受全球变暖和海平面上升影响,沿海风暴潮洪水风险不断恶化,尤其在河口三角洲地区,人口密集、经济发达,对风暴潮等海洋动力灾害高度敏感。上海位于长江三角洲前缘,是中国经济最发达的特大型城市,长期以来主要依靠“硬”质海塘实现海洋灾害风险防范。近年来,基于自然的洪水防御（Nature-based flood defense,NBFD）措施逐渐兴起,作为一种绿色生态友好型堤防设计方案,备受关注。然而,构成绿色堤防的关键部位,即地上生物结构的不稳定性,尤其是盐沼植被的脆弱性导致的防洪不确定性,是阻碍绿色堤防措施广泛应用的瓶颈问题,也是构建有效的绿色堤防措施需要解决的关键科学问题。另一方面,自人新世以来高强度的海岸带开发活动,导致世界诸多河口三角洲滨海湿地损失殆尽,淤泥质潮滩正经历着从自然演化到被动调整的剧烈转变中,构建绿色堤防的根基已不复存在。长江口亦是如此。因此,科学认识待修复海岸带的主要驱动力因素、侵蚀机制及其潜在后果,对于设计有效的潮滩修复和绿色堤防方案至关重要。对此,本文基于水动力和沉积动力数值模型,在潮滩-河口-边缘海三级尺度下设计嵌套的数值模型系统,构建针对潮滩修复和绿色堤防建设的理论和技术框架,提出解决绿色堤防护岸不确定性的关键理论与技术方法,并应用于侵蚀型大河三角洲潮滩修复,实现绿色堤防构建的示范应用。主要研究内容和结论包括:（1）潮滩-河口-边缘海耦合的水动力-沉积动力-生态消浪数值模拟为了研究潮间带沉积层能否补偿盐沼植被的不稳定性,结合历史资料,综合考虑了风暴潮期间水文气象因素,采用模型耦合嵌套技术构建长江口大范围-崇明东滩局地生态消浪数值模型（TELEMAC-TOMAWAC-TOMAWAC）,在设计的统计重现期下模拟波浪的传播、衰减和转化。通过野外实测得到的崇明东滩植被生物性状,研究三维和二维植被建模方法的差异性以及不同植被的消浪特性,以敏感性分析消除模型系统性差异。研究设计了六种自然和人工促淤工程论证地貌消浪的有效性和补偿性,并且通过成本收益分析评估了其产生的社会经济价值。为了在侵蚀型淤泥质潮间带应用浅水破波和促淤的地貌效应,研究采用耦合嵌套技术研究控制沉积动力模型长期稳定的地貌加速因子以及有无植被时造成侵蚀和沉积的临界剪切应力值,控制水柱和底床之间正确的泥沙交换和输送,构建长期水动力（MIKE21FM HD）-波浪（MIKE SW）-沉积动力（MIKE21FM MT）模型模拟河口三角洲地貌侵蚀搬运和沉积的过程。研究设计了4种情景考虑了历史和未来影响河口地貌演化自然与人为的系统因素,确定主导影响因素并根据所判断的现场受力因素设计恢复潮滩地貌的海岸带修复工程技术,构建绿色生态堤防。（2）绿色堤防构建的关键理论基础——滨海湿地的地貌消浪效应在崇明东滩（CDS）的研究结果表明,风暴期间波浪衰减的2/3以上是由盐沼地貌贡献的,盐沼植被的贡献不足1/3。从100年一遇到5000年一遇的重现期,随着风暴等级的增加,盐沼地貌对消浪的相对贡献也有所增强。因此我们认为,在风暴潮期间,除了植被地上结构对波浪的直接衰减外,非风暴期间根系对沉积物的逐渐捕获和固结是沿海盐沼的一个更为关键的功能,它通过形成更宽更高的潮间带地貌来缓解风暴潮。这种益处是以盐沼为基础的海岸保护的一个重要价值,但在许多NBFD研究中基本上被忽视了。为了促进这一理论的更广泛应用,对三种人工NBFD解决方案（如水下防波堤、木桩和人工补沙）进行了成本-效益分析。我们确定了水下防波堤为CDS的最优措施,该措施使生态影响最小化,成本效益最大化。此外,防波堤后方的无浪区增加了植被建立的机会,有助于悬浮泥沙的滞留,从而促进了盐沼恢复的良性循环。总而言之,忽视盐沼地貌对海浪衰减的贡献在很大程度上低估了基于自然的海岸保护的好处,这一点应该得到高度重视,为发展海岸保护提供坚实的基础。（3）地貌消浪效应与潮滩湿地修复相结合的绿色堤防构建技术基于实地测量和长江三角洲杭州湾北岸（NHB）的数值水沙动力学模型,我们发现,过去半个世纪,人类干预（如当地潮间带围垦和大坝蓄水引起的流域泥沙拦截）是影响潮间带变化的主要因素,这比潮汐、波浪和河流径流变化的自然力造成的面积变化总和大六倍。一种特殊的侵蚀机制是由于长江三角洲悬浮泥沙的细化,这导致悬浮泥沙沉积阈值较小,但由于围垦后沿海水域更深,沿岸水流和波浪增加,进一步加剧了潮间带侵蚀。为了打破海岸侵蚀的正反馈过程,我们设计了一种基于自然的T型丁坝防洪结构,以主动干扰沿岸水流和波浪,从而有效拦截沿海水域携带的泥沙,从而有助于形成一个负反馈的促淤过程。数值模拟表明,由于生物地貌效应,附着植被的T型丁坝可以捕获额外30%的沉积物,因此,滩涂恢复所需的时间减少了20%。一旦滩涂恢复,它可以提供结合防洪和多功能生态效益的景观规划目的,即为受损的泥质滩涂提出“与自然一起建设海岸线”的概念。总的来说,本文设计的潮滩修复与绿色堤防构建理论技术包括了能削减生态防护不确定性的地貌效应理论,系统环境研判技术、丁坝促淤修复技术以及根据分而治之策略制定的混合型海岸防洪系统技术。长江口作为典型的淤泥质平原河口系统,本文的研究结论可应用于其他同类型河口海岸地区。