复合坡度珊瑚礁地形上波浪破碎的试验研究

通过波浪水槽试验,研究了珊瑚礁地形上规则波的破碎特征,包括破碎类型、破碎波高、破碎位置以及破碎带宽度。试验在带礁缘的复合坡度断面下进行,测试了两种水位下系列波高和波周期相组合的工况。试验研究了波浪破碎类型的区分标准,评估了已有四类破碎指标在复合坡度珊瑚礁地形上的适用性,并给出了描述破碎位置和破碎带宽度的经验公式。结果表明:礁边水深深水波高比可较好地区分波浪的破碎类型;四类破碎指标关系式中以破碎波高深水波高比之于深水波陡的相关性为最优;深水波高和礁边水深是影响破碎位置和破碎带宽度的主要因素,随着深水波高礁边水深比的增大,量纲一破碎位置（破碎点与礁边的距离和礁边处浅水波长的比值）逐渐减小,量纲一破碎带宽度（破碎带宽度和礁边浅水波长的比值）逐渐增大。     

不规则波在岸礁地形增水变化规律试验

波浪增水抬升了岸礁礁坪的平均水位,对岸礁后方陆域安全有重要影响。通过水槽试验,研究了不规则波况下岸礁礁坪的增水。试验组次为3种礁坪水深、4种有效波高和4种谱峰周期的组合。试验结果表明:①岸礁地形上的波浪要素需至少统计200个波才能达到稳定;②不规则波列在岸礁上破碎过程比规则波列复杂,同一波列中波高较大的波以卷破形式在礁前斜坡上破碎,波高较小的波以崩破形式在礁坪上破碎或者不破碎;③礁坪上最大增水值随入射波周期的增大而增大、随礁坪水深的增大而减小,并与入射波波高呈正比。结合试验数据,发现基于规则波试验得出的Gourlay礁坪增水公式,在使用有效波高和谱峰周期作为代表波要素时,公式能良好地预测不规则波在岸礁礁坪上的最大增水值。     

波浪作用下砂质海床孔隙水压力的响应规律实验研究

采用波流水槽模型试验的方法,研究了规则波和不规则波作用下砂质海床的孔隙水压力响应问题,其中主要考虑不同深度、波高及周期对孔隙水压力的影响,从而得出孔压变化规律。当周期和波高不变时,由波浪引起的孔隙水压力随水深的增加而逐渐减小。同一水深和波高条件下,由波浪引起的孔隙水压力随周期变大而变大;当水深和周期固定时,由波浪引起的孔隙水压力随波高的增加而增加。     

规则波作用下垂直圆管负浮力射流的数值模拟

高密度盐水排放是海水淡化领域一个复杂和常见的物理现象。为研究波浪作用下盐水射流的水动力特性,建立了规则波作用下垂直圆管负浮力射流三维水动力数学模型。利用试验数据对数值计算结果进行验证,两者吻合较好。基于数值计算结果,分析规则波作用下垂直圆管负浮力射流流体扩散特征,研究规则波对负浮力射流三维时均速度以及瞬时浓度的影响。结果发现:入射波波高和周期对射流中轴上量纲一平均垂向速度的衰减指数影响不大,而对衰减系数影响较大;随着波高或波周期的增加,射流特征速度半宽增加,射流中轴上量纲一平均垂向速度的衰减系数减小,有助于射流流体在环境水体中的扩散。另外,建立了考虑浮力效应的波-射流动量比影响的射流中轴上量纲一平均速度衰减系数、平均特征半宽公式,可以为相关实际工程提供一定的参考。     

孤立波作用下淹没垂直桩柱局部冲刷试验研究

孤立波在近岸地区会引起剧烈的泥沙运动,导致采用淹没式桩基础的近海建筑物周围发生局部冲刷,严重影响近海建筑物的稳定性。采用中值粒径为0.22 mm的均匀沙在波浪水槽中布置平底沙床,在两种不同桩径条件下,对孤立波作用下淹没桩周围的冲刷发展过程进行了记录分析,探讨入射波高及淹没率对局部冲刷的影响,并从冲刷形态方面对比分析了孤立波与单向水流、规则波作用下局部冲刷的异同。结果表明:在相同淹没率条件下,随着入射波高的增大,桩周冲刷形态由双喇叭型向瞬态型冲刷形态发展;在相同入射波高条件下,桩高与桩径比h_c/D位于1～7范围内,淹没率对桩前最大冲刷深度影响不大,而桩后最大冲刷深度随淹没率增大而减小,并给出了淹没因子K_s与淹没率的多项关系曲线;孤立波与单向流作用下的淹没桩周围地形变化相似,而与小周期规则波作用下的地形变化差异较大。对实测数据进行多元回归得到冲刷深度的综合计算公式,经验证该公式计算值与实测值最大误差不超过7%。     

南沙群岛道明群礁库归沙洲脊槽地貌定量研究

脊槽地貌（Spur and Groove）是现代珊瑚礁礁坪和礁前的典型地貌,其发育特征是揭示珊瑚礁形成与演化过程的重要基础,目前有关环礁各地貌带脊槽地貌形态及成因的研究仍较为薄弱。南海南沙群岛岛礁脊槽地貌发育,是进行相关研究的理想区域。本文以南沙群岛北部道明群礁东北库归沙洲的典型脊槽地貌为研究对象,基于多波束测深数据,借助小波分析和过零点分析等方法,对环礁脊槽地貌形态参数进行定量研究。结果表明：库归沙洲各地貌带脊槽发育平均起始水深为15~16 m,主要为深水脊槽,最大起始水深相差较大（达8 m）,而终止水深相似（平均为16 m左右）。脊槽高差在礁前斜坡和内礁坪为2.15 m左右,在潟湖坡为1.24 m;平均槽宽在礁前斜坡为47.30 m,在潟湖坡达54.92 m。因此,在礁前斜坡脊槽发育相对密集且高差大,潟湖坡脊槽发育相对稀疏且高差小。从礁前斜坡至潟湖坡,脊槽边坡坡度逐渐增大,由“V”型脊槽向“U”型脊槽过渡,槽谷由左倾逐渐转化为右倾。同时,在内礁坪和潟湖坡多发育次一级脊槽,“V”型和“U”型共存。与全球代表性珊瑚礁脊槽形态的对比分析表明：南海地区各环礁多发育深水脊槽,其槽宽和延伸长度的关系部分符合波浪侵蚀作用主控的“V”型脊槽的拟合直线,部分符合生物建造作用主控的“U”型脊槽的拟合直线,表明其可能受上述两个作用共同控制,不同地貌带两者相对强弱不同。同时,频繁的热带风暴的破坏作用可能也是一个要因。     

波浪在珊瑚岸礁礁坪上传播变形的数值研究

波浪的传播变形对珊瑚岛礁附近的营养物质输送以及近岸珊瑚沙运动都起着关键的作用,同时也是礁盘顶部建筑物在设计和施工过程中需要重点考虑的因素,因此,对波浪在礁坪上的传播变形进行研究具有重要意义。利用FUNWAVE 2.0数值模型模拟了不规则波浪在不同形状岸礁上的传播变形过程,讨论了礁前斜坡坡度以及珊瑚底面粗糙程度对波浪在礁坪上传播变形的影响。结果显示,随着礁坡斜率增大,不对称度参数绝对值的增长趋势逐渐变缓,波浪在光滑礁坪上的不对称度绝对值要略大于粗糙底面上的值,而不同地形下计算得到的波浪偏度参数则基本相同。说明礁坡坡度对波浪的不对称度特征具有显著影响,礁坪粗糙度的影响则相对较小,而上述因素对波浪偏度的影响则完全可以忽略。给出了考虑这两个影响因素的礁坪区域内波浪偏度和不对称度经验公式。     

规则波作用下刚性挺水植物波生流试验研究

通过在波浪水槽中进行一系列物理模型试验研究规则波作用下刚性挺水植物波生流特性,测试了2种水深和不同入射波况条件下的波生时均流速并对比了挺水植物有茎与无茎时波生流的情况,基于假设检验分别对挺水植物的拖曳力长度尺度、植物特征参数建立模型。研究结果表明:在茎密度为60株/m2时,波生流仍以根部作用为主要因素,对沉水植物公式进行拓展,据此提出挺水植物时均流速最大值预测公式;茎部对时均流速均方根具有衰减作用,且茎部在根部及根部上方区域产生的相对衰减强度,与厄塞尔数呈抛物线函数关系;在簇状根系分布下,茎部对垂向流速结构起稳定作用,尤其是在时均流速最大值所对应的量纲一垂直位置。     

潮汐流影响下珊瑚岛礁附近波浪传播变形和增水试验

为揭示潮汐流影响下珊瑚岛礁附近波浪的运动特征,通过波流水槽试验对潮汐流存在下规则波的传播变形和增水规律进行了研究,测试了一系列的潮汐流流量并对比正向流、反向流以及无流的情况。研究结果表明:反向流使波浪破碎点向远海侧移动,正向流则使其向海岸侧移动,反向流存在时破碎带内的湍流较正向流时更为剧烈;反向流时破碎点附近入射波能量由主频波向高次谐波发生转移更为显著;潮汐流的存在对波浪反射、透射和能量耗散并无明显影响;正向流造成礁坪上波浪增水减少,反向流则促进增水的增长,增水最大值与潮汐流流量间存在显著的线性关系。研究成果可望为岛礁工程的建设和维护提供一定的理论参考。     

西非科特迪瓦盆地深水底形样式及成因分析

通过三维地震资料海底平面成像和浅层地震剖面解释、分析,识别和描述了西非科特迪瓦盆地深水底形类型。研究区发育下切水道、侵蚀冲坑、周期阶坎、小型沉积物波、大型沉积物波多种深水底形。下切水道表现为直线型,地形坡度从上斜坡5°过渡到下斜坡1.9°,水道历经多次合并,合并后水道内部起伏地貌指示侵蚀—沉积交互作用;识别出孤立状、串珠状和猫爪状三种类型侵蚀冲坑;在斜坡限制性水道内部地形坡度1.9°～3.1°之间识别出8个不同波长和波高的“周期阶坎”底形,周期阶坎具有剖面上向上游方向迁移、平面上呈新月形态的特征,从上游到下游波长有逐渐变短的趋势。小型沉积物波发育于水道内和水道外两种环境,其中限定性环境小型沉积物波发育在周期阶坎上游方向,非限定环境小型沉积物波发育地形坡度为1°左右,具有加积或轻微向下迁移的内部反射结构。大型沉积物波发育在非限定环境中,显示为长波长、低幅度浅层构造特征,分析认为早期滑塌地貌对晚期大型沉积物波的形成具有重要的控制作用。在现象描述基础上,对不同底形的成因、形成过程、控制因素和其发育的深水动力学背景与环境展开探讨,加深了对西非赤道段科特迪瓦盆地深水底形成因的认识,可对未来深水区...     

五千年来南海海平面变化的研究

大型块状滨珊瑚的生长上限充其量只能达到大潮低潮面,礁坪面成为古高海面的极好标志。多数学者认为,５０００ａＢ．Ｐ．以来南海周边曾有３—６ｍ的高海面。但南海曾否有古高海面有着两种截然相反的意见。作者对南沙群岛、西沙群岛、海南岛、雷州半岛和台湾恒春半岛珊瑚礁的考察,实测礁顶面的高程,钻取岩芯样品做(１４)Ｃ测年,并收集大量古高海面礁的资料,进一步证实了南海同它的周边情况一样,确实出现过至少比现今高２—３ｍ的高海面。     

Short-term morphological change and sediment dynamics in the intertidal zone of a macrotidal beach

This paper describes the morphological and sedimentological evolution of a macrotidal beach over a 20 day period under varying hydrodynamic conditions (significant breaker heights of 0·3–2 m and tidal ranges of 2–5 m). During the field campaign, an intertidal bar developed around the mid‐tide level, migrated onshore, welded to the upper beach and was then flattened under energetic wave conditions. The bar had a wave breakpoint origin and its formation was triggered by a reduction in tidal range, causing more stationary water‐level conditions, rather than an increase in wave height. Most of the onshore bar migration took place while the bar was positioned in the inner to mid‐surf zone position, such that the bar moved away from the breakpoint and exhibited ‘divergent’ behaviour. The depth of disturbance over individual tidal cycles was 10–20% of the breaker height. Such values are more typical of steep reflective beaches, than gently sloping, dissipative beaches, and are considered to reflect the maximum height of wave‐generated ripples. The grain size distribution of surficial sediments did not vary consistently across the beach profile and temporal changes in the sedimentology were mostly unrelated to the morphological response. The lack of clear links between beach morphology and sedimentology may be in part due to shortcomings in the sampling methodology, which ignored the vertical variability in the sediment size characteristics across the active layer.     

Wave Attenuation at a Salt Marsh Margin: A Case Study of an Exposed Coast on the Yangtze Estuary

To quantify wave attenuation by (introduced) Spartina alterniflora vegetation at an exposed macrotidal coast in the Yangtze Estuary, China, wave parameters and water depth were measured during 13 consecutive tides at nine locations ranging from 10 m seaward to 50 m landward of the low marsh edge. During this period, the incident wave height ranged from <0.1 to 1.5 m, the maximum of which is much higher than observed in other marsh areas around the world. Our measurements and calculations showed that the wave attenuation rate per unit distance was 1 to 2 magnitudes higher over the marsh than over an adjacent mudflat. Although the elevation gradient of the marsh margin was significantly higher than that of the adjacent mudflat, more than 80% of wave attenuation was ascribed to the presence of vegetation, suggesting that shoaling effects were of minor importance. On average, waves reaching the marsh were eliminated over a distance of ∼80 m, although a marsh distance of ≥100 m was needed before the maximum height waves were fully attenuated during high tides. These attenuation distances were longer than those previously found in American salt marshes, mainly due to the macrotidal and exposed conditions at the present site. The ratio of water depth to plant height showed an inverse correlation with wave attenuation rate, indicating that plant height is a crucial factor determining the efficiency of wave attenuation. Consequently, the tall shoots of the introduced S. alterniflora makes this species much more efficient at attenuating waves than the shorter, native pioneer species in the Yangtze Estuary, and should therefore be considered as a factor in coastal management during the present era of sea-level rise and global change. We also found that wave attenuation across the salt marsh can be predicted using published models when a suitable coefficient is incorporated to account for drag, which varies in place and time due to differences in plant characteristics and abiotic conditions (i.e., bed gradient, initial water depth, and wave action).     

西沙群岛西科1井珊瑚组合面貌及其生态环境

西科1井0~748 m井段岩心中珊瑚化石欠丰富, 属种比较单调, 共鉴定6科16属及1个未定属.在井深216 m以上的地层中发现第四纪特有的Endopsammia(内脊沙珊瑚)和Heliopora(苍珊瑚)等, 表明含上述特征性珊瑚化石的地层应划归第四系.在216 m以下井段的岩心中Endopsammia和Heliopora已全部绝迹, 应划归比第四纪更老的地层.地层时代从老到新, 生态环境发生了明显的变化, 生物的抗风浪能力逐渐加强.中新统可能属于泻湖相, 尔后又逐渐转变为内礁坪相, 到上新统演变为内、外礁坪相相互交替, 第四系则可能属于外礁坪相.