综述：关于船舶产生的尾流对生态地貌影响的综述

《Journal of Environmental Management》：Review of the eco-geomorphological impacts of vessel-generated wakes

船舶波浪对海洋与淡水环境的影响研究综述。整合现场、实验室及模型数据，系统评估波浪对沉积物悬浮、海岸侵蚀、水质、生态及基础设施安全的综合作用，揭示影响异质性源于地形地貌、航速船型及环境类型差异，并指出累积效应、剂量响应关系及临界阈值等关键知识缺口。提出跨学科协同研究框架，为制定差异化管理策略提供科学支撑。

　　

克里斯·豪泽 | 伊丽莎白·乔治

滑铁卢大学地球与环境科学系，200 University Ave W，滑铁卢，安大略省，加拿大，N2L 3G1

摘要

船舶产生的尾流在海洋和淡水环境中是物理和生态扰动的日益重要的来源，然而其影响在不同系统中仍存在不均匀的描述，甚至存在争议。本综述综合了现场观察、实验室实验和建模研究，以评估尾流如何影响沉积物再悬浮、海岸侵蚀、浊度、营养物质和污染物的流动、水生栖息地，以及对基础设施和航行安全的风险。该综述的框架旨在帮助协调河流、湖泊、河口和沿海系统之间的不同结论，并重点关注生态地貌反馈机制，特别是在尾流引起的植被损失减少波浪衰减、增加沉积物移动性以及促进不可逆的海岸退缩的情况下。尽管有大量关于局部尾流效应的文献记录，但在确定累积影响、剂量-反应关系以及尾流活动引发持续地貌和生态变化而非短暂扰动的阈值方面仍存在关键空白。解决这些空白需要跨各种环境条件进行协调一致、标准化的研究，将物理作用与生态响应相结合。总体而言，本综述为解释尾流影响提供了一个统一的框架，并概述了在海洋和淡水环境中制定基于证据的管理策略的优先事项。这项综合研究的关键贡献在于：尾流的影响高度依赖于具体情境，这取决于当地的地形和水深、船舶速度及操作方式；同时区分了不同情况下尾流能量的作用：在受保护或受限系统中，尾流能量是额外的能量来源；而在开阔、波浪传播距离较长的环境中，尾流能量则有助于累积能量。除了综合现有研究外，本综述还指出了优先的知识空白，并提出了未来的研究方向，以指导研究人员、实践者和管理者进行更一致和可操作的船舶尾流影响评估。

引言

沿海经济依赖于使用商业和休闲船只进行人员和货物运输的活动，包括航运、旅游、巡航和渔业。虽然船舶产生的尾流与风浪相比是单一且短暂的，但由于其较长的波周期和较大的波高，它们在波浪传播距离有限的环境中成为波浪能量的重要来源（Houser等人，2024年）。因此，人们越来越关注商业和休闲船舶尾流对海岸线和水生生态系统的地貌和生态影响，包括海岸侵蚀（Parnell和Kofoed-Hansen，2001年）、底部冲刷（Beachler和Hill，2003年；Crawford，2002年；Meyers等人，2025年），以及加剧的湍流和沉积物再悬浮导致的水质下降（Liddle和Scorgie，1980年；Grishin等人，2017年；Koch，2002年；Hallac等人，2012年；Whitfield和Becker，2014年；Campbell，2015年；见表1）。越来越多的研究量化并模拟了各种环境中的尾流引起的沉积物再悬浮和侵蚀现象，包括加利福尼亚三角洲（Bauer等人，2002年）、新西兰的马尔堡海峡（Parnell等人，2007年）、阿拉斯加的肯奈河（Dorava和Moore，1997年）、伊利诺伊河和密西西比河系统（Bhowmik等人，1981年），以及北美的内陆湖泊（Allen等人，2019年；Bilkovic等人，2019年；Shuster等人，2020年）。这些研究共同强调了船舶尾流在沿海环境中的重要性，并指出需要进一步研究其在不同水生环境中的物理和生态影响。

尾流在浅水狭窄的水道中影响最大，因为在这种情况下波浪能量无法随着距离船舶的增加而充分消散；此外，低能量海岸通常由湿地和其他脆弱的海岸类型主导（Bourne，2000年）。虽然在波浪传播距离较长的开阔沿海环境中，尾流的影响可能可以忽略不计（例如，Lindholm等人，2001年），但持续的高频率交通（例如渡轮）仍可能导致海岸侵蚀（Soomere，2005年，2005b年）。据Gabel等人（2017年估计，北美注册的休闲船只超过2400万艘，欧盟近600万艘）。随着船只规模和马力的增加（Asplund，2003年），以及专为产生持续破浪而设计的尾波冲浪板和尾波滑行船的出现，这些影响也在加剧。此外，气候变暖预计将进一步加剧这些压力，延长休闲和商业航行的季节，并扩大可通航水域（Loomis和Crespi，1999年；Mendelsohn和Markowski，1999年；Shaw和Loomis，2008年），使得更多的商业航运活动进入生态敏感区域，如北极地区（Dals?ren等人，2013年；Hansen等人，2016年；Ng等人，2018年；Christensen等人，2022年）。

本综述概述了尾流产生的过程，并综合了在各种环境条件下进行的现场观察、实验室实验和建模研究。在论文的主要部分中，包括尾流产生、船舶尾流的相对重要性、沉积物再悬浮、海岸侵蚀、生态影响、管理尾流影响以及未来研究方向，本综述明确比较了研究设计、测量技术和观测尺度，以评估报告的影响和不确定性来源，并指出了关键的研究空白。这些发现对环境管理具有直接意义，表明尾流的影响高度依赖于具体情境，不能通过统一的规定来解决，强调了需要适应性、基于证据的管理框架，该框架应整合物理环境、船舶行为、累积暴露量和生态系统敏感性。通过强调不确定性、阈值和生态地貌反馈机制，本综述进一步明确了船舶尾流何时何地构成实质性风险，并支持开发将跨学科科学转化为可持续政策、影响缓解和长期水生环境管理的实用工具的管理策略。本综述的范围不包括几个相关研究领域，如污染效应（Oros等人，2007年）、外来物种的传播（Minchin等人，2006年），以及对海岸基础设施和停泊船只的损害（例如，Fenical等人，2007年；Ostendorp等人，2009年）。

部分摘录

尾流产生

船舶会产生初级尾流（船尾波和下沉波）和次级尾流（发散波和横向波），以及螺旋桨产生的水流。每个组成部分的相对大小和结构受船舶长度、船体形状和运行速度的影响（图1）。驳船（如货船和运输船）会产生较大的初级波（下沉波）和相对较小的次级波（尾流），而小型休闲船产生的下沉波较小，次级波较大。

船舶尾流的相对重要性

多项研究比较了船舶尾流与自然波浪和水位波动的相对重要性（例如，Schoellhamer，1996年；Schuttrumpf，2006年；Ahmad等人，2011年）。如图3所示，船舶尾流和风浪对某一地点总波能的相对贡献取决于距离航行线的距离和波浪传播距离。随着尾流扩散，尾流高度和能量会迅速减小。

沉积物再悬浮

许多研究表明，尾流是通过下沉波（初级波列）、发散波和横向波（尾流和/或次级波列）以及螺旋桨水流导致沉积物再悬浮的主要因素（表1）。大多数研究发现，下沉波通常比次级波移动更多的沉积物（G?ransson等人，2014年；Schoellhamer，1996年）。这些研究主要集中在沉积物的卷入、运输和沉积过程上。

海岸和近岸侵蚀

船舶产生的尾流（次级波列中的斜向波和横向波）已被广泛记录为海岸侵蚀的重要驱动因素（表1）。随着航道加深和拓宽以容纳更大的船舶，产生更大波浪和岸坡侵蚀的可能性增加（Maynord，2003年）。此外，即使波浪高度的轻微增加也会导致可测量的近岸沉积物运输和海岸退缩。在受船舶活动影响较大的区域，这一现象尤为明显。

生态影响

沉积物的再悬浮、侵蚀、运输和沉积，以及相关的营养物质和污染物的重新分布，会深刻影响水生生物群落，同时引发生态地貌反馈，从而放大物理海岸变化。这些反应发生在物理作用超过可识别的阈值时，例如波浪高度、轨道速度、剪切应力或尾流频率（表2）。已记录的生物影响包括大型无脊椎动物群落的变化。

管理尾流影响

公众认知和科学证据越来越多地表明，船舶尾流对沿海系统的生态和地貌有害（Demian，2007年；Houser等人，2024年；Larratt等人，2024年）。受访者一致认为需要限制尾流高度（Jones，2003年；Priskin，2003年；Demian，2007年），而关于直接和间接尾流影响的实证研究也支持在生态敏感区域减少船舶活动（例如，López等人，2013年）。管理策略

未来研究方向

基于上述综合研究，以下部分概述了为解决剩余不确定性、确定影响阈值以及开发可转移的管理相关工具所需的优先研究方向和方法论进展。图10提供了一个概念性决策树，整合了船舶特性、运行行为和环境条件，以识别主要的尾流产生机制及其相关因素。

作者贡献声明

克里斯·豪泽：撰写初稿、调查、概念化。伊丽莎白·乔治：撰写、审稿与编辑、调查、概念化。

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所述的工作。