國際海岸線變化研究進(jìn)展綜述
——基于文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法

張玉新，侯西勇

(1.中國科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所，山東 煙臺(tái)264003； 2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京100049； 3.中國科學(xué)院海岸帶環(huán)境過程與生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 煙臺(tái) 264003； 4.中國科學(xué)院海洋大科學(xué)研究中心，山東 青島 266071)

海岸帶地處陸海交界處，受陸、海、空多重自然及人類過程影響，既是地球表層復(fù)雜、動(dòng)態(tài)的自然系統(tǒng)，也是高強(qiáng)度人類活動(dòng)影響下的空間單元，是具有獨(dú)特陸、海屬性的動(dòng)態(tài)而復(fù)雜的自然體系[1-2]。海岸線被國際地理數(shù)據(jù)委員會(huì)(International Geographic Data Committee)認(rèn)定為27個(gè)地表要素之一[3]，能有效表征海岸帶生態(tài)系統(tǒng)演變過程，同時(shí)也是海岸帶地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展活動(dòng)的重要標(biāo)識(shí)[4-8]；研究海岸線的時(shí)空變化特征，對(duì)認(rèn)識(shí)海岸帶生態(tài)環(huán)境過程、演變機(jī)制、海岸帶綜合管理與可持續(xù)發(fā)展等具有重要的意義[9-12]。

文獻(xiàn)計(jì)量是一種基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)的分析方法[13-14]，主要基于文獻(xiàn)的外部特征，從文獻(xiàn)的分布結(jié)構(gòu)、數(shù)量關(guān)系、變化規(guī)律等角度進(jìn)行分析，從而探討某科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展歷程和規(guī)律，具有客觀、量化和易于比較的特點(diǎn)。Gao 等(2018)運(yùn)用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法分析了1995—2016年間有關(guān)海岸帶洪水的常用研究方法及發(fā)展趨勢[15]；Hu 等(2013)基于Web of Science，運(yùn)用文獻(xiàn)計(jì)量的方法，對(duì)1992—2011年全球飲用水的研究活動(dòng)和趨勢進(jìn)行了深入分析[16]；鐘賽香等(2015)基于社會(huì)科學(xué)引文索引(Social Sciences Citation Index, SSCI)數(shù)據(jù)庫，運(yùn)用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法研究了百年國際人文地理學(xué)的發(fā)展特點(diǎn)與規(guī)律[17]。

本研究從文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)的角度對(duì)1970年以來科學(xué)引文索引擴(kuò)展版(Science Citation Index Expanded, SCIE)數(shù)據(jù)庫中收錄的有關(guān)海岸線變化的文獻(xiàn)進(jìn)行分析，并綜述重點(diǎn)文獻(xiàn)內(nèi)容，以期發(fā)現(xiàn)國際海岸線變化研究的發(fā)展歷程和趨勢，了解主要的研究團(tuán)隊(duì)、國家和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)信息以及該領(lǐng)域主要的研究方法和涉及的熱點(diǎn)問題等，為國內(nèi)海岸線變化相關(guān)問題的研究及海岸帶綜合管理實(shí)踐提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源于科學(xué)信息研究所(Institute for Scientific Information, ISI)的SCIE數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫全面收錄了國際上較高水平的科研論文，是文獻(xiàn)計(jì)量最可靠的數(shù)據(jù)來源[18]。在Web of Science中以主題“shoreline change”或者“coastline change”或者“shoreline erosion”或者“coastline erosion”或者“shoreline expansion”或者“coastline expansion”和檢索時(shí)間1970年1月1日至2018年11月16日進(jìn)行檢索，共得到有效文獻(xiàn)1 024篇，將其全紀(jì)錄與參考文獻(xiàn)信息全部導(dǎo)出。

1.2 研究方法

以海岸線變化相關(guān)文獻(xiàn)信息為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，利用Excel進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并基于VOSviewer(Visualization of Similarities Viewer)軟件完成相關(guān)矩陣的運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)作者、國家、機(jī)構(gòu)以及關(guān)鍵詞的合作與共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析以及科學(xué)知識(shí)圖譜的可視化[19]。在此基礎(chǔ)上，通過文獻(xiàn)綜述方法，分析海岸線變化研究主要涉及的科學(xué)問題和研究熱點(diǎn)。

K-core(K核)分析是網(wǎng)絡(luò)聚類分析中的常用方法，可有效表征個(gè)體間的相似性及聚類關(guān)系。在VOSviewer中給出的核函數(shù)為高斯核函數(shù)，基于K核進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析，表達(dá)式為K(t)=exp(-t2)，K值越大，團(tuán)體合作越密切、節(jié)點(diǎn)越大，表示與其合作數(shù)量越多，節(jié)點(diǎn)之間的連線寬度越大，則表明兩者之間的聯(lián)系越多[20]。

2 海岸線變化研究發(fā)展特征

2.1 學(xué)科領(lǐng)域及出版物分析

2.1.1 學(xué)科領(lǐng)域 按Web of Science中學(xué)科類別分，近50年來，海岸線變化研究共涉學(xué)科64個(gè)，其中發(fā)文量超過30篇的有12個(gè)學(xué)科(表1)。海岸線變化研究在地球科學(xué)、環(huán)境科學(xué)和自然地理學(xué)方面發(fā)展較早，且占比最多，遙感技術(shù)、大氣科學(xué)、生態(tài)學(xué)以及生物多樣性保護(hù)學(xué)科自21世紀(jì)逐漸出現(xiàn)，在2010年之后增長較快。

表1 發(fā)文量超過30篇的所涉學(xué)科統(tǒng)計(jì)結(jié)果Tab.1 Statistics on the subjects with more than 30 paper publications

注：有些文獻(xiàn)涉及多學(xué)科，故表中記錄數(shù)之和超過1 024篇。

2.1.2 出版物領(lǐng)域 共有226種出版物發(fā)表過海岸線變化相關(guān)的文章，發(fā)表5篇以下的有193種(占比85.40%)，10篇以上的有13種(表2)。其中，《Journal of Coastal Research》發(fā)文量最多，占近30%，雖然只是4區(qū)(中國科學(xué)院分區(qū)，下同)期刊，但作為岸線變化文章的主陣地，篇均被引頻次已經(jīng)超過了20。13種出版物中，僅一種1區(qū)期刊，發(fā)文量也僅有15篇。篇均被引頻次最高的是《Marine Geology》，達(dá)35.66，為2區(qū)期刊。

表2 發(fā)文量超過10篇的期刊信息統(tǒng)計(jì)Tab.2 Statistics on journals with more than 10 paper publications

續(xù)表2

2.2 成長趨勢分析

2.2.1 發(fā)文量分析 近50年來文獻(xiàn)數(shù)量整體呈指數(shù)上升趨勢，如圖1所示。大致分為3個(gè)階段：20世紀(jì)以前為萌芽及緩慢發(fā)展階段，年發(fā)文量少于20篇，合計(jì)發(fā)文140篇，占比14%，研究以探討海岸線演變過程及機(jī)理為多；2000—2010年為發(fā)展階段，發(fā)文量小幅波動(dòng)上升，合計(jì)發(fā)文236篇，占比23%，海岸線變化與海平面上升、泥沙運(yùn)輸及海岸水動(dòng)力系統(tǒng)的關(guān)系研究逐漸增加，岸線模擬預(yù)測與海岸帶綜合管理研究開始發(fā)展；2011年以來進(jìn)入快速增長階段，發(fā)文量暴增，合計(jì)發(fā)文648篇，占比63%，海岸線變化的驅(qū)動(dòng)力及模擬預(yù)測研究、岸線變化的自然與社會(huì)效應(yīng)以及海岸帶綜合管理研究成為研究的熱點(diǎn)。

圖1 1970—2018年文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量Fig.1 Number of papers published from 1970 to 2018

2.2.2 主要特征值分析 以每10 a為統(tǒng)計(jì)時(shí)段，國際海岸線變化研究文獻(xiàn)成長趨勢的主要特征值(表3)表現(xiàn)為：發(fā)文量逐漸加速增長；平均作者數(shù)量逐漸增加，由開始的2.14人/篇增長到現(xiàn)在3.95人/篇；平均被引頻次在2000年以前一直是上升態(tài)勢，但2000年之后發(fā)表文獻(xiàn)的平均被引頻次仍未超過20世紀(jì)90年代的文章；文章的平均頁碼數(shù)從20世紀(jì)70年代到80年代有較大的跨越，之后則趨于相對(duì)穩(wěn)定，平均在11～12頁左右；高引指數(shù)自1990年以來有劇烈的上漲趨勢，2000—2009年期間最高，達(dá)48。

2.3 關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析

基于VOSviewer對(duì)所有關(guān)鍵詞進(jìn)行共現(xiàn)分析，并對(duì)原始數(shù)據(jù)中各階段出現(xiàn)次數(shù)排名前50位的關(guān)鍵詞進(jìn)行歸并處理，歸并原則是：意義相同者歸并，單復(fù)數(shù)形式進(jìn)行歸并，英文縮寫與全稱合并，書寫格式統(tǒng)一等，歸并后再次進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表4)。

2.3.1 總體分析 3個(gè)發(fā)展階段出現(xiàn)5次及以上的高頻詞占比逐漸增加，但均小于10%，這種“高頻詞占比低，低頻詞占比高”的頻次與排序分布規(guī)律是一種普遍的現(xiàn)象[21]。而本研究中高頻詞占比逐漸增加的現(xiàn)象說明：海岸線變化這一主題研究的熱點(diǎn)相對(duì)集中，但研究熱點(diǎn)有發(fā)散的趨勢。

海岸線侵蝕尤其是砂質(zhì)岸線侵蝕一直是備受關(guān)注的研究重點(diǎn)，同時(shí)，可以明顯看出岸線變化所涉及科學(xué)問題及監(jiān)測手段的變化與進(jìn)步。例如：2000年前與2010—2018年兩階段相比，海平面上升和氣候變化的共現(xiàn)次數(shù)由61次和8次，分別發(fā)展到1 411次和837次，“管理”一詞也由29次增加到433次，同時(shí)，“人工育灘”一詞更是由0次發(fā)展到153次；2000年以前岸線變化監(jiān)測的手段主要是航空攝影測量技術(shù)和依托歷史地圖資料，但進(jìn)入21世紀(jì)，機(jī)載雷達(dá)、遙感和GIS逐漸成為主要的監(jiān)測手段。

表3 1970—2018年岸線變化研究文獻(xiàn)的主要特征值Tab.3 Main indicators of research papers on the shoreline changes from 1970 to 2018

注：2010—2018年的高引指數(shù)只計(jì)算到2016年。

表4 1970—2018年各階段關(guān)鍵詞統(tǒng)計(jì)信息表Tab.4 Statistics of key words at each stage from 1970 to 2018

2.3.2 國家與地區(qū)關(guān)注度分析 在3個(gè)發(fā)展階段關(guān)鍵詞總排名中，統(tǒng)計(jì)出現(xiàn)頻次排名前100關(guān)鍵詞中的國家與地區(qū)的出現(xiàn)次數(shù)，在20世紀(jì)僅有3個(gè)國家，分別是美國(97次)、澳大利亞(26次)和孟加拉國(12次)；2000—2009年間共6個(gè)國家，分別是美國(360次)、墨西哥(68次)、中國(37次)、埃及(33次)、澳大利亞(31次)、加拿大(23次)；2010—2018年間共5個(gè)國家，分別是美國(723次)、新加坡(189次)、墨西哥(140次)、印度(134次)、中國(129次)?？梢姡绹恢笔茄芯康臒狳c(diǎn)區(qū)域，但近年來亞洲地區(qū)的幾個(gè)國家也逐漸成為研究的焦點(diǎn)。就區(qū)域而言，美國的路易斯安那州、佛羅里達(dá)州、北卡羅來納州、加利福尼亞州、夏威夷等，以及墨西哥灣、尼羅河三角洲、長江三角洲、黃河三角洲、江蘇省和上海市等都是岸線變化研究的熱點(diǎn)區(qū)域。

2.4 國家與機(jī)構(gòu)分析

2.4.1 國家發(fā)文量分析 1 024篇文獻(xiàn)所涉國家共72個(gè)，其中發(fā)文量不足5篇的國家有38個(gè)(占比52.78%)，表5顯示的是發(fā)文量超過20篇的15個(gè)國家在各個(gè)階段的發(fā)文情況。美國、加拿大和日本是最早開始研究岸線變化問題的國家，其中，美國自20世紀(jì)90年代就進(jìn)入了快速發(fā)展態(tài)勢，而加拿大和日本一直到2010年發(fā)展速度才開始有所加快；澳大利亞、英國、印度、西班牙、德國、荷蘭和新西蘭是從20世紀(jì)90年代才逐漸開始發(fā)展，其中，澳大利亞、英國和印度的發(fā)展速度較快；中國、法國、韓國、巴西和土耳其則是到了21世紀(jì)才逐漸出現(xiàn)在國際舞臺(tái)，其中，中、法兩國雖起步較晚，但發(fā)展速度較快，目前已經(jīng)躋身世界前列。

就各國的被引頻次來看，澳大利亞的均篇被引頻次最高，荷蘭、美國和新西蘭也均超過20次/篇，中國的均篇被引頻次為8.34，相對(duì)較低，說明中國在岸線變化方面研究的國際影響力還較弱。

2.4.2 機(jī)構(gòu)發(fā)文量分析 1 024篇文獻(xiàn)的作者出自機(jī)構(gòu)共977個(gè)，其中發(fā)文量不足5篇的有902個(gè)(占比92.32%)。表6顯示的是發(fā)文量排名前十位的機(jī)構(gòu)，英國、中國和澳大利亞各占1個(gè)，美國有7個(gè)，其中美國地質(zhì)調(diào)查局以絕對(duì)優(yōu)勢排名第一。就文獻(xiàn)的均篇被引頻次看，澳大利亞的新南威爾士大學(xué)最高，達(dá)46.07次/篇，俄勒岡州立大學(xué)、路易斯安那州立大學(xué)和美國地質(zhì)調(diào)查局均超過了30次/篇，而中國的中國科學(xué)院僅為9.93次/篇，在10所機(jī)構(gòu)中是最低的。

表6 發(fā)文量前10名的機(jī)構(gòu)發(fā)文信息統(tǒng)計(jì)結(jié)果Tab.6 TOP 10 most productive organizations for their paper publications

2.4.3 國家合作分析 對(duì)所涉72個(gè)國家進(jìn)行合作網(wǎng)絡(luò)分析(圖2)，其中有62個(gè)與其他國家存在合作關(guān)系，形成了以美國、澳大利亞和英國為主要核心的合作群，其K值較大，合作關(guān)系最為密切。同時(shí)，荷蘭、加拿大、德國、中國和法國的合作強(qiáng)度也較強(qiáng)。合作最為密切的幾個(gè)國家群基本是在2010年前后開始形成并發(fā)展的，而中國和法國則是在最近幾年才逐漸擴(kuò)大與國際的交流合作。

圖2 國家合作網(wǎng)絡(luò)可視化圖譜Fig.2 Visualization of national cooperative network 圖中國家名稱的字號(hào)越大表示合作關(guān)系越密度。

2.4.4 機(jī)構(gòu)合作分析 對(duì)所涉977個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行合作網(wǎng)絡(luò)分析(圖3)，其中有546個(gè)是與其他機(jī)構(gòu)存在合作關(guān)系的，形成了以美國地質(zhì)調(diào)查局、杜克大學(xué)、佛羅里達(dá)大學(xué)及澳大利亞的詹姆斯庫克大學(xué)為主要核心的合作群，其K值較大，合作關(guān)系最為密切。中國的中國科學(xué)院、同濟(jì)大學(xué)及河海大學(xué)在國際上也有較強(qiáng)的合作。

圖3 機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)可視化圖譜Fig.3 Visualization of institution cooperative network 圖中機(jī)構(gòu)名稱的字號(hào)越大，表示合作關(guān)系越密切。

3 涉及的主要科學(xué)問題和研究熱點(diǎn)

國際上自20世紀(jì)70年代開始對(duì)海岸線變化進(jìn)行研究，基于上述對(duì)該主題文獻(xiàn)的學(xué)科領(lǐng)域、發(fā)文量、關(guān)鍵詞等信息的分析，總結(jié)當(dāng)前國際海岸線變化研究的主要科學(xué)問題，包括：海岸線時(shí)空變化及其驅(qū)動(dòng)力研究；海岸線變化的自然與社會(huì)因素效應(yīng)研究；岸線變化背景下的海岸帶綜合管理研究。

3.1 海岸線時(shí)空變化及其驅(qū)動(dòng)力

3.1.1 海岸線時(shí)空變化 海岸線變化特征包括岸線長度消長、形態(tài)演化、位置變遷、利用類型轉(zhuǎn)移、岸線所圍陸海空間更替等，另外，通過各種指數(shù)定量計(jì)算海岸線形態(tài)穩(wěn)定性、開發(fā)強(qiáng)度、分形特征等研究也越來越多?？偨Y(jié)當(dāng)前研究，主要分為定性和定量兩種分析方法。定性分析主要是通過地圖疊加以認(rèn)知岸線的位置、形態(tài)變化，主觀性較強(qiáng)，精度較低；定量分析則是通過具體的數(shù)值統(tǒng)計(jì)量，例如面積、岸線變化速率等來定量描述岸線的時(shí)空變化特征。例如：徐進(jìn)勇等(2013)從岸線開發(fā)強(qiáng)度和分形維數(shù)兩方面分析了中國北方三省一市的岸線時(shí)空變化特征[22]；張?jiān)频?2015)提出岸線穩(wěn)定性概念，通過計(jì)算岸線向海推進(jìn)或向陸后退的水平距離構(gòu)建岸線穩(wěn)定性指數(shù)模型，分析了1990年以來中國大陸岸線的穩(wěn)定性特征[23]；Thomas等(2016)利用DSAS系統(tǒng)，計(jì)算了巴布亞新幾內(nèi)亞的塔庫環(huán)礁岸線的端點(diǎn)速率、加權(quán)線性回歸速率，并結(jié)合一次暴風(fēng)雨事件，對(duì)海島岸線位置、類型、海島面積等進(jìn)行了時(shí)空變化分析[24]。

3.1.2 海岸線變化驅(qū)動(dòng)力 該研究從氣候變化和人類活動(dòng)兩方面進(jìn)行海岸線變化的驅(qū)動(dòng)力分析。

①氣候變化。全球或區(qū)域性的氣候變化是驅(qū)動(dòng)海岸線發(fā)生變化最主要的自然因素，包括海平面上升速度加快[25]、海洋溫度增加[26]、季風(fēng)洋流模式變化[27]、降水改變及隨后河流沉積物運(yùn)移變化[28]、近岸波浪系統(tǒng)及風(fēng)暴潮變化[29]等均可使海岸線形態(tài)位置發(fā)生變化，其中，近岸波浪系統(tǒng)變化和海平面加速上升與海岸線變化的作用—響應(yīng)關(guān)系較為密切，且研究最多。

近岸波浪系統(tǒng)方向和高度的改變可對(duì)岸線的形態(tài)和位置產(chǎn)生較大的影響[30]，Ruiz等(2010)利用典型相關(guān)分析(CCA)方法，建立了波浪系統(tǒng)與岸線位置的作用—響應(yīng)關(guān)系，確定了波浪條件與岸線位置的行為模式[31]；Murray等(2018)通過將觀測(或預(yù)測)的氣候變化降級(jí)為局部的近岸波浪系統(tǒng)變化，再降級(jí)為相關(guān)的海岸線變化，以此研究了波浪系統(tǒng)與岸線變化間的關(guān)系[32]?？梢姡瑢?duì)歷史波浪數(shù)據(jù)的建模分析，是研究波浪系統(tǒng)與海岸線作用—響應(yīng)關(guān)系的常用方法，然而，受氣候變化影響，未來波浪系統(tǒng)將發(fā)生重大變化，因此，研究中在利用波浪系統(tǒng)演化模型對(duì)海岸線進(jìn)行預(yù)測時(shí)還要考慮未來波浪系統(tǒng)的態(tài)勢，Gopikrishna等(2017)和Rajasree等(2016)分別基于過去和未來25 a和35 a波浪模擬數(shù)據(jù)，建立海岸線數(shù)值模型，確定了未來海岸線發(fā)展趨勢[33-34]。

海平面上升將直接導(dǎo)致土地的永久性消失，是全球海岸線侵蝕的重要影響因素[35]。就目前的研究來看，海平面上升只會(huì)加劇岸線的侵蝕，而絕非主導(dǎo)因素[30，36-38]，例如：Zhang等(2018)在研究黃河三角洲1976—2016年間岸線時(shí)空變化特征時(shí)指出，相對(duì)海平面上升造成岸線后退約8.5 m/a，占總侵蝕速率的32%左右[39]；Houston(2017)在研究佛羅里達(dá)西部海岸線時(shí)空變化時(shí)指出，海平面上升導(dǎo)致的岸線變化幅度所占比例不足20%[40]；另外，也有研究指出，海平面上升的影響在未來將會(huì)超過其他因素，成為導(dǎo)致岸線侵蝕的主要自然因素，Yoshida等(2013)在研究日本5個(gè)海灘的岸線變化時(shí)指出，到2100年，海平面上升對(duì)海灘侵蝕的影響要比波浪高度變化和地面沉降的影響大得多[41]；Figueiredo等(2018)在研究巴西里約熱內(nèi)盧某海灘岸線變化時(shí)指出，在2100年較高預(yù)測海平面上升速率下，海平面上升影響將超過泥沙虧缺，成為決定海岸線后退的主要原因[42]。

②人類活動(dòng)。人類活動(dòng)對(duì)海岸線位置、形態(tài)及類型均有顯著的影響，這些影響要遠(yuǎn)大于自然因素，且造成的后果往往是不可逆的。圍海養(yǎng)殖、圍墾濕地、港口碼頭建設(shè)和丁壩突堤建設(shè)等人工圍填海是海岸線極速擴(kuò)張的主要原因；另外，在入海河流的中上游建造蓄水大壩、引水灌溉、水土保持以及人為改道等人類活動(dòng)則是河口海岸線急劇后退的主要原因。

全世界一半以上的人口生活在沿海約60 km的范圍內(nèi)，人口在250萬以上的城市有2/3位于潮汐河口附近[43]，人地矛盾日益突出，大規(guī)模的圍填海活動(dòng)是解決這一問題的有效途徑之一，然而，圍填?；顒?dòng)嚴(yán)重改變海岸線位置、形態(tài)及類型，造成原位環(huán)境被徹底代替的同時(shí)，生態(tài)環(huán)境受損惡化，社會(huì)發(fā)展遭受威脅。例如：中國是近年來圍填海活動(dòng)十分活躍的國家，Hou等(2016)研究指出，自20世紀(jì)40年代初以來，中國大陸岸線超過68%表現(xiàn)為向海擴(kuò)張，陸地面積凈增加近1.42萬km2，自然岸線保有率從20世紀(jì)40年代的81.70%下降至2014年的32.92%，人類圍填海是主要的原因；馬田田等(2015)定量化評(píng)估了中國圍填?；顒?dòng)對(duì)濱海濕地的影響，指出大規(guī)模圍填?；顒?dòng)導(dǎo)致濱海濕地持續(xù)減損，濕地生物棲息地的喪失和濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)功能的退化，嚴(yán)重削弱了濱海地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的資源基礎(chǔ)[44]。

自上世紀(jì)中期以后，世界范圍內(nèi)大規(guī)模蓄水大壩被興建，河流徑流與輸沙量徑直下降，Sills等(2017)指出，在過去的半個(gè)多世紀(jì)中，全球蓄水池覆蓋面積達(dá)26萬km2，其中，蓄水大壩共攔截沉積物可能達(dá)1 000億t，約占全球總流量的30%，嚴(yán)重威脅了海灘發(fā)育并加劇了岸線侵蝕[45]。研究中也多有證明，入海泥沙數(shù)量與岸線位置間有很強(qiáng)的相關(guān)性[42，46]，例如：20世紀(jì)初尼羅河的入海泥沙量達(dá)1.2×108～1.4×108t/a，然而，由于中上游大規(guī)模建設(shè)水壩，將90%以上的河流泥沙攔截在了水庫里[47]，導(dǎo)致主要入海河口處岸線出現(xiàn)了高達(dá)106 m/a 的蝕退速率[48]；2002年以后黃河入海沙量較20世紀(jì)50年代，減少了20多倍，導(dǎo)致黃河口岸線的急劇侵蝕[49]。

3.2 海岸線變化的自然與社會(huì)效應(yīng)

3.2.1 近海岸自然資源對(duì)岸線變化的響應(yīng) 受高強(qiáng)度圍填海及入海泥沙驟減等影響，近海岸濕地資源減少[50-52]，此外，地球上約有60%的生態(tài)系統(tǒng)正在退化，或處于不可持續(xù)利用的狀態(tài)[53-54]，其中，濱海濕地?fù)p失退化尤為嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為生物岸線和濕地岸線減少明顯。自然岸線資源減少，自然岸線保有率逐年下降和砂質(zhì)岸線侵蝕加劇是岸線資源受損的主要體現(xiàn)[47，49，55]。近海生物資源減少，岸線后退與固化背景下，近海水質(zhì)和底泥環(huán)境污染，水生、底棲生物生存空間及生存條件巨變，導(dǎo)致生物棲息地?fù)p失、底棲環(huán)境惡化、魚類產(chǎn)卵場、索餌場、越冬場和洄游通道(即“三場一通道”)受損[56-58]。

3.2.2 近海岸自然環(huán)境對(duì)岸線變化的響應(yīng) 海岸線變化往往伴隨近海岸水動(dòng)力及沉積環(huán)境改變，此外，原位沖淤環(huán)境、潮汐運(yùn)動(dòng)、流場結(jié)構(gòu)、納潮量等均可隨岸線的變化而發(fā)生改變[59-61]。近海岸水質(zhì)與底泥環(huán)境惡化，圍填海工程降低了近海水交換能力和污染自凈能力，同時(shí)，陸源污染物入海量增加，多重作用下，導(dǎo)致近岸水質(zhì)與底泥環(huán)境污染并持續(xù)惡化[62]，另外，岸線變化背景下，近海岸微塑料、重金屬、溢油、低氧和酸化等污染問題研究逐漸增加[63-64]。近海岸自然景觀環(huán)境受損，粗放的海岸帶開發(fā)與利用在改變海岸線位置形態(tài)的同時(shí)，往往會(huì)導(dǎo)致高生態(tài)級(jí)別景觀轉(zhuǎn)為低生態(tài)級(jí)別以及景觀破碎度的增加和優(yōu)勢度的下降，此外，還會(huì)伴隨出現(xiàn)景觀生境質(zhì)量指數(shù)減少，生境質(zhì)量下降，景觀多樣性改變，濱海景觀連通性降低等若干問題[65-66]。

3.2.3 近海岸生態(tài)系統(tǒng)對(duì)岸線變化的響應(yīng) 生物多樣性與群落結(jié)構(gòu)改變：由于人類與氣候因素影響，近岸水動(dòng)力環(huán)境、底泥沉積物特性、潮灘高程、近海水質(zhì)等條件的改變均對(duì)近岸生物多樣性與生物群落結(jié)構(gòu)造成很大的負(fù)面影響[67-69]，例如，受濕地圍墾的影響，植物群落會(huì)發(fā)生由灘涂植被群落到陸生灌草群落再到由喬木組成的復(fù)雜植被群落的演變歷程，動(dòng)植物優(yōu)勢種發(fā)生演替，生物多樣性也會(huì)不斷變化，如果圍墾后土地發(fā)展為不透水的建設(shè)用地，原位的自然生境演替被徹底阻斷，原有生態(tài)系統(tǒng)則會(huì)隨之消失。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能衰退、服務(wù)價(jià)值降低：紅樹林、珊瑚礁、濱海濕地等具有固碳、凈化空氣、固岸護(hù)堤、削減波浪、防風(fēng)減災(zāi)、旅游等生態(tài)服務(wù)功能[70-71]，然而，越來越多的研究表明，隨著生物岸線的侵蝕與人工化，這些生態(tài)服務(wù)功能均受損嚴(yán)重，生態(tài)服務(wù)價(jià)值不斷降低[72-74]。

3.2.4 近海岸社會(huì)經(jīng)濟(jì)對(duì)海岸線變化的響應(yīng) 海岸線在自然與人工兩大因素的共同驅(qū)動(dòng)下，一方面表現(xiàn)出自然岸線的侵蝕與受損，另一方面則表現(xiàn)出人工岸線的迅速擴(kuò)張，這均對(duì)近海岸社會(huì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生了顯著影響：海岸線變化導(dǎo)致或伴隨出現(xiàn)的環(huán)境污染惡化，生態(tài)系統(tǒng)破碎與衰退，使海岸帶生態(tài)安全問題日益突出，居民生活質(zhì)量下降[75-77]。岸線侵蝕，土地資源流失，土地質(zhì)量下降，生物資源減少，導(dǎo)致土地承載力降低，海洋漁業(yè)、鹽田產(chǎn)業(yè)、濱海旅游等收益下降，社會(huì)勞動(dòng)力集中剩余，沿海城鎮(zhèn)化建設(shè)與發(fā)展受阻[78-79]。風(fēng)暴潮災(zāi)害、赤潮災(zāi)害、大型藻類暴發(fā)、海水入侵與土壤鹽漬化等海岸帶災(zāi)害會(huì)使海岸線的位置與形態(tài)在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生強(qiáng)烈的變化，并嚴(yán)重威脅居民生命與財(cái)產(chǎn)安全，間接或直接造成巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失[80-82]。

3.3 海岸帶綜合管理

1965年舊金山灣自然保護(hù)與發(fā)展委員會(huì)成立，海岸帶綜合管理出現(xiàn)并開始發(fā)展[83]。1992年，在聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會(huì)通過的《21世紀(jì)議程》中正式提出了海岸帶綜合管理(Integrated Coastal Zone Management，ICZM)的概念與框架，沿海國家開始對(duì)海岸帶地區(qū)及其管轄的海域進(jìn)行資源與環(huán)境的綜合管理[84]，1993年，世界海岸帶會(huì)議(WCC)在荷蘭召開，ICZM的理論機(jī)制與政策措施被詳細(xì)論述，要求在2000年之前制定并實(shí)施ICZM戰(zhàn)略規(guī)劃[85]。世界上主要沿海國家中，美國、韓國、英國以及新西蘭等國家均有專門的海岸帶管理法，中國的ICZM實(shí)踐始于1994年，以廈門成立海岸帶綜合管理實(shí)驗(yàn)區(qū)為標(biāo)志，此后，不斷出臺(tái)了多項(xiàng)法律及專項(xiàng)管理辦法以不斷完善海岸帶的綜合管理。

在全球氣候變化與沿海社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展背景下，海岸線位置、形態(tài)與結(jié)構(gòu)均發(fā)生了劇烈的變化，導(dǎo)致或伴隨出現(xiàn)了各種陸海社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境與管理等方面的問題，這就要求海岸帶綜合管理思想與方法也要不斷發(fā)展完善，以適應(yīng)海岸帶復(fù)雜的陸海社會(huì)與自然環(huán)境。以中國為例，在海岸線劇烈變化等背景下，2016年國家海洋局印發(fā)《關(guān)于全面建立實(shí)施海洋生態(tài)紅線制度的意見》，提出了海洋生態(tài)紅線區(qū)面積、大陸自然岸線保有率、海島自然岸線保有率、海水質(zhì)量4項(xiàng)管控指標(biāo)，以及嚴(yán)控開發(fā)利用活動(dòng)、加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)與修復(fù)、強(qiáng)化陸海污染聯(lián)防聯(lián)治3類管控措施。為保障《關(guān)于全面建立實(shí)施海洋生態(tài)紅線制度的意見》落實(shí)，2017年國家海洋局發(fā)布《海岸線保護(hù)與利用管理辦法》，2018年國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)濱海濕地保護(hù)嚴(yán)格管控圍填海的通知》，強(qiáng)化了海岸線保護(hù)和整治修復(fù)的措施與要求、加大了海岸線節(jié)約利用的約束力度，進(jìn)一步完善了圍填海總量管控，加快處理圍填海歷史遺留問題，“藍(lán)色海灣”、“南紅北柳”、“生態(tài)島礁”等重大生態(tài)修復(fù)工程逐步開展。

4 結(jié)論與展望

回顧近50年來海岸線變化研究，研究內(nèi)容與研究方法均有較為明顯的發(fā)展，2000年之前，主要是從地質(zhì)、地貌及物理等角度，探究岸線侵蝕的發(fā)生與演變機(jī)理，對(duì)于岸線變化與其他自然、社會(huì)要素之間的聯(lián)系以及對(duì)于海岸帶管理等方面研究還較少，另外，研究中定性分析較為普遍，定量化研究較少。到了21世紀(jì)，海岸線變化研究的內(nèi)容更為具體，所涉科學(xué)問題更加全面，主要包括：海岸線時(shí)空變化及其驅(qū)動(dòng)力研究、海岸線變化的自然與社會(huì)因素效應(yīng)研究、岸線變化背景下的海岸帶綜合管理研究。研究方法也多發(fā)展為定量化的模型研究，如利用多種方法實(shí)現(xiàn)對(duì)波浪、泥沙、降雨、季風(fēng)等數(shù)據(jù)的建模，構(gòu)建數(shù)值海岸線演變模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)海岸線的模擬與預(yù)測。同時(shí)，遙感、GIS、數(shù)字海岸帶分析系統(tǒng)(DSAS)的廣泛運(yùn)用，定量化了岸線的位置變化特征，極大促進(jìn)了該領(lǐng)域的科學(xué)研究。

今后一個(gè)時(shí)期該領(lǐng)域的研究將會(huì)圍繞以下關(guān)鍵問題：

(1)岸線位置形態(tài)的預(yù)測與模擬。隨著人們對(duì)海岸線變化生物、物理過程了解的不斷深入，越來越多的因素可以被模型化，以建立更為復(fù)雜的數(shù)值海岸線模型，但是，就目前來看，仍很少有方法可以對(duì)海岸線做出完全適應(yīng)或可靠的模擬與預(yù)測。因此，波浪系統(tǒng)、降雨、季風(fēng)以及海平面上升等因素對(duì)岸線位置、形態(tài)的影響機(jī)制，海岸線演化模型的理論框架、準(zhǔn)確性和不確定性的量化、計(jì)算效率以及觀測數(shù)據(jù)的集成等問題都將會(huì)成為今后研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)問題。

(2)岸線開發(fā)與利用的環(huán)境與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。全球氣候和岸線變化背景下，近海岸資源、環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展均會(huì)有不同的變化響應(yīng)，基于如此不同的情景，如何更加科學(xué)準(zhǔn)確地進(jìn)行海岸帶地區(qū)社會(huì)、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估也將是學(xué)者們未來關(guān)注的重點(diǎn)問題。

(3)岸線變化背景下的海岸帶綜合管理。正是由于海岸線位置形態(tài)預(yù)測和模擬的難度以及岸線開發(fā)利用過程中蘊(yùn)含的巨大風(fēng)險(xiǎn)，岸線變化成為ICZM的重要核心問題之一，因此，岸線變化背景下，海岸帶地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展與管理必將成為社會(huì)發(fā)展的新挑戰(zhàn)。例如：“多規(guī)合一”背景下，海岸帶空間及功能規(guī)劃的科學(xué)制定、海岸帶法律及政策導(dǎo)向的及時(shí)完善、海岸帶居民生活質(zhì)量的保障與提高等問題將會(huì)發(fā)展為該領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)。

(4)海岸工程技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用。成熟穩(wěn)健的海岸工程技術(shù)是保障海岸線合理開發(fā)與利用的基礎(chǔ)，是落實(shí)海岸帶綜合管理的重要舉措，因此，進(jìn)一步完善和加強(qiáng)海岸工程技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用也將是學(xué)者們關(guān)注的焦點(diǎn)問題。