海浪和沿岸流是搬沙的主力
海滩上大部分沙子移动发生在冲流带,也就是每一道波浪冲上沙滩又退回去时形成的那层薄薄水流。高能量波浪往往把岸线往后拉,低能量波浪则让岸线向前生长,而且无论海滩陡不陡,这个规律都成立[4]。坡度更缓确实能减少岸线后退的距离,并有利于沙子堆积,所以在考虑坡度之后,沙量变化与波浪条件之间的关系会拟合得更好[4]。
沙子也不只是垂直地冲上来、退下去,还会沿着海岸横向移动。在佛罗里达州巴拿马城,20年间共投放了1125万立方米沙子,其中约9%因沿岸输沙而横向流失到工程区域之外,87%留在了海滩剖面上[3]。这能让人有个尺度感:即便是规模很大、位置选得不错的补沙工程,20年里也会因横向漂移损失掉相当一部分沙子。
风也会搬沙,沙粒大小决定搬多少
向岸风把沙子吹向内陆,是形成海岸沙丘的主要力量;离岸风则相反,把沙子输出到海里,减少海滩的沙子总量[2]。但风能搬走多少沙子,很大程度上取决于沙粒大小,而沙粒大小本身也会随时间变化。在法国南部的勒卡特海滩,这是一个潮差很小的微潮环境,沙子会因近期风和波浪条件的不同,从中砂到极粗砂不等[2]。
实际影响很大。在风速为每秒10到14米时,实测输沙率从粗砂海滩的约每小时每米10公斤,到中砂海滩的每小时每米50至150公斤不等[2]。风会在几天到几个月内让表层沙子变粗,而短暂的海上风暴会搅动海滩、留下更细的沙,所以同样的风,根据前几周发生过什么,能搬走数量差别很大的沙子[2]。当沙子是粗砂时,海滩上部表面几乎不变;当沙子是中砂时,表面可能下降0.5米[2]。
河流、岬角和港口会改变沙子来源
河流是新沙子的重要来源。在摩洛哥的杰迪代海滩,海滩中部的侵蚀部分归因于乌姆埃拉比亚河带来的泥沙减少,再加上暴露于主导涌浪,以及夏季大量用于沙滩运动[1]。同一项研究还发现,西北侧的港口防波堤和东南侧的岩石露头起了屏障作用,阻挡泥沙移动,造成中部侵蚀、两端堆积[1]。
不过,岩石岬角并不总会挡住沙子。在意大利南部第勒尼安海岸的一段,对海滩沙子的岩相分析表明,卡波苏韦罗岬角并没有阻断来自北面的沿岸输沙,因为风暴浪驱动的海流会把沙子带过岬角[5]。这段海岸也显示了人类活动如何重塑沙子来源:1953年到1983年间,包括侵蚀在内的持续海滩变化主要由沿海地区和河流流域内的人类活动造成,尽管1870年到2019年的长期趋势是淤积[5]。
人们也会直接往海滩上加沙。海滩补沙就是有意投放沙子来拓宽海滩或抬高海滩剖面,在巴拿马城,实测的海滩剖面抬升(0.66米)与设计者根据留存沙量预测的结果非常接近[3]。这类工程是少数能精确知道输入沙量的情况,因此能清楚地衡量有多少沙子留下、多少沙子离开。
同一片海滩可能同时有得有失
沙子移动不是只朝一个方向进行的单一过程。在杰迪代,海滩剖面测量显示,在同一两年里,水上部分的海滩在堆积沙子,而较低的前滨却在侵蚀[1]。长期岸线记录和短期剖面记录讲述了故事的不同部分,所以这项研究同时使用两种时间尺度来理解沿岸和跨岸的沙子移动[1]。
这对任何想靠一次走访判断海滩健康状况的人都很重要。宽阔多沙的海滩上部,可以和变薄的海滩下部同时存在;一条150年来不断淤积的海岸线,也可能在人类干扰的几十年里急剧蚀退[1][5]。把沙子带进来和带出去的因素,会同时以小时、季节和世纪为尺度起作用,最终净结果是增加还是减少,取决于你观察时哪一个因素占主导。
本文引用的文献
杰迪代海滩沙子运动的周期性地貌动力学变化
在杰迪代海滩,港口防波堤和岩石露头阻挡泥沙移动,造成中部侵蚀、两端堆积,而河流供沙减少和夏季大量沙滩使用也加剧了海滩中部的侵蚀。
微潮环境中海滩沙粒大小随时间变化对风沙输运和海滩地貌的影响
在勒卡特海滩,离岸风把沙子输出到海里,向岸风则堆积沙丘;沙粒大小从粗砂变为中砂时,同样风速下风驱动输沙率可提高约五到十五倍。
海滩补沙所用沙子的实测去向
在巴拿马城20年间投放的补沙中,约87%留在了海滩剖面上,约9%因沿岸输沙流失,约4%在闭合深度内因疏浚流失。
塑造海滩:冲流带中的跨岸输沙
冲流带的岸线后退和前进由高能量与低能量波浪驱动,与海滩坡度无关;较缓的坡度会减少后退并有利于淤积。
意大利南部第勒尼安海一段海岸的岸线演变与现代海滩沙子组成
在意大利南部一段海岸,1870年到2019年间长期淤积,但1953年到1983年间沿海地区和河流流域的人类活动造成了侵蚀和持续的海滩变化,风暴浪海流会把沙子带过卡波苏韦罗岬角。
