小苏: 东山忆，最忆是海滩。这里有万步白沙的马銮湾和金銮湾，也有演绎“渔火与排挡”的南门湾，还有“鲍鱼苗之乡”的乌礁湾。聪敏勤劳的东山人，为门前的海滩量体裁衣，创造出丰富多彩的生活业态。这些海滩业态的形成，除了人文与资源因素外，是否还与海滩的自然条件有关？
老海：我们可以从海滩地貌动力学分类去了解。目前引用最多的分类方案，是悉尼大学地理系的澳大利亚海岸研究团队于1984年提出的海滩无量纲沉降速度Ω分类，图1是他们论文中总结的概念模式图。
图1 海滩Ω分类概念模式图
a.耗散型海滩（Ω>6）；b-e. 过渡型海滩（1<Ω<6）（b.沿岸沙坝-凹槽型、c.韵律沙坝型、d.横向沙坝裂流型、e.脊-槽或低潮阶地型）；f. 反射型海滩（Ω<1） 【引自：Wright, L.D. and Short, A.D., 1984: Morphodynamic variability of surf zones and beaches: a synthesis. Marine Geology 56, 93-118.】
小苏: 无量纲沉降速度Ω，听起来太专业了，能不能科普一下？
老海：1973年，美国佛罗里达大学Dean教授构思了一个海滩沙在破波作用下未向岸也未向海净移动的运动学中位判据：在一个波浪周期T中，泥沙被举升了一个波高 Hb，又以沉降速率Ws回到原位，此时无量纲数 Hb /(WsT) 正好等于1。1976年，Dalrymple和Thompson开始用符号Ω来代表这个无量纲数， 并将其命名为无量纲沉降速度，写成等式是 Ω = Hb /(WsT)。等式中的Ω与泥沙沉降速率Ws成反比，准确定义应是无量纲沉降速度的倒数，这是个命名缺陷，可惜一直沿用至今。
小苏: 按照图1，Ω分类方案包括高Ω值的耗散型和低Ω值的反射型两个端点类型，其间还有沿岸沙坝-凹槽型、韵律沙坝型、横向沙坝裂流型、脊-槽或低潮阶地型等4个中等Ω值的过渡类型。将Ω值与海滩地貌类型联系起来的原理是什么？
老海：海滩地貌之维持，稳态是关键。当输入近岸的水波（比如潮波和波浪）能量被海滩系统完全吸收，波动学上称输入水波与海滩阻抗匹配。阻抗匹配时，海滩处于稳态。若用波长L除以波速c替代波浪周期T，并在分子分母同时乘以密度ρ、重力加速度g和波高Hb，可将原来的等式 Ω = Hb /(WsT) 改写为新的等式 Ω = (cρgHb2/8)/(WsρgLHb) 。等式的分子为波能通量，分母为以Ws的速度举起波棱体所做功，Ω亦可视为表述输入水波与海滩阻抗匹配状态的无量纲数。以图1表示的平直海滩为例，法线方向的正入射波，通过海滩剖面的透射、反射和吸收，或以近封闭水域共振，或以斜面梯度耗散，或两者组合等阻抗匹配状态，维持着海滩剖面的稳态。偏离法线方向的斜入射波，则经海滩系统的折射、透射、反射和吸收，自组织地汇聚到低波速轴所在的海滩波导上，比如沿海蚀崖前缘分布的边缘波带，或如沿沙坝脊线分布的破波带等，调控水波能流，构建对应不同Ω值的二维海滩稳态系统。
小苏: 按沉积学视角，Ω反映海滩沙活动量与其粒度的相对关系，海滩Ω分类显然受到沙源所制约。那么，剖面形态最接近耗散型海滩的东山岛马銮湾海滩，应有充足的沙源保障？
老海：是的。若拥有丰富沙源，仅以简洁的斜面，即可满足耗散型海滩的梯度阻抗匹配需求，稳定地沿程吸收输入波能。主攻沙滩旅游和“拉山网”捕捞活动的东山岛马銮湾海滩，肯定需要充足沙源以保障长期维持在耗散型海滩类型。然作为马銮湾海滩主要沙源的海湾东侧小河口，前段因流域与沿岸基建项目硬化边滩的阻断，邻近作为替代沙源的沙丘岸线正在侵蚀后退（图2），应引起重视。
图2 2021年的东山岛马銮湾海滩。前景的小河口以及相邻的海滩正在侵蚀后退，并新修了丁坝与护岸。
小苏:沙源受阻后，海滩将如何演变？
老海：海滩将向另一个端点类型反射型海滩转化，最后依赖海蚀崖以及蚀余粗颗粒，形成大坡度斜面以吸收输入波能而稳定下来。东山岛北部的铜陵城南门湾海滩就有反射型海滩特征。由百余年前拍摄的老照片可见，当时的高潮位以上多为基岩崖岸，或是崖岸基础上垒起的，又屡屡被海浪冲跨的城墙，受崖岸前缘发育的边缘波带所限，海滩仅堆积至中低潮位（图3）。到了1960年代，谷文昌老县长带领东山人民，用高六七米、顶宽三米、边坡比1:3的南门海堤稳住岸线。然堤前边缘波强化，海滩仍以每年2.7米的速率蚀退，后人只得通过抛筑丁坝和补沙以维护滩面稳定。
图3 1902年的东山岛铜山城南门湾 【“The fishermen's quarters. Tang soa city”. University of Bristol - Historical Photographs of China reference number: Mx02-067. Cadbury Research Library archive finding number: DA26/2/2/1 (John Preston Maxwell Papers)，下载自：https://hpcbristol.net/visual/mx02-067】
小苏: 那么，过渡类型海滩呢？
老海：过渡类型海滩发育于中等程度的沙源供给条件下，通过营造窄带的Bragg共振系统，去适应不同的水波能流环境。这些二维正负地貌组合，比如Ω分类方案的沿岸沙坝-凹槽型、韵律沙坝型、横向沙坝裂流型、脊-槽或低潮阶地型等，分别对应着不同的共振模态。比如东山岛南部乌礁湾海滩，根据厦门大学蔡爱智教授1990年代的研究判断，主要依赖宫前连岛沙坝的风成沙丘补给。然受多年硅砂矿等大规模采砂活动影响，沙源供给条件不断衰减，补沙不足的海滩逐渐演变为沿岸沙坝活跃的韵律沙坝型。这是一种离岸流（裂流）出现概率偏高的海滩类型，沙滩旅游活动危险性较高，一般适合发展海滩活动较少的滨海养殖业。东山岛中部金銮湾海滩北段位于樟塘溪口（东赤港）沙源近端，故发育耗散型海滩，海滩南段位于沙源远端，则逐渐演变为过渡类型海滩（图4）。因此，樟塘溪口沙源的保护，涉及金銮湾海滩的沙滩旅游活动功能维护，需要列入东赤港生态公园规划的设计要求。
图4 2021年2月5日的东山岛金銮湾海滩真彩色遥感图件截图。位于樟塘溪口（东尺港）沙源近端的海滩北段耗散型海滩发育。位于沙源远端的南段已渐变为韵律沙坝型海滩。【下载自：https://fujian.tianditu.gov.cn/map/】
小苏: 看来，保护沙源是海滩维护的主要任务。
老海：这是目前的主流观点。几十年来，福建海洋界的几代“海滩医生”一直关注与研究沙源保护与海滩维护问题。去年，自然资源部第三海洋研究所蔡锋研究员牵头的“复杂海岸环境沙滩保护修复关键技术与应用”成果荣获国家科技进步奖二等奖，正是国家对几代“海滩医生”前赴后继而培育起来的我国海滩保护修复体系的肯定。蔡锋研究员著书呼吁，在全球变化与人类活动影响下，我国在海岸侵蚀问题上面临着三大挑战：“一、河流入海泥沙量日渐减少，必将不可逆地改变我国海岸带的泥沙运动和沉积收支，使海岸侵蚀不断加重；二、全球变暖与海平面上升将对我国平原海岸构成严重侵蚀威胁；三、海岸资源开发力度不断加大，以近岸采砂与不尽合理海岸工程建设为代表的负面环境效应直接或间接地影响海岸的稳定性”。三大挑战均指向海滩沙源条件保护这个重中之重，千万不可掉以轻心。
参考文献：
Wright, L.D. and Short, A.D., 1984. Morphodynamic variability of surf zones and beaches: a synthesis. Marine Geology. 56(93-118)。
Dean, R.G., 1973. Heuristic models of sand transport in the surf zone. Proc. Conf. on Engineering Dynanmics in the Surf Zone, Sydney, N.S.W., pp. 208-214。
Dalrymple, R.A. and Thompson, W.W., 1977. Study of equilibrium beach profiles. Proc. 15th Int. Conf. Coastal Eng., Honolulu, Hawaii, 1976, pp. 1277-1296。
李炎，陈一宁：《基于能量耗散视角的红树林海岸沉积地貌学》，载于：《海洋地质与第四纪地质》2023年第43卷第6期，第 25-33页。
王元领，陈坚，余兴光：《福建东山岛东部滨海沙滩侵蚀状况与成因初探》，载于：《海洋开发与管理》2010年第27卷增刊，第72-76页。
刘焕文：《沙坝及人工沙坝引起海洋表面波 Bragg 共振反射的研究进展》，载于：《 应用数学和力学》2016年第37卷第5期，第459-471页。
余锡平：《近岸水波的解析理论》，科学出版社2012版。
蔡爱智，蔡月娥：《福建东山岛宫前连岛沙坝的发育》，载于《海洋地质与第四纪地质》1991年第10卷第1期，第81-92页。
刘勇，陈本清，刘乐军，等：《基于多源数据的福建东山岛海岸侵蚀及其不同时空尺度成因分析》，载于《海洋学报》2016年第38卷第3期，第98-110页。
李志强，朱雅敏：《基于地形动力学的海滩裂流安全性评价——以三亚大东海为例》，载于《热带地理》2015年第35卷第1期，第96-102页。
蔡锋等著：《中国海滩资源概述》，海洋出版社2019版。
文| 李炎
