海岸港口工程是促进区域经济发展和优化国家海上物流体系的重要战略举措，但大规模海岸开发对近岸水动力环境、海底地形及海岸生态系统造成的扰动不容忽视。以南通港通州湾港区第三港池突堤工程为研究对象，本研究通过结合现场实测(in-situ measurements)与Delft3D-FM数值模拟，系统探讨了突堤工程对邻近海域水动力、滩槽冲淤及海洋生态的耦合影响。研究人员采用2019—2024年潮位、潮流、悬沙及生态实测数据对模型进行率定与验证，模拟分析了无突堤、突堤1(Jetty 1)、突堤2(Jetty 2)三种工况下的流速响应及滩槽冲淤演化，并评估了工程对养殖区及底栖生境(benthic habitats)的生态扰动。结果表明：突堤工程通过改变潮流汇流及流向显著重塑了邻近海域冲淤格局，呈近场强响应、远场弱影响的空间特征；Jetty 1影响范围约2 km，拐角处两年最大累积冲刷深0.88 m；Jetty 2将影响范围扩展至5 km，顶端两年最大累积冲刷深2.21 m，其对水动力与冲淤的扰动显著大于Jetty 1；工程引起的强烈冲淤及流速变化主要集中于非养殖区，对养殖区整体影响可控，仅Jetty 2在北侧养殖区边缘造成轻微附加冲刷，导致局部底栖生境轻微扰动。研究成果为通州湾港区港口工程布局优化、海岸工程影响防控及海洋生态保护提供了科学依据。
研究背景与目的：
通州湾位于南黄海潮波汇聚区，具典型潮控辐射沙脊群(radial sand ridge system)，由长江及古黄河三角洲物源形成，发育高价值潮滩湿地。当前长江入海泥沙锐减、海平面上升及大规模围填海与航道整治已导致三角洲河道—沙坝体系净淤积率下降，局部出现"工程控制型"冲淤格局，超过70%砂质海岸呈侵蚀趋势。导堤、防波堤等港口构筑物通过改变潮汐水道调整水动力—泥沙动力模式，深刻影响近岸地形冲淤及生态环境；工程引起潮沟阻断、潮滩高程与淹没时间改变，压缩鸻鹬类鸟类及底栖生物(benthic organisms)优势觅食区并削弱生态连通性，围填海更可致通州湾超40%关键潮滩生态类型丧失。已有研究多聚焦单一海岸建筑物个体影响，缺乏多项目叠加下综合地貌—生态响应的系统认识，尤其缺少新建突堤干扰天然潮沟系统与区域冲淤格局的定量评估，且多依赖单源数据限制了对工程扰动下"水动力—地貌—生态"耦合反馈的解读。因此，研究人员以通州湾港区第三港池突堤工程为对象，结合现场观测与Delft3D-FM数值模拟，定量揭示突堤建设对潮汐水动力、海底冲淤演化及含底栖生境和养殖区的海洋生态健康的影响，阐明关键水动力—地貌—生态耦合机制，评估生态影响范围与可控性，为辐射沙脊海岸生态友好型港口设计与保护提供支撑。本文发表于《Frontiers in Marine Science》。
主要关键技术方法：
研究人员收集2019年（工前）、2023年及2024年（工后）邻近海域三期潮位、潮流及悬沙浓度(suspended sediment concentration, SSC)实测数据，SSC采用过滤烘干法测定，潮位用KELLER压力验潮仪、流速流向用Nortek AS声学多普勒流速剖面仪(ADCP)观测；获取2020年4月及10月邻近海域15个生态调查站、15个生物质量站及16个渔业资源站数据；选用2019、2021、2023年Landsat-7/8/9及HJ-1A/1B、HJ-2A/2B多源光学卫星遥感影像（共28景），经辐射定标与大气校正提取不同潮位下潮间带水边线，赋予潮汐模拟水位后于ArcGIS空间插值构建研究区数字高程模型(digital elevation model, DEM)，平均偏差≤±0.4 m、均方根误差(root mean square error, RMSE)≈0.28 m。基于实测地形与水文泥沙资料建立通州湾海域Delft3D-Flexible Mesh(Delft3D-FM)二维深度平均水动力—泥沙输运—地貌演化数值模型，计算域采用非结构化三角网格（节点30717个、单元60610个），突堤附近局部加密最小格距50 m，开边界潮汐强迫取自TPXO9-atlas全球潮汐模型（M2、S2、K1、O1分潮），床面泥沙定义为中值粒径8.14 μm的粘性单组分泥沙，冲淤过程采用Partheniades–Krone公式描述，床面阻力用White–Colebrook公式计算，关键泥沙参数经2023年秋实测资料率定；模拟三种工况（无突堤、Jetty 1单独建成、Jetty 2建成），设地貌放大因子(morphological acceleration factor)为12等效模拟两年冲淤，以2019—2024年实测潮位、流速流向及SSC验证模型精度（水位RMSE 0.20～0.25 m、流速RMSE 0.15～0.18 m/s、SSC RMSE 0.10～0.12 kg/m3，相关系数分别>0.93、0.88～0.90、0.82～0.85）。
研究结果：
3.1 Characteristics of water and sediment response（水沙响应特征）：
对比无突堤、Jetty 1建成后及Jetty 2建成后大潮涨急(maximum flood)与落急(maximum ebb)流场特征点流速变化。Jetty 1建成后其北侧涨急流速显著增大、南侧明显减小，影响范围约2 km，主要集中于突堤结构及周边潮道；A1点（突堤拐角）涨急流速增幅0.42 m/s（+82.35%），A4点流速减小-0.48 m/s（-84.21%）。Jetty 2建成后仅Jetty 1侧A3点流速显著降低（受遮蔽效应），Jetty 2侧B1点（突堤顶端）涨急流速显著增加（+102.59%），其余B2～B6点流速降低45%～82%，反映涨急期潮流在Jetty 2顶端汇聚、周边被遮蔽；落急期Jetty 2致中沙北侧深槽C4点流速增加92.54%（落回流遇NNE向突堤偏转沿堤形成强流带）。Jetty 1位于浅水高滩区，流速改变易传递至床面引发显著冲淤；Jetty 2位于较深水域垂向混合强，同等流速变化对床面泥沙扰动效率较弱。研究确认"突堤走向与潮沟格局的耦合关系"是调控近岸流速分布的核心机制。
3.2 Terrain response characteristics（地形响应特征）：
对比三工况两年累积冲淤分布（地貌放大因子12等效）。天然条件下两年冲淤变幅一般±0.5 m内，主潮道微侵蚀、浅滩微淤积。Jetty 1使其拐角附近（A1点）两年累积冲刷达0.88 m（第1年末即达-0.80 m），顶端潮道冲刷加剧（落潮南侧潮流汇聚），影响范围局限，其他区受掩护略有淤厚差异，呈近场强响应。Jetty 2保留Jetty 1冲淤格局并将影响范围扩至约5 km，NNE段与EW段交接处南侧潮滩出现显著冲刷区（切断原潮沟致落潮回流改向贴堤东流），突堤顶端（B1点）两年最大累积冲刷达2.21 m，深槽及中沙北侧冲刷增强，NNE段东西两侧潮滩明显淤积（最大>1 m，掩护效应）。虽Jetty 2影响范围广，但局部冲淤强度不及Jetty 1（Jetty 1浅水区临界剪切应力易触发大量侵蚀，Jetty 2深水区床沙难悬浮），冲刷形态呈较平缓分布式调整。冲淤边界模糊性与辐射沙脊交错潮沟地貌背景有关，具"近场强响应、远场弱影响"的空间特征，与Partheniades–Krone公式中临界剪切应力(τce、τcd)阈值效应相符——突堤顶端/拐角切应力超临界侵蚀剪切应力(critical erosion shear stress)引发侵蚀，掩护区低于临界淤积剪切应力(critical deposition shear stress)致沉积。
3.3 Analysis of the impact of jetties on marine biology（突堤对海洋生物的影响）：
分析流速改变与冲淤变化对养殖区及底栖生物的影响。Jetty 1流速与冲淤变化主要集中于非养殖区，养殖区边缘流速增量<0.3 m/s，拐角冲刷（>1.0 m）位于非养殖区，对养殖区整体影响可控；冲刷产生悬沙可危害仔鱼发育及堵塞鱼鳃诱发缺氧，>2 cm厚沉积物覆盖可致死底栖贝类。Jetty 2影响更大：顶端涨急流速增量>0.6 m/s（深槽区），北测养殖区边缘出现附加冲刷（两年累积≤0.5 m），NNE段东西侧及EW段西南侧出现明显淤积（≤1 m，低强度影响有限），南侧养殖区边缘轻微淤积，均在±0.5 m内。2020—2023年底栖生物监测显示：种数由43种(2020.10)波动降至25种(2023.03，净降41.9%)，密度波动下降趋势（峰值88 ind./m2为机会种短期适应），Shannon-Wiener多样性指数(H')由0.9降至0.29再回升至1.86，均匀度(J')先降后回升；2022年丰度指数临时升高为扰动诱导小型快繁生物增殖而非群落改善。变化与突堤加剧局部冲刷（尤其是Jetty 2）及悬沙扰动对应，养殖区有限流速变化未引更严重退化。突堤通过水动力间接影响生境而非直接占用潮滩，整体生态扰动可控，区别于围填海直接侵占。
讨论与结论翻译（Conclusions部分浓缩及翻译）：
研究人员通过现场实测与Delft3D-FM数值模拟揭示了南通港通州湾港区突堤工程对海岸水动力、滩槽冲淤及海洋生态的多维影响，核心结论如下：(1) 突堤工程显著改变海域水动力特征并重塑滩槽冲淤格局，影响具明显空间异质性。Jetty 1建成后潮流在其拐角汇聚流速增大、南侧形成减流速遮蔽区，影响范围约2 km，拐角处两年最大累积冲刷0.88 m；Jetty 2进一步改变潮流汇聚特征，突堤顶端流速剧增，中沙北侧深槽悬沙浓度较工前增92.54%，周边遮蔽区流速降45%～82%，影响范围延至5 km，顶端两年最大累积冲刷2.21 m，实测拐角处四年冲刷普遍超2 m（最大10 m），南北浅滩淤积0.5～2.0 m，Jetty 2对水动力与冲淤扰动范围及强度均大于Jetty 1，整体呈近场强响应、远场弱影响特征。(2) 冲淤变化进一步影响海洋生物：Jetty 1主要加剧非养殖区局部冲刷；Jetty 2将冲刷范围扩至养殖区边缘并在突堤两侧形成明显淤积带，二者对养殖区冲淤影响均在±0.5 m内。(3) 突堤工程整体生态扰动可控——强烈冲刷与流速变化集中于非养殖区，仅北侧养殖区边缘轻微冲刷；相比致逾40%关键潮滩生态类型丧失的围填海，突堤通过水动力间接影响生境且不占用潮滩，为生态友好型港口布局提供范例，建议于敏感冲刷区定期监测、适时疏浚与护底加固并设置生态缓冲带以平衡工程建设与生态保护。本研究未考虑波浪强迫且生态监测数据较稀缺缺连续工后序列，未来拟开展浪—潮耦合模拟与长期生态跟踪以进一步揭示工程群累积影响。
