储存能力,其单位面积碳储量远超热带雨林水平;同时,海草床沉积物碳埋藏速率也显著高于裸沙区,体现出突出的碳封存潜力[63-64]

2.2.2 物理手段

物理手段主要通过构建人工设施和采取工程措施,直接干预和保护沙质海岸。如海堤与防波堤建设(桩基透空式、梳式等),利用海堤与防波堤抵御波浪直接作用于海岸,从而减少侵蚀。随着国内外相关研究的不断深入,桩基透空式、梳式浮式防波堤等结构持续优化,如通过扩展XBeach模型提高波浪绕射作用下波浪场、流场和岸滩演变的预测精度,并利用物理模型试验对模型进行验证,实践表明,改进后的模型在绕射效应明显的情况下,能够更准确地计算出防波堤后的波高分布[65]。补沙和建设人工沙滩也是一种有效的海岸侵蚀防护手段,荷兰的“Sand Motor”项目是一个典型的通过离岸抛沙形成人工沙坝的案例,研究表明,这种沙坝能够利用自然动力(如风、波浪和潮汐)实现泥沙向岸输移,从而减少维护工作并延长维护周期[66]。近年来,在传统工程措施基础上,涌现出多项创新技术并呈现生态化、智能化发展趋势。除常规海堤、防波堤及离岸堤、潜堤建设外,研究还聚焦于自然动力协同与绿色材料应用领域。Landivar Macias等[67]通过对海水在海洋硅砂中电沉积钙质水泥的过程研究,发现其受电压、土壤相对密度和电解质离子浓度影响,能改变海洋砂的结构和性质,为缓解海岸侵蚀提供了创新思路。Guo等[68]提出一种由多层水平柔性多孔膜组成的新型防波堤,为海岸和海洋工程师在不同场地条件下选择合适的防波堤配置提供了参考。

2.2.3 生物手段和物理手段相结合

物理手段与生物手段相结合,形成多层次、立体化的防护网络,能够更有效地应对海岸侵蚀问题,保护沿海地区的可持续发展。近年来,研究人员越来越倾向于将生物手段和物理手段相结合,即采用软硬兼施的方法,形成综合防治体系。最新研究表明,刚性结构与柔性生态屏障的耦合设计可显著提升岸线防护的韧性和可持续性,如采用“植物固沙+人工堤坝”的综合防治策略,离岸设置斜坡式防浪堤近岸种植一些盐生植被;或采取在离岸建立人工鱼礁而近岸种植红林[59] 、盐沼植被[69],这不仅能提高海岸的稳定性和防护能力,还减少了工程对环境的负面影响,兼顾了生态系统的保护和可持续发展。以北戴河河口海湾为例,该区域面临长期的海岸侵蚀问题,对生态环境和旅游价值造成了严重影响。为应对这一问题,政府在采取沙源补充、海滩坡度调整、建造离岸堤、设置丁坝群等防护措施的同时,对海岸进行植被修复和增殖底栖生物,这样不仅显著增强了海岸线的防护能力,还减少了海岸侵蚀的发生,同时恢复了海岸线的生物多样性,提升了滨海湿地生态系统价值和旅游价值。智能化监测技术的融合显著提升了沙质海岸综合防护体系的效能,通过多源数据采集与智能分析实现了防护策略的动态优化。当前,无人机LiDAR系统已广泛应用于砂质海岸地形监测,其高精度三维数据获取能力可快速生成数字高程模型(DEM),为海岸侵蚀评估和防护工程设计提供关键数据支撑[70]。同时,基于无人装备的沙滩智能监测系统通过多传感器集成与实时数据传输,实现了对沙粒组成、湿度及污染物分布的高频监测,有效弥补了传统人工巡查的不足[71]。这些技术的协同应用不仅优化了防护工程的针对性布局,还通过机器学习算法持续改进风险预测模型,推动沙质海岸防护从被动响应向主动适应转型。

2.2.4 资源开发利用

沙质海岸资源开发利用方面,研究人员重点关注了如何在保护生态环境的前提下,实现资源的可持续利用。沙质海岸资源开发利用的主要方式有旅游开发、港口建设、渔业捕捞等。其旅游功能综合展现了海岸带地区的自然风貌与人类历史文化的积淀,具有自然资源和环境资源的双重属性[26]。故研究人员在探讨开发旅游资源的同时,还考虑到生态环境的保护,如采用环保型设施和可持续的管理模式,避免了大规模旅游开发对生态环境的破坏,同时促进了当地经济的发展[72]。此外,Mustafa等[73]指出,海洋和海岸生态旅游的可持续性需要结合创新生态系统和可持续管理策略。除了旅游资源的开发利用,水产养殖和盐业生产等领域的学者们,也通过对科学规划和生态养殖技术的研究应用,努力探索减少海洋环境影响的同时发展沙质海岸的养殖经济的方案[74]。与此同时,沙质海岸也为可再生能源的开发提供了场所,研究人员在海岸区域进行海洋能的开发利用研究,根据海洋能管理需求,提出海洋能开发利用的环境影响研究建议,这些建议在实际应用中取得了良好的效果[75]。如地中海的一些沙质海岸通过波浪能开发减少了海滩侵蚀,并且这种开发方式还带来了经济和环境的双重效益[76]

3 结论与展望

通过对国内外沙质海岸研究的系统回顾,笔者梳理了沙质海岸风沙防治研究的特点与相关研究热点主题。值得注意的是,虽然研究已取得了一定进展,然而面对不断变化的环境条件,未来的研究仍需聚焦于创新性的解决方案与管理策略。

1)沙质研究态势演化特征包括3个方面。① 阶段分明,研究主题变化明显。研究经历了从基础研究到应用研究再到综合研究的发展历程。早期集中于地质和地貌特征,随着技术的进步和需求的增加,研究逐渐扩展至海岸侵蚀防治、生态环境保护和资源开发利用等领域。进入21世纪后,相关研究愈加深入,体现出综合性和多学科交叉的特点,涵盖海洋工程、风沙地貌、空气动力学及生态学等多个学科。② 研究方向剧增,学科交叉明显。20世纪初,集中于细致的描述性分析,学科交叉较少;进入20世纪中叶至80年代,跨学科合作逐渐显现;80年代至21世纪初,研究范围扩展至社会经济学,强调人类活动与自然环境的互动,进一步促进了各学科之间的交叉融合;21世纪初以来,实现了多学科的深度融合。③ 我国沙质海岸研究具有明显的政策导向与应用性,综合运用定量与定性方法,通过案例分析为管理措施提供依据。相较之下,国外研究更侧重基础科学探索和理论创新,但往往缺乏与实际政策的紧密结合。

2)沙质海岸研究的热点领域集中在以下2个方面:首先,地貌演化研究聚焦于潮滩演变相关的动力环境与过程,通过各类指示指标分析沙质海岸的形成和演变过程,揭示气候变化、海平面上升及人类活动等对地貌变化的影响;其次,关于沙质海岸侵蚀防治与资源开发利用的研究,着重关注生态恢复技术与资源可持续利用模式,运用硬防护与软防护措施提高生态稳定性,推动海岸生态保护与资源开发的双赢目标。

沙质海岸研究经过长期发展已形成较为完善的理论体系和技术方法,但在机理认知和防治实践方面仍存在若干关键问题亟待突破。当前研究的核心在于深入解析海岸风沙系统的形成演化规律,特别是揭示气候变化与人类活动双重驱动下的响应机制。随着研究深入,该领域正呈现显著的多学科交叉特征,通过整合先进监测技术与人工智能分析方法,实现了对海岸侵蚀与防护过程的精准刻画,为揭示沙质海岸动态变化规律提供了新的研究范式。在防治技术层面,现有防护体系面临生态功能与工程效益的协同优化难题,基于自然解决方案的适应性修复技术将引领未来发展方向,包括新型生态材料的研发、智能化防护装备的应用、以提升技术体系的环境适应性与长效稳定性。此外,随着国际合作需求的日益凸显,建立全球数据共享平台、协同开展海岸带可持续发展研究显得尤为重要,这不仅有助于应对海平面上升等共同挑战,更能促进各国在海岸带保护领域的经验交流与技术融合,为构建智能化、可持续的沙质海岸综合治理体系贡献多元化的解决方案。

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