河海大學港口海岸與近海工程學院馮曦教授課題組研究成果！在討論砂質海灘剖面在風暴后由潮-波-沙壩相互作用下的自我恢復方面取得新進展!

由河海大學港口海岸與近海工程學院馮曦老師、博士研究生江沅書等合作完成的研究成果《Geometric-spatial parameterization of storm sandbars in post-storm beach profile self-recovery: Modulated by tide-wave-sandbar interplay》，已正式刊發(fā)于海洋學領域國際知名期刊《Applied Ocean Research》。該研究在討論砂質海灘剖面在風暴后由潮-波-沙壩相互作用下的自我恢復方面取得新進展。

1.研究背景

極端天氣事件（如臺風）對砂質海岸具有極強的破壞力，往往會導致海灘在短時間內發(fā)生劇烈侵蝕。由于強勁的水動力作用，近岸沉積物被輸運至離岸區(qū)域，常形成顯著的“風暴沙壩”。然而，海灘系統(tǒng)具備一定的韌性，能夠在風暴后通過自然過程逐漸“自恢復”，即沉積物重新向岸輸運，沙壩逐漸向海灘靠攏并最終并合。本研究使用海南島鋪前灣的砂質海灘在臺風“Kompasu”過境后的剖面實測數據，聚焦風暴后海灘剖面自我恢復過程中的沙壩行為及其與潮汐-波浪作用的耦合關系。

圖1：研究區(qū)域和水動力條件

2.研究方法

本研究采用了現場實測與數值模型相結合的方法。在研究區(qū)域方面，本研究選取了中國海南島北部鋪前灣。該區(qū)域受到了臺風“Kompasu”的顯著影響。在臺風“Kompasu”過境前后的恢復期內，研究人員對海灘剖面高程、潮汐水位等外部水動力條件進行了現場觀測。

在數值模型方面，本研究以XBeach模型為核心開展一系列數值實驗，包含了模型校準、模型驗證和若干針對性試驗。具體工作流程包括：1）構建代表性海灘剖面與初始沙壩形態(tài)；2）在不同潮差與沙壩初始形態(tài)條件下運行XBeach模型，檢驗潮汐相位變化對沙壩遷移與形態(tài)重塑的影響；3）從模式輸出提取、擬合沙壩及恢復后平衡剖面的幾何與空間量化指標。

圖2：臺風“Kompasu”前后現場觀測數據

圖3：數值模型XBeach的驗證結果（以ATHK12為例）

3.主要發(fā)現

研究揭示了風暴沙壩在海灘自恢復過程中的動態(tài)演變規(guī)律及其背后的動力機制，主要發(fā)現如下：

（1）潮汐動力的關鍵控制作用

微潮或波浪主導的海岸中，潮汐動力仍是風暴后海灘剖面恢復的關鍵因子。是否考慮潮汐會顯著改變地貌模擬結果。漲潮時沙壩前緣波浪不對稱性增強，泥沙向岸輸移加快，后濱淤積明顯。落潮及低潮期向岸輸沙減弱，泥沙在沙壩后側及前濱堆積。

圖4：漲潮與落潮期間物理量時間平均值的分布

（2）潮差決定了沙壩的向岸補給能力

低能波浪環(huán)境下，風暴沙壩補沙功能及海灘平衡剖面形態(tài)依賴潮差。微潮至中潮區(qū)，沙壩可促進穩(wěn)定灘肩發(fā)育，并且灘肩高度與潮差呈正相關，而寬度呈負相關。特定距離范圍內沙壩可補給后濱、抑制沙丘侵蝕。大潮環(huán)境下，沙壩對剖面恢復無顯著貢獻，難以形成穩(wěn)定灘肩。

圖5：在無潮、微潮、中潮及大潮環(huán)境下，不同初始位置風暴沙壩對應的海灘平衡剖面

（3）沙壩初始形態(tài)與海灘重塑的關聯(lián)

微潮至中潮環(huán)境中，海灘恢復形態(tài)與沙壩初始位置、陡峭度顯著相關。當沙壩越靠岸且形態(tài)越陡，恢復后的前濱坡度越陡，后濱寬度越大。該相關性在大潮或無潮汐條件（如實驗室控制場景）下不成立。

圖6：低能波浪與微潮環(huán)境下，沙壩初始形態(tài)與位置變化時，恢復后的海灘平衡剖面

4.總結

本研究以臺風“Kompasu”過境后的海南島北部鋪前灣為例，通過現場實測數據和一系列的數值模型方法，深入解析了風暴沙壩在海灘自恢復過程中的演變過程，強調潮汐-波浪-沙壩三者耦合對恢復過程的關鍵調制作用。本研究進一步完善了對風暴后海灘地貌演變過程的科學認知，可以為海岸帶管理部門預測海灘在極端風暴后的恢復周期提供了理論依據，也為海灘養(yǎng)護工程的設計（如人工沙壩的投放位置和形態(tài)設計）提供了重要的參考價值。

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Geometric-spatialparameterizationofstormsandbarsinpost-stormbeachprofileself-recoveryModulatedbytide-wave-sandbarinterplay.pdf

• 信息來源：河海大學港口海岸與近海工程學院。

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