拉马鲁卡/平克尔卵石海湾海滩的形态学与沉积学研究：1984年至2024年的演变（西班牙西北部桑坦德）

《Earth》：Morphology and Sedimentology of La Maruca/Pinquel Cobble Embayed Beach: Evolution from 1984 to 2024 (Santander, NW Spain)

西班牙 Cantabria 海岸 La Maruca/Pinquel 砾石海滩的形态动力学演变研究，基于1984-2024年正射影像与实地调查，结合沉积物参数（粒径、形状、分选度）及波浪、潮汐、海平面上升等动力因素分析。结果表明：海滩线年均退缩0.42米，导致覆盖面积减少460.8平方米；永久性风暴脊与临时性潮汐脊交替形成，西向过顶沉积体迁移陆上；未来因海平面上升和波浪能量增强，预计海岸线持续后退，需加强动态管理。

　　
西班牙北部 Cantabria 海岸的 La Maruca/Pinquel 砾石海滩经过长达40年的持续观测，揭示了复杂的海岸动态过程及其与沉积物特征、波浪能量及海平面上升的相互作用机制。该研究通过多源遥感数据融合、现场沉积物采样及水动力参数解析，构建了首个基于长期时间序列的完整形态动力模型，为同类砾石海滩的演变规律提供了重要理论支撑。

### 一、研究背景与科学问题
Cantabria 海岸属于典型中潮汐区域，其独特的地质构造（ Lower Eocene 碳酸盐岩地层）与气候特征（年均波高2.5米，极端潮差达5米）共同塑造了复杂的砾石海滩地貌。现有研究多聚焦于砂质海滩，而砾石海滩因沉积动力机制特殊（粒径>60mm占比达85%）、植被固土能力显著（海拂草覆盖率达32%）等特性，长期存在理论模型缺失问题。本研究通过40年正射影像（分辨率15-25cm）与现场沉积物采样（16个点位），重点解决三个科学问题：
1. 砾石形态参数（圆度0.63±0.08，扁度-3.5至+0.5）与波浪能量（Hs=2.3m，周期8-15s）的定量响应关系
2. 潮汐周期（M2半日潮主导）与风暴潮（年均1.2次）对海滩形态的耦合作用机制
3. 海平面上升（2.46cm/10年）与海岸线后退（0.42m/年）的反馈模型构建

### 二、关键观测发现
#### （一）海滩形态演化特征
通过1984-2024年正射影像解译（图5、10），识别出四个典型演变阶段：
1. **1984-1997年**：平面形态稳定，主要沉积区面积波动在2910-3058m2之间，平均年变化率0.12m。
2. **1998-2005年**：出现阶段性侵蚀（2002年面积减少18%），伴随新潮汐阶地发育（图10B）
3. **2006-2012年**：受2009年冬季 storms（Hs达6.8m）影响，形成3个连续潮汐阶地（最大高度5.2m，间距35-45m），沉积量增加12%
4. **2013-2024年**：进入加速演变期，年均后退0.27m（2017-2020）和0.62m（2020-2024），面积累计减少460.8m2

#### （二）沉积物动力学特征
1. **粒度分布**：西段以>80mm砾石为主（占比62%），东段<60mm颗粒增加（图8A）。 Sorting值西段达0.35（极好分选），东段降至0.75（中等分选）
2. **形状参数**：圆度指数（RWt）0.70-0.75（西段）→0.60-0.65（东段），扁度指数（OP）西段-0.5至+0.3，东段达-5.2（典型片状结构）
3. **沉积结构**：发现三种典型构造：
- **叠瓦状排列**：占沉积体体积的78%，由反复浪涌-回流作用形成
- **波蚀阶地**：高程1.2-1.8m带，记录6次重大风暴事件（2007、2014、2020）
- **过顶沉积体**：厚度0.3-0.8m，最大覆盖面积225m2（2007年观测）

#### （三）动力响应机制
1. **波浪折射效应**：西北向入射波（方位角300°）经岩质岸线折射后转为东北向（方位角45°），形成对称的潮汐阶地结构（图4B）
2. **潮汐循环控制**：大潮期间（潮差3.8m）形成高能沉积区（体积占比41%），小潮期间（潮差1.2m）发生显著侵蚀
3. **植被反馈作用**：海拂草覆盖区（西段18m×12m）导致表层沉积物年固结量达15cm3/m2

### 三、理论模型创新
#### （一）形态沉积相互作用模型
提出"三明治"沉积结构（图12A）：
1. **表层活动带**（0-1m高程）：圆度>0.7的片状砾石，形成0.5-1.2m高的潮汐阶地
2. **中间稳定带**（1-2m高程）：叠瓦状排列， Sorting>0.4
3. **底层改造带**（>2m高程）：棱角状砾石（Kurtosis>1.5），与基岩接触带形成侵蚀界面

#### （二）海平面上升响应机制
建立双因子耦合模型（图13）：
1. **垂直响应**：通过波蚀台地（高度1.2-1.8m）缓冲0.3-0.5m的抬升作用
2. **水平响应**：年均后退0.42m，其中83%由风暴潮引发的后退构成
3. **植被调节效应**：海拂草覆盖区使侵蚀速率降低40%-60%

#### （三）极端事件影响量化
1. **风暴潮阈值**：当波高超过4.5m时，触发砾石迁移（迁移距离>15m/事件）
2. **潮汐周期匹配度**：M2半日潮与沉积层周期（2-3年）存在0.7相位差
3. **沉积物补给**：西段基岩崩解速率（0.18t/m2·年）主导60%沉积输入

### 四、管理应用建议
1. **海岸防护**：在潮汐阶地顶部（高程2.5m以上）建议设置透水式防护堤（高度1.2m）
2. **植被管理**：西段保留海拂草覆盖区（面积>200m2）可提升海岸稳定性35%
3. **沉积调度**：建议每年冬季在东段（年均后退0.5m）实施人工补沙（2000-3000m3/年）
4. **监测预警**：建立包含卫星雷达（SAR）与无人机（分辨率0.3m）的多尺度监测网络

### 五、科学意义与局限
本研究首次建立中潮汐砾石海滩的"全周期"演变模型（1984-2024），验证了以下理论：
1. 砾石海滩存在0.5-1.5m的基准面抬升效应（图6F）
2. 片状砾石（OP<-0.3）具有更强的抗浪蚀能力（存活时间>10年）
3. 潮汐周期（15天）与沉积层周期（2-3年）存在量子化匹配关系

局限性在于未考虑北向 Cantabrian 海流（流速0.8-1.2m/s）的潜在影响，后续研究需结合水动力数值模拟（如 MIKE 21）完善模型。

该研究为欧洲西北部类似海岸（如法国 Biscay悬崖、葡萄牙 Sado河口）的长期演变预测提供了基准模型，预计在2050年前该海滩将完成整体西移（总退距>20m），形成新的潮汐阶地体系。