在中高纬度地区,粗粒沉积物海滩非常普遍(例如,Kirk, 1980; Carter and Orford, 1981),它们被认为是有效的天然海岸防护措施,能够降低海浪溢出和随之而来的洪水风险(Bradbury and Powell, 1992; Nicholls and Webber, 1988; Orford et al., 2002; Komar and Allan, 2010; Allan et al., 2016)。特别是直径在64至256毫米之间的鹅卵石,在全球海滩中占据重要比例,相比沙子,它们更有效地消散海浪能量。因此,鹅卵石海滩在保护悬崖、沙丘和沿海基础设施等方面具有重要价值,有助于通过减轻海岸灾害来稳定海滩。
天然混合海滩主要由前滩的沙子和后滩的砾石或鹅卵石组成,这种结构有助于稳定整个海滩(Jennings and Schulmeister, 2002)。尽管人们普遍认为鹅卵石堤坝和屏障能有效防止侵蚀和洪水,但对其形态动力学和沉积物输运过程的全面定量观测仍然较少(Voropayev et al., 2003; Allan et al., 2006; Bertoni et al., 2010; Stark and Hay, 2016; Matsumoto and Young, 2018)。鹅卵石在海滩上的移动与大型海浪事件有关(Matsumoto et al., 2020),但也有研究表明,鹅卵石的输送受到平均能量条件(Kench et al., 2017)或入射波角度(Dickson et al., 2011)的影响。
当潮汐变化和海浪条件较低时,鹅卵石堤坝通常在整个潮汐阶段都可见;然而,在特别强烈的海浪事件中,尤其是春潮期间,这些堤坝可能会被冲刷淹没(Everts et al., 2002; Allan and Komar, 2004)。鹅卵石在较高位置(即堤坝上)更稳定,其移动取决于初始位置(Young et al., 2023)。总体而言,冬季时沙滩退缩后,鹅卵石会暴露出来;而在春季到夏季的风暴后沉积期间,它们又被沙子覆盖(Dickson et al., 2011; Matsumoto et al., 2020)。在风暴条件下,沙子通常会被输送到海中,而鹅卵石则会在潮间带和潮上带堆积形成屏障。与沙质海滩相比,鹅卵石海滩的坡度更陡,这是因为鹅卵石的体积更大且更具渗透性,从而增强了排水能力和稳定性(Bagnold, 1940)。
为了应对气候变化、海平面上升以及预期的风暴强度变化,建造动态鹅卵石堤坝(Komar and Allan, 2010; Bayle et al., 2020)和护岸结构(Allan et al., 2004)被认为是应对海岸侵蚀的有效方法。在美国西海岸,鹅卵石被用于防止海岸侵蚀和洪水,同时也用于人工沙丘的设计(Winters et al., 2020),以及建立动态鹅卵石堤坝和屏障(Allan and Komar, 2004; Blenkinsopp et al., 2022; Foss et al., 2023)。然而,在下加利福尼亚半岛,鹅卵石海滩和混合鹅卵石-沙质海滩已经经历了数十年的经济开采(Zlolniski, 2025)。在墨西哥下加利福尼亚的圣金廷(San Quintin)地区,政策制定者在权衡鹅卵石开采的潜在负面环境影响与为低收入工人(包括原住民劳动者)提供就业机会以及消除贫困的需求之间进行了权衡(Zlolniski, 2025)。
本研究旨在了解长期鹅卵石开采如何影响不同沉积特性的海滩的形态稳定性,特别是在这种活动为当地低收入社区提供就业机会的地区。为此,我们对墨西哥下加利福尼亚州太平洋沿岸的两个海滩进行了长期(1992–2024年)和短期(2020–2025年)的海岸线趋势及形态变化进行了比较分析:一个是底部为岩石、缺乏沙子且正在被大量开采鹅卵石的圣哈辛托海滩;另一个是曾经开采鹅卵石、现在主要由沙子组成的拉乔雷拉海滩。这些形态变化与附近的天然沙质海滩圣拉蒙进行了对比,并结合厄尔尼诺现象进行了分析。第一部分介绍了研究区域,随后简要描述了推动大规模持续开采鹅卵石的社会经济背景,接着介绍了本研究的方法,最后讨论了鹅卵石开采对海滩稳定性的影响,以及这种开采活动背后的国家政策背景。