蔡鋒 | 為國家守護好每一片沙灘

細膩的沙灘上，潮起潮落間，白色浪花變成透明的泡沫，這里是廈門觀音山沙灘。每每走過這里，蔡鋒都會抓起一把海灘的沙子，揉搓觀察一番。每到有沙灘的地方，他都會向當?shù)厝嗽儐柹碁┑那闆r，看一看、摸一摸沙灘的沙子。但觀音山有些不同，這里是蔡鋒從事沙灘修復(fù)養(yǎng)護的起點，也是我國開展沙灘修復(fù)養(yǎng)護的起點，更是構(gòu)建我國沙灘保護修復(fù)技術(shù)體系的起點。

▲蔡鋒

鐘情科研的蔡鋒常常被人稱為“蔡沙灘”?！拔业睦硐刖褪强萍假x能，為國家守護好每一片沙灘。”2024年6月24日，2023年度國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會在北京人民大會堂舉行。自然資源部第三海洋研究所（以下簡稱“海洋三所”）牽頭完成的“復(fù)雜海岸環(huán)境沙灘保護修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用”項目榮獲國家科學(xué)技術(shù)進步獎二等獎，項目第一完成人蔡鋒及其團隊參加了大會。

“每每看到海岸破壞受損，我都會想如何保護這些海岸，實現(xiàn)人海和諧的可持續(xù)發(fā)展?！辈啼h說，“我國社會發(fā)展的需求、海洋環(huán)境保護的壓力和作為海洋人的使命感，讓我選擇了保護修復(fù)海岸這個領(lǐng)域。”這一項目形成了從沙灘保護修復(fù)基礎(chǔ)理論研究、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)到工程應(yīng)用推廣的系統(tǒng)性原創(chuàng)成果，不僅填補了我國沙灘修復(fù)綜合技術(shù)空白，更推動了我國海岸保護理念的轉(zhuǎn)變和海岸防護技術(shù)的進步。

第一個海灘養(yǎng)護工程

1999年10月9日，9914號臺風(fēng)登陸，狂風(fēng)裹挾著暴雨直撲廈門。在輪渡碼頭附近，幾十噸重躉船在風(fēng)浪的沖擊下，拉斷能夠承受45噸拉力的鐵鏈，在風(fēng)浪中顛覆，僅半小時就遭受沒頂之災(zāi)。市區(qū)街道上，大半行道樹被吹倒，甚至連根拔起，大型廣告牌、霓虹燈箱被撕裂后隨風(fēng)飛舞。1999年《中國海洋災(zāi)害公報》這樣記載“9914號臺風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)”：廈門市出現(xiàn)最大風(fēng)暴增水122厘米……受災(zāi)人口76.25萬人，淹沒農(nóng)田2445公頃，死亡失蹤12人，損壞船舶2166艘，損壞堤防21.4千米，直接經(jīng)濟損失9.3億元。

9914號臺風(fēng)同樣給廈門海岸帶來巨大破壞，蔡鋒就此開展了深入研究，探討海灘風(fēng)暴效應(yīng)，逐步形成了對華南海灘動力過程的認識，揭示了其浪潮控制模式，并開始思考如何保護和修復(fù)海岸，抵御海岸災(zāi)害。

海岸為何會被破壞？強潮與強風(fēng)暴僅是表象，追根溯源在于高強度人類活動。濱海沙灘的沙子主要來自河流入海沉積的沙子和海邊石頭風(fēng)化帶來的沙礫。20世紀90年代以來，隨著沿海經(jīng)濟和社會快速發(fā)展，尤其是在大規(guī)模填海工程、高強度近岸采砂和不合理沿岸工程建設(shè)等因素影響下，半數(shù)以上沙灘持續(xù)侵蝕退化，沙子流失嚴重，海灘變窄、灘面高程變低。這不僅讓海濱難以抵御風(fēng)暴潮等極端動力災(zāi)害，還會導(dǎo)致海岸帶固有的生態(tài)活力、環(huán)境彈性逐漸降低，甚至海岸生態(tài)價值的永久性降低。為了防災(zāi)，人們建起了護岸、防波堤、丁壩群等，但這種“硬防護”護岸不護灘，改變了水動力，加之極端天氣頻繁，臺風(fēng)、風(fēng)暴浪導(dǎo)致沙子快速流失，最終造成沙灘不可逆地被侵蝕破壞。

那么，如何重塑海灘地貌、增強沙灘的穩(wěn)定性？“硬”的不行來“軟”的，也就是海灘修復(fù)養(yǎng)護，這是砂質(zhì)海岸柔性防護的主流技術(shù)。在自然供沙不足時，通過人工手段在受侵蝕的海灘進行補沙修復(fù)，增加海灘后濱（平均潮位與最大波浪達到上界之間的地帶）的寬度，維持、修復(fù)或重塑海灘功能。歐美等發(fā)達國家早在20世紀中期就開展了海灘養(yǎng)護修復(fù)技術(shù)的研究和實踐，并在90年代形成了適用各自情況的理論和技術(shù)。我國直到2005年前后，才開始重視海灘養(yǎng)護修復(fù)技術(shù)及應(yīng)用研究。

廈門是一座典型的海灣型城市，城在海上、海在城中。保護和利用好寶貴的海岸空間資源，一直是其發(fā)展的關(guān)鍵問題。2007年，為解決海岸蝕退、灘面裸露、無親水空間等問題，廈門啟動了觀音山沙灘修復(fù)工程，這是內(nèi)地第一次海灘養(yǎng)護實踐嘗試。蔡鋒帶領(lǐng)海洋三所海灘動力地貌與海灘養(yǎng)護研究團隊，分析強潮與強風(fēng)暴特征，探索性提出分層修復(fù)方法，形成了1.5千米的穩(wěn)定沙灘，獲評“優(yōu)秀海洋工程”。

擁抱挑戰(zhàn)，才有創(chuàng)新

以廈門觀音山沙灘修復(fù)工程為起點，海洋三所團隊承擔了全國約半數(shù)中央資金支持的沙灘修復(fù)項目，在各地開展了120多個海灘修復(fù)養(yǎng)護工程，累計修復(fù)海灘岸線長度百余千米。我國岸線曲折、動力環(huán)境多變、人工岸線占比高，基于復(fù)雜環(huán)境的沙灘保護修復(fù)是一項重大挑戰(zhàn)。蔡鋒不怕挑戰(zhàn)，因為“擁抱挑戰(zhàn)，才有創(chuàng)新”。海灘受損原因不同，海灘養(yǎng)護方案也各異。為尋找最佳方案，團隊成員各抒己見，常常爭論到深夜。正是在一次次智慧碰撞中，一個個難題被解決了。

▲蔡鋒榮獲2023年度國家科學(xué)技術(shù)進步獎二等獎

廈門天泉灣海岸長期受臺風(fēng)風(fēng)暴潮影響，護岸外海灘侵蝕退化嚴重，護岸工程多次損毀。若采用傳統(tǒng)的補沙修復(fù)，沿岸泥沙流失率大，岸灘穩(wěn)定性差。海洋三所團隊多番研討后，創(chuàng)新了分層卵石養(yǎng)護技術(shù)，用礫石級別的材料作為海灘養(yǎng)護填充物，設(shè)計了灘面耗能層、滲透墊層、基礎(chǔ)層構(gòu)成的3層組合斷面結(jié)構(gòu)。修復(fù)前后沿岸凈輸沙率降低80%以上，岸灘穩(wěn)定性顯著提升，海岸防護能力極大提升；修復(fù)工程還極大改善了海岸生態(tài)景觀，天泉灣海岸成為我國柔性海岸防護的經(jīng)典示范。

廈門會展中心海岸是20世紀末圍海造地形成的人工海岸，排水管直排入海引起侵蝕、岸灘失穩(wěn)等系列難題。海洋三所團隊從海灘系統(tǒng)整體特征考慮，綜合運用沙灘養(yǎng)護、攔沙堤構(gòu)建與連島沙壩式管涵端頭設(shè)計等技術(shù)進行圍填海岸線系統(tǒng)整治修復(fù)。修復(fù)后，這里形成1900米長的優(yōu)質(zhì)濱海沙灘岸線，極大提升了岸灘的整體穩(wěn)定性和生態(tài)景觀效果，有效解決了海岸排洪與沙灘穩(wěn)定間的矛盾，為圍填海海岸的生態(tài)提升提供了解決方案。

在廈門同安灣西岸，天然沙灘被破壞殆盡，灣內(nèi)環(huán)境下泥沙長年淤積，加之沿岸工業(yè)、生活、養(yǎng)殖污水的無序排放，海岸帶環(huán)境持續(xù)惡化。修復(fù)治理后，同安灣納潮量增加4400萬立方米，海域水體交換能力提升30%，長毛對蝦、白海豚等消失多年的海洋生物重新出現(xiàn)在這片海域。曾經(jīng)的“爛潮灘”變成了擁有黃金沙灘、彩虹跑道、環(huán)東濱海浴場等網(wǎng)紅打卡點的“浪漫路”。

針對臺風(fēng)頻發(fā)、冬季風(fēng)強烈的福州市長樂下沙海灘，海洋三所團隊研發(fā)出“強風(fēng)區(qū)海岸多峰多層沙丘修復(fù)技術(shù)”，通過“沙丘＋植被”方法修復(fù)海灘，同步提升防災(zāi)減災(zāi)功能與生態(tài)功能。潔白別致的海螺塔、廣闊綿密的白沙灘、一望無際的碧海水，讓人們在1986年建成的長樂下沙海濱度假村又找回了童年記憶。

珠海市香爐灣沙灘，直立海堤破壞了自然岸線，灘面空間嚴重不足、無后濱緩沖，是典型的“有岸無灘”。團隊利用岬頭和攔沙堤構(gòu)建岬灣，提升海岸穩(wěn)定性和減災(zāi)能力；同時，修復(fù)后濱植被，打造親水空間，提升生態(tài)韌性，為硬質(zhì)海岸線的生態(tài)化、韌性提升提供了科學(xué)解決方案。成果獲得了住建部頒發(fā)的“中國人居工程范例獎”。

近年來，臺風(fēng)頻繁襲擊廈門、珠海等城市，這是對海灘養(yǎng)護工程的嚴苛檢驗。2016年“莫蘭蒂”、2017年“天鴿”、2018年“山竹”臺風(fēng)后，海灘養(yǎng)護團隊的工作人員第一時間趕到修復(fù)的海灘，海灘、海岸在經(jīng)歷狂風(fēng)暴浪后依然安好，發(fā)揮著良好的海岸防護作用。

構(gòu)建沙灘保護修復(fù)技術(shù)體系

在我國，大陸海岸線長度約1.8萬千米，其中砂質(zhì)海岸約5000千米。這就是海洋三所團隊的工作場域。過去20年里，蔡鋒和團隊幾乎走遍了全國沿海地區(qū)的海灘，為了研究海灘風(fēng)暴效應(yīng)，他們甚至追著臺風(fēng)跑。

追風(fēng)踏浪的時光里，海洋三所牽頭，聯(lián)合河海大學(xué)、中國海洋大學(xué)、國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心、自然資源部海島研究中心，5家單位協(xié)同攻關(guān)，形成了從沙灘保護修復(fù)基礎(chǔ)理論研究，到關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，再到工程應(yīng)用推廣的系統(tǒng)性原創(chuàng)成果，構(gòu)建了適合我國復(fù)雜海岸環(huán)境的沙灘保護修復(fù)技術(shù)體系。

蔡鋒說，沙灘保護修復(fù)技術(shù)體系創(chuàng)新主要體現(xiàn)在3個方面。首先，揭示了破波帶強非線性波浪演化機理，闡明海岸沙壩時空演化的波流耦合作用機制，建立了潮汐影響下的沙灘風(fēng)暴響應(yīng)模式，實現(xiàn)了強潮沙灘動力地貌過程的理論突破，為復(fù)雜海岸環(huán)境下沙灘保護修復(fù)提供了重要的理論支撐。其次，研發(fā)了高精度、多要素沙灘動力地貌模擬關(guān)鍵技術(shù)，創(chuàng)新岸線—岸灘—結(jié)構(gòu)物沖淤演變多維度模擬方法，自主研發(fā)了多要素非線性沙灘動力地貌演變數(shù)值模擬系統(tǒng)，將破碎波高計算精度提高了19%，懸沙層化條件下的凈輸沙率計算精度提高了32%，攻克了多維度、全周期沙灘演變及工程響應(yīng)模擬難題，為沙灘修復(fù)提供先進的成套精細化模擬分析工具。再次，創(chuàng)新了樣本擴容與自適應(yīng)閾值相結(jié)合的沙灘修復(fù)工程設(shè)計極值推算方法，發(fā)明生態(tài)友好型的沙灘修復(fù)結(jié)構(gòu)、維持系統(tǒng)平衡的泥沙精準調(diào)控技術(shù)和基于自然的適應(yīng)性沙灘修復(fù)技術(shù)，突破了傳統(tǒng)沙灘修復(fù)技術(shù)的動力環(huán)境局限，系統(tǒng)解決了侵蝕熱點形成、水體交換減弱和生態(tài)景觀受損等諸多難題。

2010年以來，中央投入海洋生態(tài)修復(fù)資金超270億元，全國累計實施了58個“藍色海灣”整治項目、24個海岸帶保護修復(fù)工程、61個渤海綜合治理攻堅戰(zhàn)生態(tài)修復(fù)項目等一系列重大項目。研究團隊研發(fā)的系列沙灘修復(fù)技術(shù)被自然資源和生態(tài)環(huán)境主管部門、科研院所和工程設(shè)計單位廣泛采用，支撐了中央專項的有效實施，推動實現(xiàn)了海岸系統(tǒng)修復(fù)和綜合治理，構(gòu)建了陸海統(tǒng)籌、人海和諧的海洋空間開發(fā)新格局，形成了“科技借力、科學(xué)治理”的海岸保護修復(fù)新態(tài)勢。

同時，推廣應(yīng)用于韓國、泰國、印尼、阿聯(lián)酋等“一帶一路”沿線國家的海岸防護和沙灘資源保護，指導(dǎo)了韓國釜山、泰國芭提雅等沙灘修復(fù)項目，阿聯(lián)酋迪拜、印尼等地的岸灘防護工程，實現(xiàn)了“技術(shù)出?！薄?/p>

技術(shù)之爭的盡頭，是標準之爭。2018年，海洋三所牽頭編制的海灘養(yǎng)護行業(yè)標準《海灘養(yǎng)護與修復(fù)技術(shù)指南》頒布。目前，我國海灘養(yǎng)護領(lǐng)域已經(jīng)出臺施行了4項行業(yè)標準、3項團體標準，國家標準也在報批中，形成了我國自己的海灘養(yǎng)護技術(shù)體系。此外，他們還出版《中國海灘養(yǎng)護技術(shù)手冊》等10部專著，獲授權(quán)發(fā)明專利42項、軟件著作權(quán)10項、實用新型專利3項，發(fā)表論文300余篇。

“海洋二代”

蔡鋒是一名不折不扣的“海洋二代”。他1965年生于福建省龍海市，父母親都是在海洋三所從事海洋科學(xué)研究的科研人員。青少年時期課余時間多，他都是在海洋三所附近的海邊度過?！拔覐男【团c海為伴，沙坡尾、白城海灘到黃厝海岸，都留下過我的身影。這些青春印記，為我將來從事海洋科研工作埋下了種子?！?/p>

1982年，蔡鋒考入山東海洋學(xué)院（現(xiàn)中國海洋大學(xué)），1986年考取了海洋三所與廈門大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)的海洋地質(zhì)碩士研究生，1989年畢業(yè)后進入海洋三所工作，2000年重返母校中國海洋大學(xué)，攻讀海洋地質(zhì)博士研究生。此外，他還在日本學(xué)習(xí)海上調(diào)查，在德國學(xué)習(xí)實驗技能，在澳大利亞學(xué)習(xí)生態(tài)保護，到美國特拉華大學(xué)和南佛羅里達大學(xué)開展海岸動力學(xué)合作研究?！吧碁┭芯繉儆诮徊鎸W(xué)科，包含地形地貌、沉積、動力及生態(tài)保護等問題。這些海外經(jīng)歷對學(xué)科交叉研究很有幫助?！?/p>

一名科研工作者，不僅要有“術(shù)”，還需要抵御誘惑干擾的強大定力、打造高效率高凝聚力團隊的合作精神?！皩⑽乙牒Ｑ蟮刭|(zhì)學(xué)專業(yè)研究的，是我國老一代從事孢粉研究的著名學(xué)者陳承惠。我是陳老師的第一個碩士研究生，他平淡樸實的為人作風(fēng)培養(yǎng)了我在學(xué)術(shù)上踏踏實實、不與人爭名利的性格?！薄拔业牟┦繉?dǎo)師夏東興研究員，是著名的海岸帶研究專家。他讓我更加專注海岸動力地貌的研究，特別是沙灘的研究。他教我如何為人處世，如何更加包容地與人相處。”“還有海洋三所陳峰研究員，他給我很多機會，讓我學(xué)會如何帶領(lǐng)團隊開展調(diào)查研究，成為項目的核心骨干。”……一路走來，師長、前輩、同行對蔡鋒影響很深，他說：“如果說我現(xiàn)在取得了一點成績，離不開他們對我的培養(yǎng)、信任和支持?！?/p>

踏實為學(xué)、寬容無私、有大局觀，以及帶領(lǐng)團隊調(diào)查研究的實踐經(jīng)歷，讓蔡鋒逐漸成長為一名管理者。2017年，他開始擔任海洋三所所長。從出生到求學(xué)到工作再到擔任所長，蔡鋒的個人經(jīng)歷和海洋三所的發(fā)展早已交織在一起，你中有我、我中有你。所以，一說起海洋三所，他如數(shù)家珍：海洋三所多年來重點發(fā)展了深海生物研究與海洋生物資源開發(fā)利用、全球變化與區(qū)域海洋響應(yīng)、海洋生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)保護、應(yīng)用海洋學(xué)4個學(xué)科領(lǐng)域12個研究方向；有自然資源部重點實驗室2個、自然資源部工程技術(shù)創(chuàng)新中心1個、福建省重點實驗室3個和自然資源部野外科學(xué)觀測站2個，以及面向服務(wù)經(jīng)濟社會建設(shè)為主的廈門海洋工程勘察設(shè)計研究院有限公司；經(jīng)過60多年的發(fā)展，海洋三所形成海洋生態(tài)保護修復(fù)、海洋生物資源開發(fā)利用兩個優(yōu)勢學(xué)科，已經(jīng)成為我國海洋科學(xué)研究的重要力量，在國際上具有一定的知名度，為我國海洋科技發(fā)展、海洋綜合管理、海洋經(jīng)濟發(fā)展、海洋權(quán)益維護和海洋生態(tài)文明建設(shè)作出了重要的貢獻。“我們要聚焦海洋生態(tài)文明建設(shè)，支撐好海洋生態(tài)保護修復(fù)的職責，同時深耕海洋醫(yī)藥與生物制品的研發(fā)，推動一批海洋生物制品的企業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級?！辈啼h說。

海岸保護再升級

廈門觀音山海灘外的人行道上，有一個小小的圓形鉚釘，這是沙灘的監(jiān)測固定點。海灘就像人，生病了，要對癥下藥，進行修復(fù)；治愈了，要監(jiān)測養(yǎng)護，保證長久健康。而這些點，就是來監(jiān)測波浪、潮汐變化的，臺風(fēng)等極端天氣來臨前后，在監(jiān)測點記錄沙灘變化，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)評估養(yǎng)護效果。

▲蔡鋒現(xiàn)場考察海灘

2018年，蔡鋒帶領(lǐng)研究團隊開始以“海灘”為研究對象，全面而系統(tǒng)地開展深入研究，在海岸監(jiān)測新技術(shù)研發(fā)、海灘風(fēng)暴效益的深入研究、河口海岸過程的相互作用、海灘資源管理、海岸生態(tài)化防護等方向同時出擊。

如果說，沙灘保護修復(fù)技術(shù)體系，使我國海岸保護理念實現(xiàn)了從被動防御到主動適應(yīng)的轉(zhuǎn)變。那么，以“海灘”為研究對象的新一輪攻堅，不僅注重地貌系統(tǒng)修復(fù)，關(guān)注海灘的減災(zāi)防護能力，還要探索地貌系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)的相互作用，關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)的活力、經(jīng)濟開發(fā)的可持續(xù)力。

而這也是目前最受關(guān)注的領(lǐng)域。受全球氣候加速變化和高強度人類活動雙重壓力脅迫，海岸侵蝕與生境退化已成為全球面臨的共同威脅。聯(lián)合國“海洋十年”和我國“國家適應(yīng)氣候變化戰(zhàn)略2035”都明確提出海岸韌性提升的目標和舉措。因此，研究海岸地貌系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)相協(xié)調(diào)的生態(tài)保護修復(fù)理論和技術(shù)，探索適合于不同修復(fù)場景的活力海岸模式，成為國內(nèi)外研究的熱點和難點問題。

依托國家重點研發(fā)計劃“典型海岸侵蝕防護與活力海岸構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)”，海洋三所團隊從智能立體監(jiān)測、侵蝕風(fēng)險預(yù)警、生態(tài)地貌演化模擬、侵蝕防控與生境修復(fù)技術(shù)研發(fā)等方面開展系統(tǒng)研究，探索減災(zāi)防護能力、生態(tài)系統(tǒng)活力、經(jīng)濟開發(fā)活力提升融合的活力海岸構(gòu)建模式并開展示范應(yīng)用，旨在提升我國海岸防護功能、構(gòu)建健康生態(tài)系統(tǒng)并推動濱海經(jīng)濟發(fā)展。

高水平保護海岸已然成為未來發(fā)展的方向，蔡鋒也開始對下一步的科研進行規(guī)劃。一是進一步學(xué)科交叉，探討海岸地質(zhì)地貌-動力泥沙-生態(tài)環(huán)境-人為活動之間的深層次聯(lián)系，揭示海岸新型污染物、微生物的生態(tài)環(huán)境影響機制。二是推動海岸帶監(jiān)測預(yù)警的智能化，結(jié)合人工智能大模型建立數(shù)字孿生海岸帶，深入揭示海岸地貌-生態(tài)過程，支撐海岸帶保護和管理。三是重視社會-生態(tài)系統(tǒng)研究，探討人為活動參與下的海岸帶過程，尋求全球氣候加速變化影響下海岸帶適應(yīng)性管理的策略和可持續(xù)發(fā)展的實現(xiàn)路徑。四是研發(fā)海岸高水平保護關(guān)鍵技術(shù)，建立基于海岸生態(tài)系統(tǒng)長效效應(yīng)的海岸生態(tài)修復(fù)方法體系，構(gòu)建適用于我國高強度開發(fā)的活力海岸。

采訪結(jié)束時，談及學(xué)者抑或管理者的身份選擇，蔡鋒說：“如果要從中選一個，那我還是更愿意做學(xué)者。作為管理者，我更多的是感到一份責任、一種壓力，而從事科研，我感到一種放松、一種興趣。不管是獨自思考還是和同事們研討，都是一件很快樂的事情?！闭f這話時，蔡鋒的臉上有經(jīng)過歲月磨礪的堅毅，更有少年時在沙灘上乘風(fēng)踏浪的沉靜。