Paul D. Komar 著         沈淑敏 譯

譯者按：本文是美國知名海洋學者Paul D. Komar教授在1999年6月間受邀於第四屆”International Symposium on Coastal Engineering and Science of Coastal Sediment”中所做的專題演講。本文強調在探討海岸侵蝕的原因與採取因應措施時不可忽略長期性的潛在因子。一般常將海岸侵蝕的原因歸咎於當下發生的風暴（如颱風、颶風）所引起的滔天巨浪；但是如果沒有其他的原因，風暴過後一段時間海灘通常會回復原狀，而這種短期波動是海灘必然出現的情形。如果每次大風暴之後，海灘都無法回復原狀，那麼就表示該處海灘發生長期的海岸侵蝕。Komar教授以四組個案來說明海岸的長期侵蝕常涉及「氣候變遷」或「人類對環境的衝擊」等較不易察覺的原因，並且提醒「我們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）。
    譯者曾獲Komar教授同意翻譯，並刊載於「港灣報導」第51期。因為全文深入淺出，相當適合作為地理或環境教學的材料，所以在獲得「港灣報導」同意後濃縮轉載於此，以方便讀者參考。如欲參考完整譯文，也可以到http://www.geo.ntnu.edu.tw/faculty/ShenSM/ 「個人著作」之網頁參閱。原文出處：Komar, P.D.（1999）Coastal Change - Scales of Processes and Dimensions of Problems, Coastal Sediments '99 - Proceedings of the 4^th International Symposium on Coastal Engineering and Science of Coastal Sediment, 1-17.

        海岸線侵蝕的問題似乎全球都在流行，但是只有在人口不斷增加的海岸帶「侵蝕」才會成為問題，否則它只是個自然作用。到底侵蝕有多「自然」呢？如果我們認為它是最近發生的風暴或是聖嬰現象（El Nino）所引起，那麼可以說侵蝕是自然的，因為這些作用已經持續了好幾千年。但是河流上的那些水壩呢？它們可能和海岸侵蝕的地點距離幾百或幾千公里之遠，而且可能早在這個世紀初期就已經建造，它們是延遲到現在才開始對海岸展開衝擊嗎？那些為保護家園所修建的海堤又如何呢？它們會是造成侵蝕的原因嗎？

        這個演講的目的是要強調「海岸變遷和海岸侵蝕之因素的多面性（multitude）」。雖然我們知道可能有潛在的（underlying factors）遠方因素（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素（immediate cause），像是最近摧毀海濱地帶住屋的大風暴。這樣的觀點使我們傾向於採用簡單的解決方案來處理海岸侵蝕問題，像是興建海堤或是養灘。而這種補綴式修護（band-aid fix）的方式很少能關照到海岸變遷的潛在因子∼即較長和較大時空間尺度的因素。

        為了了解海岸變遷和侵蝕原因所做的調查研究必須包括各種不同尺度的作用∼從波浪下灘沙的運動、各個沿岸胞（littoral cell）中的海灘，甚至到海岸流域內的土地利用的情形。河流通常是海灘沙石的主要來源，所以發生在流域內的事情會決定海灘的長期「健康」。同時，不僅要考慮所有對海岸變遷來說重要的空間尺度，也必須考慮所有重要的時間尺度，因為我們逐漸了解氣候有長期的變遷，而且會持續發生。

        近幾十年來海岸的研究在各方面都有長足的進步，目前最需要改善的是評估沈積物收支(sediment budget)架構中沈積物（海灘沙石）的來源與損失，以及評估氣候變遷和人類活動如何影響沈積物收支。表一中列出海岸變遷的重要作用和因素，其中以斜體字表示的是由於人為導致的環境變遷。即使在做歸類的時候相當謹慎，顯然大多數的因素還是人為的，這些因子在較大的時、空尺度下，特別是在沈積物收支的因素中佔有重要的地位。它們大部分對沈積物收支有負面影響 ─ 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普遍發生的侵蝕問題一定很重要。

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

* [譯者按] 把一段海灘沙石顆粒的進入和移出看成像一本帳簿。這段海灘的沙石可能來自河川、上游側海岸以及外海；也可能因為被搬往下游側、外海，或被風吹上陸地而移出。如果進入的沙石量和移出量大致相等，海灘就沒有明顯變化；如果進入量大於輸出量，海灘就出現堆積狀態；如果輸出量大於進入量，海灘就出現侵蝕狀態。

        我認為埃及尼羅河三角洲的濱線是「世界上最戲劇化、科學上最有趣的海岸侵蝕問題」，本世紀以來有些地方濱線的後退率可以達到100 m yr^-1（Orlova and Zenlovich, 1974; Inman and Jenkins, 1984; Smith and Abdel-Kader, 1988; Frihy et al., 1991; Fanos et al., 1991,1995）。尼羅河在開羅以北出現兩條分流（圖1）─ 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，數百至數千年以來，在地中海沿岸形成由沈積物組成的突岬。本區最早的濱線調查可以回溯到1800年拿破崙想要征服埃及的時候。Rosetta突岬的濱線在19世紀期間向外海移動，到20世紀卻是以後退為主，從進夷轉變成侵蝕大約在1909年時（圖2）。

        是什麼使19世紀突岬的前進戲劇性的轉變成20世紀的侵蝕呢？毫無疑問，尼羅河上的水壩是三角洲侵蝕的主要原因；亞斯文高壩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。另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。不過低壩與高壩不同，它並沒有形成一個像Nassar湖那樣的大水庫，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，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）。所以，1902年興建的亞斯文低壩和1964年興建的高壩對河流的衝擊性不可相提並論。

        有其他原因可以解釋尼羅河三角洲從本世紀初就開始的侵蝕嗎？研究發現，尼羅河的年流量自本世紀初起明顯減少(圖3A)（Firhy and Khafagy, 1991）；這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）。同一時期，這個區域內所有湖泊的水位都降低，例如位在非洲中部的查德湖的水位（圖3B）。這樣的證據顯示尼羅河三角洲於本世紀初開始的侵蝕極有可能是對「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。

        實際上過去數千年來北非沙漠一直在擴張，長期的氣候變遷影響了尼羅河的流量以及三角洲濱線的侵蝕和堆積模式。從古埃及法老一世到第五王朝（西元前3100─2400年）尼羅河就有洪水測量的記錄，資料顯示尼羅河洪水水位在這七百年間持續低降（Bell, 1970）。當希臘歷史學者於西元前五世紀訪問埃及時，他提到三角洲上有七條分流（圖1上的虛線），而現在只剩下Rosetta和Damietta兩條分流，也反映了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。

       世界各地許多大大小小的河流上建有水壩，很多都產生像尼羅河亞斯文高壩的效應（雖然規模沒有那麼大）。但是也有大河上建壩卻對海岸衝擊很有限（或很難辨識出）的情形，位於美國華盛頓州和奧勒岡州邊界的哥倫比亞河可能就是其中一個例子。哥倫比亞河在1930年代興建了一系列的水壩，位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前就把它們攔截下來了。不論如何，哥倫比亞河流域中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海岸介於奧勒岡州的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，但是這段海岸的濱線在這個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水壩所產生的影響了嗎？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，聖嬰事件期間局部出現的「熱點」侵蝕是因為各段海岸內的沙會異常的向北移動，所以侵蝕主要發生在各段海岸的南端（岬角的北端），也發生在突堤的北側和可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海岸更容易被侵蝕（長期因子和潛在控因），而近期的聖嬰事件代表的則是較短期和更明顯的侵蝕衝擊。

        另外，在不遠處的Ediz Hook（位於Juan de Fuca海峽南岸的沙嘴）（圖 4）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）的礫石所構成（Galster and Schwartz, 1990）。沙嘴的侵蝕從本世紀初期Elwha河建壩（估計切斷了每年38,000立方公尺的供沙到海岸）和後來在侵蝕後退的海崖前修築海堤（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，因為有來自西端被侵蝕的沙源供應。這個沙嘴是Angeles港的天然保護，所以沙嘴的維持很重要。當局的作法就是沿著整個沙嘴修建護岸（revetment），並且進行養灘，以取代以前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，不只是為了讓河中礫石可以自由抵達海濱，主要是為了鮭魚復育。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不能釋出沈積物到達海濱。

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。南加州大多數的流域中都建有水壩和水庫，以提供更多的水來支持這個半乾燥地區持續增加的人口和農業發展，為了減低水庫損失最少的水，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在侵蝕的海崖，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5），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，近濱帶的沙主要是在位於沈積胞南端（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的沈積物規模相當。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，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，表現出來自河川的沈積物顯著的下降。

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）

        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建在太靠近海崖邊緣的房子。為因應1980年以來逐漸增強的風暴，興建了愈來愈多的海堤，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。但是海崖的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，逐漸地切斷來自海崖侵蝕的天然供沙。導流堤、防波堤和防沙堤對海岸的衝擊很複雜。Flick（1993）指出這些結構物把濱線分割成一系列的次沈積胞，減低了漂沙沿濱線的向南移動，也減少最後在海底峽谷的流失。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搬運被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（Inman and Masters, 1991）。

        最近有關沈積物收支的詳細報導是Inman and Masters（1991）所研究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輸送沈積物到海岸，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年和1983-1990年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。

        每當我們反省嚴重的衝擊會造成海岸侵蝕時，第一個想到的通常是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，堰洲島「細線」的生存似乎很脆弱（Dolan et al., 1980）。然而人們仍然向這些海岸聚集，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。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（表示有更高的地層下陷量），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），以海灘坡度1:50來計算，可以得到25公尺的侵蝕距離，若是發生在過去一百年就表示平均侵蝕率25 cm yr^-1。但是沿著堰洲島所實際測量到的濱線變化量的規模等級都比這個數值大（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素才會造成如此高的濱線變化率。

        Allen（1981）對新澤西州Sandy Hook的侵蝕問題所作的調查研究發現，當地一個遊憩型海灘（recreational beach）的平均侵蝕率從1953年起大約是10 m yr^-1，而最重要的原因是「沈積物匱乏」（sediment starvation）。這個海灘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的增加，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 km的平均濱線後退率是1.4 m yr^-1。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1.1 m yr^-1的後退率是由於越波沖刷作用（39%）、沿岸漂沙輸出（22%）、風吹沙的搬運（18%）、潮流口的堆積（10%）和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。

        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Ocean City潮流口的突堤造成馬里蘭州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9 m yr^-1，不過從1985年導流堤改建後減低到4.5 m yr^-1。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素在各處都很相似，不過各因素的重要程度不同。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，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素，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素，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。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素的重要性，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。美國東部和灣岸的堰洲島受到像海準面和大風暴這樣自然作用的影響，但是也受到導流堤、海堤興建與不當的漂沙管理的衝擊。