海岸變遷 － 作用的尺度和問題的面向

Coastal Change - Scales of Processes and Dimensions of Problems

Paul D. Komar 著     沈淑敏 譯

2000/11/07

目 次

摘要：偶發式的海岸侵蝕常通是由大風暴所造成，但從較長期來看，可能還有其他潛在因素（underlying factors）－氣候變遷和人類活動（例如在河流上興建水壩、沿海岸建導流堤與海堤）。所以，調查濱線侵蝕需要含括各種時間與空間尺度的作用和成因。回顧世界各地許多有關侵蝕問題的個案研究，就證實了此點。很多例子顯示，我們太常用過度簡化的觀點來看造成海岸侵蝕的原因。我們通常只關注短期因子（最近發生的風暴），但是卻忽略潛藏的長期因子，而後者常是人類對環境衝擊的產物。我們常認為人類是海岸侵蝕的受害者，其實我們忽略的事實是人類常是造成海岸侵蝕的原因 （We think of humans as being the victims of coastal erosion - we overlook the fact that often they are the cause）。

前言 （INTRODUCTION）

世界海岸線侵蝕的問題似乎已經達到全球都在流行的程度。”侵蝕”只有在人口不斷增加的海岸帶才會成為「問題」，否則它只是個自然的作用。但是到底侵蝕有多「自然」？如果我們認為侵蝕是最近發生的風暴（颶風或東北風）所引起，或是衝擊美國西海岸的聖嬰現象（El Niño）所造成，那我們可以說侵蝕是自然的，因為這種作用已經發生好幾千年了。但是建造在（注入海岸的）河流上的那些水壩呢？它們可能距離海岸侵蝕發生的地點數百或數千公里之遠，而且可能在本世紀初期就已經被建造，它們是延遲到現在才開始對海岸展開衝擊嗎？那些在海濱為保護家園免於侵蝕所修建的海堤又如何呢？它們會是造成侵蝕的原因嗎？

這個演講的大主題（broad theme）是「為什麼會海岸侵蝕？」（Why do coasts erode?）。這個問題契合本次研討會的主題「海岸沈積物運動和地形變化的尺度」（Scales of Coastal Sediment Motion and Geomorphic Change）。想要了解海岸侵蝕，所做的調查研究必須要包括所有的作用－考慮從波浪下的沈積物運動這樣的細節到沿岸胞（littoral cell）之中的海灘，甚至檢視海岸流域內的土地利用情形。這樣的調查研究不僅要考慮所有對海岸變遷來說重要的空間尺度，也必須考慮所有的時間尺度，因為我們逐漸了解到氣候有長期的變遷，而且會持續發生。在氣候變遷的架構(context)中，必須常常想到冰河的溶化和全球性海準面的抬升，這些有部份是自然作用，但也逐漸受到溫室效應全球暖化的影響。也有證據顯示風暴和波象(wave climate)的嚴重性有長期變遷的情形，包括颶風的次數和強度以及聖嬰現象的規模。

這個演講的目的是要強調海岸變遷和海岸侵蝕因子的多面性（multitude）。我們必須常提醒自己，雖然我們知道可能有潛在的（underlying factors）遠方因子（distant causes）（包括時間和空間上的），但是我們傾向於只關注立即的因子（immediate cause），像是最近摧毀海濱地帶住屋的大風暴。以這樣有限的觀點，我們傾向於採用簡單的解決方案，如興建海堤或養灘。而這種補綴式的修護（band-aid fix）方式很少能處理到海岸變遷的潛在因子∼即較長期和較大尺度的因子。

海岸變遷的原因和尺度 （CAUSES AND SCALES OF COASTAL CHANGE）

圖1呈現具有時、空尺度代表性的海岸特徵。在此系列的最小一端是單一的沈積物顆粒 ∼ 構成海灘的沙粒。它們的直徑為1公釐的等級，被波浪與海流不停地搬運，所以在時間變遷尺度上是在1秒鐘的等級。沿這個海岸特徵的系列向上移，我們由小沙痕到較大的形態特徵像是沙壩(sand bars)，最後是整個海灘(beaches)。在時間的變化上也有大致相似的變動，像沙灘就是對各個風暴以及波象(wave climate)的季節性做反應。

在海灘尺度之上是沿岸胞(littoral cell)。圖1反映了我個人在（美國）奧勒岡州海岸的工作經驗，該地的沿岸胞界線明確而且大多各自獨立，各段沙灘之間由大岬角所分隔（Komar, 1997）。加州的海岸也有類似的沿岸胞（Inman and Frautschy, 1966），但是該處海岸的沿岸胞比較開放，漂沙多經由海底峽谷(submarine canyons)而流失到深海。在美國東岸，沿岸胞比較難界定，不過重要的是辨識出海灘沈積物沿海岸移動的情形（一個地區自然或人為引發的改變會影響到其他海岸地區）。

我們還需要進一步考慮到與沿岸胞有關的流域（圖1）。我們知道，河流通常是海岸沈積物的主要貢獻者，所以發生在流域內的事情會決定海灘的長期「健康」。流域這種較大的空間尺度通常會配合較長的時間尺度，但是這個界限並不清楚，而且會隨著流域內的土地利用方式而不同。就對海岸的最終衝擊而言，在流域上游許多支流建壩的累積效應的時間反應為何？因為流域內伐木或火災而造成的森林破壞（deforestation），或者對都市化的時間反應又如何？

圖1可以當作在評估海岸變遷或濱線侵蝕的可能因子時的有用提示。這個圖表也有助於正確地定位自己的研究與其他研究的關係。在確定了自己的研究在整個海岸系列中的位置後，就應該去看比你的工作較小的和較大尺度的研究，以了解自己的研究與他人的研究如何互動。例如，如果自己的工作是討論沙在波浪和海流中運動的基本原理，就需要記住自己的研究成果可以在上一個尺度中（海灘剖面變化的動態性）如何應用。最近幾年，我們看到「沈積物在橫剖面上的搬運」以及「發展數值模式以模擬沙灘剖面對近濱營力的反應」等研究的長足進步（Komar, 1998a）。這樣的成功可以歸因於我們連結了圖1中所展示的系列。這個例子是在小到中的尺度，最近五十年來的大量研究也是侷限於這樣的時、空尺度。直到最近才開始有少數針對大尺度因子的研究，所以我們不太能夠以量化的形式來預測在沿岸胞和流域中人為導致的變遷所產生的效應。我們所需要改善的是，評估「沈積物收支架構中各個沈積物來源與損失」的能力，以及評估「氣候變遷和人類活動如何影響沈積物收支」的能力。

造成海岸變遷的因子和作用存在於圖1所揭示的時、空要素本身。我將最明顯的因子列於表1，不過還有其他許多因子可以被納入。可以看到有許多因子是落在「沈積物收支」的標題之下 ∼ 影響海灘沈積物的來源和損失。那些在流域內和在濱線上的因子也很多。以斜體字表示的因子是由於人為所導致的環境變遷。筆者在把這些因子歸類於人為因素時是相當謹慎的，所以並沒有把可能因為全球增溫使風暴增加（如大氣科學家所建議的）歸屬於人為導致的因子。即使已經相當謹慎，顯然大多數的因子還是人為的。這些因子在較大的時、空尺度下，特別是在沈積物收支的因子中佔有重要的地位。這些因子大多對沈積物的收支有負面影響 ∼ 減少到達海濱的沈積物，只有幾個（主要是養灘）有正面的影響。所以結論必然是：人類在流域內和在海岸的活動對於世界各地所普遍經歷的侵蝕問題一定很重要。

海岸侵蝕 － 個案研究與潛在原因 （COASTAL EROSION - CASE STUDIES AND UNDERLYING CAUSES）

要探究海岸侵蝕與它的原因，最好是以考慮一系列個案研究的方式來進行。有許多個案可以選擇，但是本文所選擇的個案是為了要能彰顯主題，所以選擇時間上、空間上都是多因子，而且造成侵蝕的根本原因不是那麼顯而易見的個案。

尼羅河三洲的侵蝕（Erosion of the Nile Delta）

如果有人問我「世界上最戲劇化、科學上最有趣的海岸侵蝕問題是什麼？」，我的回答會是埃及尼羅河三角洲的濱線。該地的侵蝕規模非常戲劇化，從本世紀以來有些地方濱線的後退率可以達到每年100公尺（Orlova and Zenlovich, 1974; Inman and Jenkins, 1984; Smith and Abdel-Kader, 1988; Frihy et al., 1991; Fanos et al., 1991,1995）。

尼羅河在開羅以北分為兩條分流（圖2）∼ Rosetta河和Damietta河，它們穿過三角洲，並且運送河川負荷物（load）到海濱[譯者按：包括溶解質, 懸浮質和推移質]。數百至數千年以來，尼羅河在地中海沿岸發展出由沈積物組成的突岬。此區最早的濱線調查可以回溯自1800年（因為拿破崙想要征服埃及而測量）。Rosetta突岬在19世紀期間的進夷階段(progradation phase)可以參見圖3A，突岬的退夷階段(retrograding phase)可以參見圖3B，從進夷轉變為侵蝕大約是在1909年。濱線後退率在河口附近最大，逐漸向兩側減小；到相當距離之外濱線實際上變成向海前進。雖然我們一想到尼羅河三角洲就想到它戲劇性的侵蝕，但是有相當長的海岸是增積的，主要是在突岬的側翼。

是什麼使19世紀突岬的進夷戲劇性的轉變成20世紀的侵蝕呢？很多人以尼羅河三角洲做為河流建壩切斷沈積物到海岸的負面衝擊的例證。河流供應的沈積物減少，而地中海的波浪仍然持續沿濱線搬運漂沙，所以主要的侵蝕（最大侵蝕率）出現在突岬頂部是可以理解的。就如所觀察到的（Frihy et al., 1991），隨著沿岸漂沙搬運率的降低，沿著突岬的側翼濱線必然會從侵蝕變成堆積。尼羅河供沙減少的長期效應是使三角洲的濱線平滑化（smoothing），即突岬後退，而被侵蝕的沙則填在兩個突岬之間。

毫無疑問的，尼羅河上興建的水壩是三角洲侵蝕的主要原因。許多人只簡單地將此歸因於亞斯文高壩的興建（形成Nassar湖∼非常有效的沈積物捕捉器(Inman and Jenkins, 1984)）。亞斯文高壩基本上切斷了尼羅河所有到達海岸的沈積物，並且使得尼羅河變成涓涓細流。但是這樣「簡單解讀問題」的問題是亞斯文高壩直到1964年才完成，而三角洲的主要侵蝕在本世紀初（約1909年）就開始了。一個可能的解釋是亞斯文低壩在1902年完工，壩體就位在後來興建的高壩的下游側。在1902年被興建的低壩確實與三角洲在本世紀初開始侵蝕的時間吻合。但是低壩與高壩不同，它並沒有形成一個像Nassar湖的大水庫，而且低壩可以讓尼羅河的大洪水與其所挾帶的沈積物通過（Scientific American, 1902）。低壩只有在夏天低水位時才會貯水，以維持較高的壓力水頭，好讓河水可以在灌溉渠道中輸送。所以，不宜認為1902年興建的亞斯文低壩和1964年的亞斯文高壩會有相似的衝擊性。

有其他對尼羅河三角洲從20世紀初期就開始侵蝕的解釋嗎？如圖4所展現的（Firhy and Khafagy, 1991），尼羅河的年流量自本世紀初起明顯減少。這個流量的減少並不是亞斯文低壩造成的，而是反映了北非到中非的氣候變遷 ∼ 撒哈拉周緣地區（sub-Sahara）變得較為乾燥（包括尼羅河的上游）。同時期，此區域內所有湖泊的水位都降低，例如位在非洲中部之查德湖的水位（圖4B）。這樣的證據指出尼羅河三角洲於本世紀初開始的侵蝕極有可能是因應「因為氣候變遷而流量自然減少」所做的反應。1902年興建的低壩只是時間上的巧合，與三角洲的侵蝕關係不大。不過1964年興建的亞斯文高壩（以及Nassar湖的形成）對三角洲則有很深刻的衝擊，不僅造成濱線侵蝕，也大量毀滅海岸魚類，並且引發其他很多環境後果。  

很確定的是長期氣候變遷（可以回溯至數千年以前）影響了尼羅河的流量以及三角洲濱線的侵蝕和堆積模式。這是過去數千年來北非沙漠擴張的一小部分，而且到今天仍然持續著。年洪水水位在古埃及法老王朝時代很重要，它是農地新土壤、養份和水份的貢獻者，而且洪水水位也決定老百姓所需要繳納的稅金。從法老一世到第五王朝（西元前3100─2400年）尼羅河就有測量洪水的記錄，資料顯示尼羅河洪水水位在這七百年間持續低降（Bell, 1970）。當希臘歷史學者在西元前五世紀訪問埃及時，他提到三角洲上有七條分流（它們的位置以虛線標示在圖2）。從以前到現在只剩下Rosetta和Damietta兩條分流，反映長期以來氣候變乾燥以及輸送到三角洲的沈積物減少的趨勢。

美國西北太平洋岸的海岸侵蝕 （Coastal Erosion in the Pacific Northwest）

世界各地許多大大小小的河流上建有水壩。很多都有沈積物輸送量減少導致濱線侵蝕的情形，而造成像尼羅河上亞斯文高壩所產生的效應（雖然規模沒有那麼大）。也有大河上建壩但是對海岸衝擊很有限（或很難辨識出）的例子，其中一個可能就是在美國西北太平洋岸華盛頓州和奧勒岡州的界河 ∼ 哥倫比亞河。哥倫比亞河在1930年代被一系列的水壩所「馴伏」，其中位於波特蘭（Portland）之上的Bonneville水壩是最下游的一個。這些在主流上的大壩似乎只攔阻了相對少量的沈積物，反而是位於支流上數以百計的小水壩在沈積物抵達主流之前就把它們攔截下來了。不管怎麼樣，哥倫比亞河流域中興建的水壩應該會對以此河為重要沈積物來源的海岸有所衝擊。

哥倫比亞河所注入的沈積胞介於奧勒岡州的Tillamook Head和華盛頓州的Point Grenville之間，大約150公里長（Kaminsky et al.， 1998）。雖然哥倫比亞河上建有許多水壩，但是這個沈積胞的濱線在20世紀的大多數時間是以每年數公尺的速率增加。不過最近幾年似乎出現海灘侵蝕逐漸增加的情形，在少數幾處侵蝕的「熱點」（hot spots）政府和私人財產都受到威脅。這是我們最後終於看到哥倫比亞河上水壩興建所產生的影響了嗎？但是也有可能是在這個世紀以來，哥倫比亞河的下游段和它的大河口扮演著”沙庫”的角色，雖然供給量可能逐漸減少，但是還是持續供沙給海岸。最近的侵蝕也有可能是因為氣候的改變所造成，特別是聖嬰（艾尼紐）事件的次數更頻繁了。在1982-83年和1997-98年兩次主要聖嬰現象期都造成整個美國西海岸嚴重的侵蝕。在南加州，是因為海水面抬升和強烈風暴激浪狀況的改變（Flick and Cayan, 1984; Flick, 1998; Seymour et al., 1984; Seymour, 1998）。在北加州和西北海岸，在聖嬰事件期間局部出現的「熱點」侵蝕是因為沈積胞內的沙會異常的向北移動，所以侵蝕主要發生在各個沈積胞的南端（岬角的北端），也發生在突堤的北側和可以自由移動的潮流口的北側（Komar, 1986, 1997, 1998b）。這個模式可以解釋哥倫比亞河沈積胞內最近大部分的侵蝕狀況（Kaminsky et al., 1998），所以很容易下結論說侵蝕就是極端聖嬰事件的產物，而和哥倫比亞河上興建的水壩無關。但是，我的想法是兩者都很重要，水壩興建使沙源減少讓沈積胞更容易受到侵蝕（長期因子和潛在控因），而近期的聖嬰事件則代表了較短期和更明顯的侵蝕衝擊。「華盛頓州西南海岸侵蝕研究」計畫（Kaminsky et al., 1998）正是以回答哥倫比亞河沈積胞的這類問題為主要的目標。

造成哥倫比亞河沈積胞最近侵蝕的原因仍然不明確，但是不遠處的Ediz Hook（位於Juan de Fuca海峽南岸的沙嘴）（圖 5）是人類導致海岸變遷和侵蝕的例子中我最喜歡的一個。Ediz Hook沙嘴是由向東的沿岸流搬運來自Elwha河和海崖侵蝕（冰河外洗沈積物）的小礫(pebbles)和大礫(cobbles)所構成（Galster and Schwartz, 1990）。沙嘴的侵蝕是從本世紀初期在Elwha河建壩（估計切斷了每年38,000立方公尺的供沙到海岸），和後來在遭受侵蝕的海崖前修築海堤（減少每年200,000立方公尺的供沙到海灘）時就開始了。大致如所預期的，沙嘴的最大侵蝕量出現在西端，而沙嘴的末端仍然能持續向東生長，因為有侵蝕自沙嘴西端的沙源供應。這個沙嘴是Port Angeles港的天然保護，所以沙嘴的維持很重要。有關當局所做的反應就是沿著整個沙嘴修建護岸（revetment），並且進行養灘，以取代以前由自然界所供應的礫石。養灘代表的是人類干預沿岸沈積物的整體收支（overall budget of littoral sediments），也是在試圖改正以往所犯的錯誤。更進一步則是審慎地考慮是否要拆除Elwha河上的水壩，不過不只是為了讓河中礫石可以自由抵達海濱，主要也是要讓鮭魚復育。移除水壩顯然會對Ediz Hook沙嘴的沈積物收支有正面的效應，但是更重要的是海堤仍然在繼續防止海崖侵蝕，而使得海崖無法釋出沈積物到達海濱。

在河流上興建水壩會減少或停止沈積物到達海濱，影響沈積物收支。但是人類在流域內的其他活動可能有相反的效應 ∼ 增加河流沈積物。這是我目前在奧勒岡州海岸所進行之研究的焦點，特別是要探究Tillamook灣中的沈積作用，以及探討流入海灣之五條河流的流域內土地利用情形是否造成沈積物累積率的增加。流域內因為伐木和森林火災所造成的森林破壞導致輸沙量增加，主要是進行伐木過程中修築道路以及不穩定邊坡發生愈來愈多大型山崩所致。都市化會促使河流水位提高。但是另一方面，河沙和礫石又會被開採，所以Tillamook灣中沈積物累積的淨效應仍然不清楚。看來大部分的土地利用方式會增進細粒沈積物（粉沙和黏土）的輸送，但是除了有些累積在海灣邊緣的沼澤中，大部分的細粒沈積物是會被沖到海洋中。堆積在海灣中的沈積物主要還是沙和少量的礫石。流域內土地利用情形是否顯著地改變供應量，還不太清楚。

南加州的人工海灘 （The “Artificial” Beaches of Southern California）

海灘基本上是加州的生活方式，電視影集「海灘遊俠」（Baywatch）可以為證。就像Flick （1993）所說，一般人並不清楚南加州大部分的海灘是人工的，是由濬深港口所產生之大量的沙填置到海岸而成。本世紀初期的天然海灘大多狹窄而且通常是由大礫（cobbles）所構成，與在影集「海灘遊俠」中所看到的寬廣沙灘很不相同。相對於人類透過養灘對海灘發展的正面角色，人類對環境有許多負面衝擊。為了提供更多的水以便在這種半乾燥地區支持持續增加的人口和農業發展，南加州大多數的流域中都建有水壩和水庫。為了控制水庫損失最少的水，許多河床在通過社區之處都被鋪上混凝土。這樣沙子怎麼可能到達海濱？更糟的是，熱愛海灘的加州人在海崖上蓋滿住屋，然後用大量的海堤保護遭受侵蝕的海崖，而這正是切斷了海灘的最後一滴沙源。毫不意外的，因為人為活動的負面衝擊大於養灘的正面貢獻，南加州各處海灘都面臨著侵蝕問題。

如先前所言，加州海岸可以劃分成一系列的沈積胞（圖6），以河流和海崖為海灘沈積物的天然來源，沿岸漂沙的優勢方向是往南，近濱帶的沙主要是從位於沈積胞南端（下一段岩石海岸的北側）的海底峽谷流失（Inman and Frautschy, 1966）。與沙的天然移動糾纏在一起的是人類的活動；養灘增加海灘寬度，水壩和海堤的修建則切斷天然沙源的供應。每一個沈積胞可以被視為一個單位，獨立於其他的沈積胞，而且各沈積胞的沈積物收支情形差異很大。

Flick （1993） 回顧一系列沈積胞養灘的歷史。列於表2的體積看起來非常之大，每年有數十萬立方公尺的沙被填置在海灘上，這樣的體積估計大致與未建壩之前河流自然供應到海岸之沈積物的規模相當。但是列於表2海灘填沙的量是有些誤導的，因為這些沙大致是在1935到1960年代被填置的，也就是南加州多數港口首度興建或濬深的時期。就如Flick （1993）所顯示，在這段時期的年填沙率比長期的平均值高（表2），但是從1960年代起，填沙量就減少許多。例如，Santa Monica沿岸胞在1938-1960年間的年供給率大約是每年800,000立方公尺，但是從1960年起就只有每年50,000立方公尺。這是整個南加州的模式，所以，一般人所以為本區典型的寬廣沙灘其實是過去數十年海灘填沙的產物。現在因為填沙量降低以及來自河流與海崖的天然供沙減少，所以海灘遭受侵蝕。

表2中也列出了目前河流供沙的估計值，並且與建壩前的值對照。Flick（1993）是從多種資料來源彙整出這些估計值，並且也說明這些值的不確定性頗高。雖然如此，仍然表現出河川的沈積物有顯著下降的情形。Johnson（1959）和Norris（1964）是早提出興建水壩會導致海灘供沙減少的兩篇最重要的文章。Johnson（1959）的研究集中在Santa Barbara沈積胞，透過河流沈積物搬運率的計算，提出水壩興建會對河川的輸沙量有重大的衝擊。他也指出降水量在最近數十年沈積物供給減少上的重要性（降水量在本世紀初期較大）。後來Bowen and Inman（1966） 根據Johnson在Santa Barbara的先鋒工作發展出第一個完整的沈積物收支(sediment budget)，那篇文章採用財政上的收支概念，並且引入了我們今日所慣用的術語。

Norris（1964）探討整個南加州水壩興建的重要性，以及它在河川沈積物供應損失上的意義。圖7引用自他的研究（主要是Oceanside沈積胞），就戲劇性的展現了這種衝擊，各河流的整個流域上部都被水壩攔阻。Santa Ana河流域共有42個水壩，切斷了96.3%的沈積物供應面積。

沿著濱線興建工程結構物也會對沈積物收支有衝擊。特別受關注的是受海堤保護的海崖長度正在增加，這些海堤是要保護那些不智地建在太靠近崖緣的房子。為因應從1980年以來逐漸增強的風暴，有愈來愈多的海堤出現，特別是在1982-83和1997-98嚴重衝擊南加州的聖嬰事件期間與之後。但是海崖侵蝕是灘沙的重要來源，在某些沈積胞中甚至比河川供沙還重要（即使是在建壩之前）（Inman and Master, 1991）。海堤的興建有累積性的衝擊，會逐漸的切斷來自海崖侵蝕的天然供沙。

興建導流堤、防波堤和防沙堤的衝擊很複雜。Flick（1993）在許多例子中指出這些結構物把濱線分割成一系列的次沈積胞(sub-cells)，減低了漂沙沿濱線向南的移動，也減少最後在海底峽谷流失的量。在這個案例中，結構物延長了沙（1960年代以前被填置到海灘上）在海灘上停留的時間，相對的，Oceanside港的防波堤則有負面的衝擊。這個防波堤使向南的淨沿岸流沈積物被搬運繞射至遠濱到等深線約18公尺處（10-fathom）（Dolan et al., 1987; Inman and Masters, 1991）。沙粒在越過港口後不再移回海灘，顯然是因為海底坡度被改變（在較低的海水面期所形成）的緣故。自Oceanside港興建之後，被繞射到遠濱的灘沙量大約是2700萬立方公尺，約相當於每公尺海灘長度322立方公尺的量（Inman and Masters, 1991）。

最近有關詳細的沈積物收支的報導是Inman and Masters（1991）所研究之聖地牙哥郡的沿岸胞。我最感興趣的是他們加入了時間要素。歷史證據顯示風暴強度有長期性的轉變，這些風暴群（clusters of storms）是造成海灘侵蝕的時期。尤其是波浪的分析指出1945-75年波浪強度異常的低，而自1980年代起能量開始增強（一部分是因為聖嬰事件）。另一個重要的變化是只有大洪水才能突破河谷埋積而將沈積物輸送到海岸，在河口形成臨時的三角洲，並扮演下游海灘沈積物來源的角色。但是隨著三角洲的侵蝕，沙源逐漸減少。由於這種長期性的變化，Inman and Masters分別為1960-1970和1983-1990發展了各自的沈積物收支，並且指出對未來做預測有相當的不確定性。

堰洲島的侵蝕 （Barrier Island Erosion）

每當我們反省嚴重的衝擊會造成海岸侵蝕時，第一個想到的常是在美國東岸和墨西哥灣岸的堰洲島。在面臨海水面的抬升和破壞性強的颶風與東北風時，這條堰洲島「細線」的生存似乎很脆弱（Dolan et al., 1980）。然而人們仍然朝這些海岸聚集，所以製造了「問題」。海準面抬升和大風暴基本上是自然作用，但是堰洲島所經歷的大部分侵蝕是由於人類活動對海岸帶來的長期衝擊。

在溫室暖化（greenhouse warming）出現以前，海準面的抬升都是自然作用，大洋面在第四紀冰期間有超過一百公尺的變化。根據世界各地潮位資料的分析，全球的海準變動在過去一百年間是10到20公分。因為有關大陸冰河體積變化量或海洋溫度增加（會造成海水的熱膨脹）的資料不夠，所以並不確知造成海準面抬升的原因。美國東岸和墨西哥灣岸的潮位記錄顯示平均海準面在二十世紀抬升了約50公分，而其中的30到40公分事實上被認為是地層下陷所造成。更極端的數值出現在密士失必河三角洲，因為該地沈積物的累積所以下陷量較大。在德州的Galveston，當地的海準面相對抬升量可以達到每世紀110公分（意味著表示更高的陸地下沈量），主要是因為抽取地下水和石油。所以，即使是在（相對）海準面抬升的例子中，人類活動都會有所衝擊。

如果我們採用Bruun法則（Bruun Rule）來評估在相對海準面抬升50公分的情況下濱線後退的規模等級（order-of-magnitude），可以得到25公尺的侵蝕距離（以海灘坡降1:50來計算），發生在過去一百年就表示平均侵蝕率是每年25公分。沿著堰洲島所實際測量到的濱線變化量的規模等級都比較大（May et al., 1983）。這意味著除了海準面抬升對堰洲島非常長期的移動和侵蝕很重要之外，必然有其他重要的因子造成這樣的高濱線變化率。

這些因子在各地堰洲島侵蝕的個案研究中表現的比較清楚。其中一個例子是Allen（1981）對新澤西州Sandy Hook的侵蝕問題所作的調查研究，當地一個遊憩型海灘（recreational beach）的平均侵蝕率從1953年起大約是每年10公尺。該研究者評估海準面抬升和風暴越波沖刷（overwash）海灘所造成的衝擊分別只佔灘沙損失和濱線後退的1%。其實重要的原因是「沈積物匱乏」 （sediment starvation），該地位於防沙堤海堤系統的下游側，因為濱外波浪折射模式，以及最近風暴頻率和強度有增加，導致沿岸漂沙被搬離此地。Allen（1981）認為，自然和人類所引發的各種因子對當地沈積物收支所造成的累積衝擊可以解釋所觀察到的海灘侵蝕率。

另外一個例子是Inman和Dolan （1989）對北卡羅來納州的Outer Banks的研究。從False Cape到Cape Hatteras全長約160公里的平均濱線後退率是每年1.4公尺。透過各種的分析，他們認為有21%的侵蝕是因為海準面抬升，而剩下每年1.1公尺的後退率是因為越波沖刷作用（39%）、沿岸漂沙輸出（22%）、風吹沙的搬運（18%）、潮流口的堆積（10%）、Oregon潮流口的疏濬（11%）。在這個例子中，可以說只有小部份的侵蝕是人類活動所導致（潮流口的疏濬），大部分的侵蝕是和自然作用有關。在這些因子中特別引起興趣的是沙通過潮流口的移動和潮流口的長期擺移。Inman和Dolan發現Oregon潮流口向陸並向南移動，在濱外的退潮淺灘比潮流口的擺移延遲，而且它們的沈積物只會慢慢的被波浪向岸搬回海灘。

北卡羅來納州的Outer Banks很幸運，只有受到小部份人為導致的侵蝕。我們很容易找到其他已經遭到人類深刻改變的堰洲島。特別戲劇性的一個例子是在Ocean City潮流口修建突堤造成馬里蘭州Assateague島的侵蝕（Leatherman et al., 1987）。導流堤群攔阻向南移動的沿岸漂沙，造成Assateague島最北端最大的侵蝕加速度。在導流堤建好的第一個五十年，平均濱線後退率大約是每年9公尺，但是從1985年導流堤改建後減低到每年4.5公尺。Assateague島的北端幾乎就要消失了，而且經常被越波沖刷。

單從這些少數的例子就可以很明顯的看出，對堰洲島侵蝕的重要因子在各處都很相似，不過各因子重要的程度不同。在這個軸線的一端，Outer Banks潮流口的疏濬是當地的主要人為因子，只佔濱線後退中的一小部份。在另一個極端，Assateague島的大量侵蝕幾乎全是導流堤攔阻沿岸漂沙的結果。在那裡，人類基本上是侵蝕的唯一原因。

結論 （Conclusions）

這個專題演講的主題是「為什麼會海岸侵蝕？」本人採用這個主題的目的是要再次強調我們對造成海岸變遷和侵蝕原因的多面性的體認。這個題目同樣也涵蓋了本次大會（Coastal Sediments '99）主題「海岸沈積物運動和地形變遷的尺度」。「尺度」是包括空間上和時間上兩方面，我認為兩者對造成海岸侵蝕的因子都同樣重要。

我以回顧一系列發生在各地的侵蝕問題的個案研究來探討這個主題。我希望它們足以說明除了像大風暴這種造成侵蝕的立即性因子外，常常還有潛在的長期因子，那些可能是氣候變遷和人類對環境衝擊的產物。有時候我們很難建立這些因子，因為它們是在大的時、空尺度上運作。尼羅河三角洲侵蝕的例子說明兩者都很重要，氣候變遷和降雨減少造成尼羅河輸送的沈積物減少而引發三角洲侵蝕，1964年興建的亞斯文高壩則是致命一擊。在美國西北太平洋岸和南加州的濱線侵蝕更進一步展現了多元因子的重要性，其中許多例子涉及到人類對環境的衝擊以及最近發生的大型聖嬰事件。在美國東部和灣岸的堰洲島受到像海準面和大風暴這樣的自然作用影響，但是也受到導流堤、海堤興建與不當的漂沙管理的衝擊。

在面對侵蝕問題以及考慮遊憩型海灘的經濟重要性時，我們逐漸把養灘視為解答。這是合乎邏輯的解決方案，特別是把養灘所供應的沙體看成是取代從該地沿岸系統所流失的沙源（因為在河流上建壩、導流堤攔阻沿岸漂沙和為防止海崖、沙丘侵蝕而修建的海堤）。事實上，當社會改變環境而對沿岸沈積物收支造成的不良影響時，藉由養灘的形式來歸還等量的沙體以減緩海灘侵蝕是有必要的。

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圖表目錄

表1. 海岸變遷的重要作用和因子（Process and Factors Important in Coastal Change）

表2. 南加州海灘填沙以及河川沙源 （Beach Nourishment and River Sediment Sources in Southern California）（Flick, 1993）

圖1.海岸變遷的重要時、空要素

圖2. 尼羅河三角洲，目前仍活動的Rosetta和Damietta分流，幾條古代曾出現的分流以虛線表示。

圖3. Rosetta 突岬在1800年和1909年之間進夷，在20世紀變成侵蝕。

圖4. 尼羅河年流量的實測值。顯示在1900年因為流域內雨量減少，流量突然下降，查德湖的實測水位也明顯下降。

圖5. 華盛頓州Ediz Hook的侵蝕是因為Elwha河上築壩與侵蝕崖處修建海堤，而使沈積物來源損失。

圖6. 加州南部海岸的沈積胞（根據Inman and Frautschy, 1966）

圖7. 因為建壩而損失的流域面積（取自Norris, 1964）