鹅卵石开采对下加利福尼亚州西北部两条海滩的影响

时间:2026年1月18日
来源:Marine Geology

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墨西哥下加利福尼亚半岛两个长期经历 cobble 提取的海滩(San Jacinto 和 La Chorera)与天然沙海滩(San Ramón)的形态演变对比研究。通过 1992-2024 年卫星 shoreline 数据与近期地形测量,发现 San Jacinto 沿岸年退缩 0.5 米,La Chorera 表面稳定但存在潮上带侵蚀和沙丘后撤,而 San Ramón 年沉积 1.1 米。研究表明持续 cobble 提取导致海滩体积年损失 4-50 立方米,显著削弱海岸防护功能,需平衡低收入社区就业需求与生态可持续性管理。

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阿玛亚·鲁伊斯·德·阿莱格里亚-阿尔萨布鲁 | 克里斯蒂安·兹洛尼斯基

摘要

鹅卵石开采是墨西哥下加利福尼亚州太平洋沿岸普遍存在的一种社会经济活动,可能对海岸稳定性产生长期影响。本研究评估了两个长期遭受鹅卵石开采的海滩的形态变化,这些地区依赖这种活动为当地低收入社区提供就业机会。通过长期卫星数据获取的海岸线信息,并结合最近的地形测量结果,分析了这些海滩的形态变化。研究的两个海滩分别是:圣哈辛托(San Jacinto),其底部为岩石;以及拉乔雷拉(La Chorera),该海滩原本为鹅卵石与沙子的混合海滩,但在持续开采鹅卵石后变成了以沙子为主的系统。我们将这两个海滩的形态演变与附近的天然沙质海滩圣拉蒙(San Ramón)进行了比较。研究结果表明:圣哈辛托的海岸线每年平均后退约0.5米,而拉乔雷拉的海岸线长期保持稳定(每年增加0.2米),但最近出现了潮间带侵蚀和沙丘后退现象;相比之下,圣拉蒙的海滩呈现出每年平均向前延伸1.1米的趋势,并且沙丘结构保持稳定。2023年至2025年间,三个海滩的海滩体积变化显示,拉乔雷拉的侵蚀最为严重(50立方米/米),其次是圣哈辛托(32立方米/米),圣拉蒙的变化最小(4立方米/米)。这些发现表明,鹅卵石开采对海岸形态的影响受到沉积物组成的影响。无论如何,鹅卵石的开采都会破坏海滩的稳定性,增加其受到高能量风暴侵袭的风险,并威胁沿海生态系统。在依赖这种活动维持低收入社区生计的地区,迫切需要采取可持续和公平的管理措施。

引言

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。

研究区域

研究区域涵盖了从北到南的圣哈辛托(Camalú)、圣拉蒙(Vicente Guerrero)和拉乔雷拉(San Quintin)三个海滩,这三个海滩位于墨西哥下加利福尼亚半岛的西北部太平洋沿岸,彼此相距约20公里(图1)。这些地区处于微至中潮汐环境中,平均春潮和退潮幅度分别约为2.5米和1米(来源:https://predmar.cicese.mx)。该地区最常出现的风向是

背景:圣金廷山谷鹅卵石开采的社会经济驱动因素

圣金廷山谷沿太平洋海岸延伸约160公里,位于墨西哥与美国边境以南约300公里处。这里居住着超过10万居民,包括米斯特克(Mixtec)、特里基(Triqui)和萨波特克(Zapotec)等原住民社区,以及来自墨西哥南部低收入地区的移民(Zlolniski, 2019)。在该地区,海滩鹅卵石的开采是许多原住民工人的主要收入来源

长期海岸线数据

为了评估长期受鹅卵石开采影响的海滩的稳定性,我们使用开源的CoastSat工具箱(Vos et al., 2019a, Vos et al., 2019b)以自动模式获取了卫星衍生的海岸线数据(SDS),并使用FES2022潮汐模型进行了潮汐校正(来源:http://coastsat.wrl.unsw.edu.au)。这些数据来自Google Earth Engine中的公开光学卫星图像,具体来自Landsat 5、7和8卫星,空间分辨率为

长期海岸线变化

通过分析1992年至2024年期间的海岸线数据(SDS时间序列),发现三个不同沉积类型的海滩具有相似的海岸线变化:圣哈辛托(底部为岩石的鹅卵石海滩);圣拉蒙(天然沙质海滩);以及拉乔雷拉(原本为鹅卵石与沙子的混合海滩,但现在几乎完全由沙子组成)(图5、图6、图7)。
在圣哈辛托海滩,海岸线向陆地方向移动了

讨论

多项研究表明,鹅卵石堤坝作为天然海岸防护措施,在抵御海平面上升和风暴影响方面非常有效(Jennings and Schulmeister, 2002; Komar and Allan, 2010; Bayle et al., 2020; Winters et al., 2020; Blenkinsopp et al., 2022)。然而,在下加利福尼亚的实地观察表明,这种保护作用正在受到威胁。多十年的卫星衍生的海岸线数据(SDS)为了解这两个鹅卵石海滩的长期行为提供了宝贵信息

结论

本研究强调了墨西哥下加利福尼亚州卡马卢(Camalú)和圣金廷(San Quintín)地区天然鹅卵石海滩及混合鹅卵石-沙质海滩对长期鹅卵石开采的脆弱性。圣哈辛托海滩的海岸线每年平均后退约0.5米,反映了长期的沉积物亏缺和加剧的海岸侵蚀及后滩不稳定。2024年至2025年间开采活动减少期间侵蚀现象的缓解进一步凸显了这一问题

CRediT作者贡献声明

阿玛亚·鲁伊斯·德·阿莱格里亚-阿尔萨布鲁(Amaia Ruiz de Alegría-Arzaburu):负责写作——审稿与编辑、初稿撰写、方法论设计、数据整理、概念构建。克里斯蒂安·兹洛尼斯基(Christian Zlolniski):负责写作——审稿与编辑、初稿撰写、资源获取、项目管理、资金筹措、概念构建。

未引用参考文献

Komar, 1974
Shepard, 1950
Vidal-Ruiz and Ruiz de Alegría-Arzaburu, 2019

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本文的部分内容基于美国国家科学基金会(National Science Foundation)授予C. Zlolniski的资助项目(项目编号:2114457)。作者感谢UABC海岸动力学研究小组(www.mordics.org)在野外数据收集过程中提供的支持,特别是Tadashi Kono和Juan Manuel Galaviz的帮助。

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