海陆相互作用下粤东岬湾海岸剖面的侵蚀演变

粤东海域海洋动力作用较强,平均波高0.9—1.3m,最大碎波水深5.9—10.0m,海流流速10—60cm.s-1。粤东岬湾海岸剖面中段处于侵蚀演变态势。文章基于海陆相互作用下的界面理论,阐述了在大浪或强浪情况下,碎波带波浪水动力强度最大值和底剪应力的分布及其对海底沉积物搬运和造成地形侵蚀的机理;另外,在海流作用下,海洋水团底层流速所形成的底剪应力亦可引起海底基岩侵蚀和沉积物的搬运堆积,改变地貌形态。文章最后得出岬湾海岸剖面变化的2种基本模式,即基岩海岸岬角剖面形态发育模式和湾内沉积性海岸剖面形态发育模式。前者剖面上部为陡壁,下部呈缓凹型;后者剖面为凹型,滨线有一定进退演变。     

黄河三角洲区域的波流相互作用数值分析

将三维水动力-生态模式COHERENS与第三代波浪模式SWAN结合起来,采用该耦合模式数值计算了黄河三角洲的波浪特征波高与特征周期情况,从而探讨水流和波动水位对波浪特征波高和特征周期计算结果的影响。总的说来特征波高、特征周期、流速的计算结果与观测值吻合得较好,说明了COHERENS模式和SWAN模式相结合而成的波流耦合模式能够较好地计算黄河三角洲地区的流场与浪场情况。研究这些动力因素的机制和时空变化规律,对于研究海岸、河口的泥沙运动,海岸侵蚀的机理,合理开发利用自然资源,防止海洋灾害具有十分重大的意义。     

人工沙坝喂养侵蚀海滩效果研究

针对北戴河海滩侵蚀现状,通过物理模型试验及FLOW-3D数值模拟,获得在不同水位与波高条件下人工沙坝作用下的波浪消减与岸滩演变效果,旨在获取相对坝顶水深和波陡对波浪透射系数的影响以及不同水位情况下岸滩演变规律。研究结果表明:相对坝顶水深与波陡是影响波浪透射系数的关键因素,透射系数随相对坝顶水深的增大而增大,随波陡的增大而减小,水位越低,人工沙坝的养滩效果越好。     

钦州湾台风浪的多年一遇极值推算

利用WAVEWATCH Ⅲ(WW3)和SWAN海浪模式模拟了1949—2005年间对钦州湾海域影响较大的台风浪.以模拟结果为基础,利用皮尔逊Ⅲ(P-Ⅲ)频率适线法推算了钦州湾湾外深水的累积频率波高和平均波周期(Tm)的多年一遇极值,同时模拟了其间在百年一遇高潮水位条件下的台风浪,以及在百年一遇高潮水位、百年一遇风暴潮增水共同作用下对钦州湾影响较大的台风产生的波浪场.使用P-Ⅲ法推算了在极端天气下,钦州湾湾内统计点的累积波高和平均波周期的多年一遇极值.研究结果表明,由于湾内浅滩较多,波浪在传播过程中水体底部摩擦使能量耗损明显,所以湾内波高较小,湾口处的波高大于内湾处的波高.近岸海区的波浪耗散、破碎等物理过程比较强烈,因此近岸统计点C1处的波高极值最小,其最大波高向岸边快速减弱并沿东向传播.在极端天气情况下,波浪在传播过程中发生破碎,波高衰减显著.     

粤东靖海湾海岸地貌动力演变及其工程影响

受人为工程的影响,相对稳定的岬湾海岸地貌常经历显著的动态调整。本文以粤东靖海湾典型岬湾海岸为例,运用Mc Laren模型、波浪动力场数值模拟、等深线对比、冲淤计算等多种方法,从海岸地貌动力学角度,对人为岬角工程前后岬湾海岸地貌动力过程和冲淤演变进行综合分析。结果表明:1)海岸地貌动力系统内常存在负反馈机制以维持系统的稳定。岬角工程后上岬角防波堤沿SSW延伸,ESE和E向浪经过防波堤时发生绕射,波能削减,湾顶动力减弱,海滩沉积物从下岬角向湾顶反向运移;2)海滩的蚀积状态在工程前后发生了转换,工程前遮蔽段侵蚀、开敞段堆积;工程后遮蔽段堆积、开敞段侵蚀;3)海湾水下地形对岬角工程的响应敏感,工程后海湾水下地形冲淤剧烈。     

侵蚀浪条件下沉水植被对沙坝-潟湖海岸的冲淤影响研究

全球海岸生态系统正遭受气候变化及人类活动带来的威胁, 本文基于沙坝-潟湖系统海岸典型剖面形态, 通过设计实施动床波浪水槽试验, 定量研究了侵蚀浪条件下沉水植被对该系统海岸冲淤的影响。结果表明: 沉水植被明显削弱了沙坝前坡波浪破碎区前缘的波高增大幅度, 并使坝后波高衰减; 植被作用使波浪反射和透射系数减小、耗散系数增大; 侵蚀浪作用下, 沙坝坝顶冲刷较明显, 潟湖内呈淤积趋势, 海岸前丘受波浪冲刷呈陡坎形态。植被影响下沙坝和前丘区域最大侵蚀厚度均减小; 植被可减少沙坝净侵蚀量、潟湖内淤积量及离岸输沙量, 对海岸前丘有较好的保护作用。     

琼州海峡南岸海岸动力地貌研究

岬湾相间的琼州海峡南岸在海岸动力条件作用下,岸滩发生侵蚀或堆积,特别是南岸中部的南渡江三角洲沿岸岸滩演变剧烈。该文从海岸动力地貌的角度,对琼州海峡南岸的海岸动力特征、泥沙运动以及岸滩演变进行分析。根据海峡南部三维潮流场数值模拟结果,结合经验公式初步分析潮流引起的泥沙运移速率和方向,得到岸外水域总的泥沙运移趋势为从西向东。根据波浪动力计算分析沿岸泥沙运移,探讨沙质岸滩的地貌演变之间的关系,得出海峡南     

琼州海峡南岸海岸动力地貌研究

岬湾相间的琼州海峡南岸在海岸动力条件作用下,岸滩发生侵蚀或堆积,特别是南岸中部的南渡江三角洲沿岸岸滩演变剧烈。该文从海岸动力地貌的角度,对琼州海峡南岸的海岸动力特征、泥沙运动以及岸滩演变进行分析。根据海峡南部三维潮流场数值模拟结果,结合经验公式初步分析潮流引起的泥沙运移速率和方向,得到岸外水域总的泥沙运移趋势为从西向东。根据波浪动力计算分析沿岸泥沙运移,探讨沙质岸滩的动态与地貌演变之间的关系,得出海峡南岸海岸地貌演变与盛行的NE和NNE向风浪有密切关系,岸滩的演变过程主要受制于这两个方向的风浪及其引起的泥沙沿岸运移。     

弧形海岸裂流的数值模拟研究

弧形海岸波浪产生的裂流严重危害人类活动，但是目前对其特征缺乏充分认识。本文对Haller物理模型实验和三亚大东海的数值模拟表明FUNWAVE模式具有较好的裂流模拟能力。基于该模式进行了多种弧形海岸条件的裂流数值模拟，给出裂流的一些特征：（1）海岸弯曲度增大，裂流增强；（2）海岸坡度对裂流有比较大的影响，太陡或太平缓的海岸不利于形成裂流；（3）海岸尺寸减小，裂流减弱；（4）波高和波周期增大，裂流增强，但是对于某些海岸而言，0.4m波高可能就存在危害比较大的裂流。     

基于线性材料力学模型的海岸岬湾形态特征研究

具有岬湾形态的海岸一般具有良好的稳定性,是海岸侵蚀修复中经常使用的岸线形态,而岬湾形态特征与海岸水动力之间的确切关系还没有形成量化的描述。本研究定义了海岸岬湾形态特征的基本参数,基于历史卫星影像的解译,采用比拟、统计的研究方法,统计了全球240个岬湾的平面形态特征参数,分析得出：（1）岬控比（K）的值介于1.2至1.8之间,平均值为1.41,方差为0.02,标准差为0.16;（2）凸出度（ρ）的值介于0.2至0.51之间,平均值为0.34,方差为0.01,标准差为0.08;（3）根据弧形岸线形态和波浪绕射的不同,将自然海岸岬湾形态分为切线夹曲线型、曲线连切线型和曲线夹切线型3类。采用数值模拟,将线性材料受力变形的过程比拟于岬湾海岸线受水动力作用达到静态平衡过程,以线性材料为媒介,初步探究了岬湾平面形态与波浪之间的关系,对海岸线的预测、修复和保护海岸具有应用前景。     

基于原位观测的胶州湾沉积物侵蚀再悬浮过程研究

海洋动力作用下,河口海岸地区海床通常处于动态变化之中。作为地质环境的控制因素,海床沉积物侵蚀再悬浮过程的研究具有重要意义。为阐明胶州湾海域水动力条件对海床侵蚀再悬浮的作用,本文利用海底原位观测三脚架进行了现场观测。观测结果显示：通常条件下,潮流导致的最大海床剪应力可达0.35 N/m²,高于波浪引起的剪应力。涨潮期间,海床发生侵蚀;退潮期间,海床发生淤积。风速达到5 m/s时,波浪引起的剪应力近似等于流致剪应力。风速达到7 m/s时,有效波高为26 cm,波浪对海床侵蚀再悬浮过程起主要作用;此时也会导致海水浊度显著上升,高于通常条件下的2-8倍。分析表明：通常条件下,周期性海流影响海床侵蚀再悬浮过程;而大幅度沉积物再悬浮过程由偶发的波浪事件控制。针对胶州湾沉积物动力学机制的深入研究仍待进一步开展。     

乳山湾邻近海域波浪特征要素规律研究

基于高分辨率MASNUM第三代海浪模式并根据Yuan等(2009)提出的波浪破碎统计物理模型,对乳山湾外海2008年各个季节波浪特征要素(有效波高和跨零周期等)与波浪破碎参数(白冠覆盖率、卷入深度和破碎能量损耗率)进行了数值模拟。利用Janson-1卫星高度计观测资料对有效波高模拟结果进行了检验,平均误差在0.17m左右。模拟结果显示,该海域波浪参数具有明显的季节变化特征,在2008-08乳山湾邻近海域受大风天气过程影响期间,有效波高在1.0~1.8m,破碎参数变化显著,白冠覆盖率最大达4.5%,卷入深度在1.5m以上,相应的破碎能量损耗率量值在6~11kg/s3。结果表明,波浪破碎过程对该区域海洋动力环境有着重要影响,是造成乳山湾口表层高溶解氧的可能机制之一。     

南渡江三角洲海岸泥沙纵向运移与岸滩演变的响应

南渡三角洲沿岸在盛行ＮＮＥ向波浪等动力条件的作用下,泥沙产生纵向运移,岸滩遭受侵蚀或堆积,岸滩演变剧烈。本文利用基于网格的波注折射绕射模型,分析南渡江三角洲海岸波浪动力过程、破波带波能与辐射应力分布及其引起的沿岸泥沙纵向运称。浴海岸动力学地貌的角度,通过三角洲沿岸波浪动力特征、泥沙运动的分析,探讨沙质岸滩的动态与地貌演变。     

不同沉积物养护海滩对台风响应的差异性研究

本文通过对厦门天泉湾人工卵石滩和会展人工沙滩在1614“莫兰蒂”超强台风影响前后的典型剖面监测，结合水文动力要素的观测和数值模拟，计算了台风影响过程的波浪场、总水位，分析了剖面形态和台风过程的剖面平均变化量。结果表明，强潮海岸人工卵石滩与人工沙滩对台风响应的特征明显不同，人工卵石滩横向上大部分卵石向岸输移堆积，滩面侵蚀，滩肩堆积形成更高的风暴滩肩，坡度明显变陡。而人工沙滩则表现为明显的沉积物离岸输运，上部滩面侵蚀，下部滩面淤积，滩面坡度明显变缓，受台风登陆后的强烈向岸风作用，滩肩顶有所夷平，滩肩高度变化很小。海滩滩肩在台风过程中是否侵蚀与台风登陆和影响过程的总水位(天文潮、风暴增水、波浪爬高)密切相关，两个人工海滩的风暴响应模式均为冲蚀；台风影响过程中，波浪能量相对强、滩面坡度相对陡的人工卵石滩比人工沙滩的剖面平均变化量小，对于台风的响应程度小，在强侵蚀高能海岸采用砾石等粗粒径沉积物进行海滩养护是减缓砂质海滩侵蚀的一种有效手段。     

粤东后江湾岸线演变模拟

以粤东后江湾出海航道两侧拟建防波堤为工程背景,应用海岸动力学原理,建立了海岸演变的一线模型。模型考虑波浪的绕射,考虑了沿岸波高不等所引起的沿岸输沙。通过实际岸线与模拟岸线的对比分析,论证了该模型是成功的。应用该模型对粤东后江湾修筑拦沙堤后的岸线演变进行预报,其结果表明,在海湾两岬角处海滩侵蚀,湾顶堤头处海滩淤积。东北岸段拦沙堤处海滩的淤积速率为5～6m/a,西南岸段为4～5m/a。     

基于潮位观测的三亚湾海岸侵蚀遥感提取与分析

为了研究20世纪90年代初期至今海南三亚湾的海岸侵蚀情况,基于潮位观测数据,采用遥感与GIS技术,提取了三亚湾1991、2013年两个时期的水边线位置变化信息,用于反映该时期海岸线的相对位置变化关系,完成海岸侵蚀信息提取。综合利用多种遥感指数、高分辨率遥感影像、人类活动记录等多源信息,对海岸侵蚀的原因进行了详细分析。理论分析结果表明:根据潮汐与农历日期的对应关系,选择农历日期最接近、成像时间差最小的遥感影像,能够有效消除潮汐对水边线位置的影响。实验结果表明:三亚湾的砂质海岸存在明显的侵蚀现象,海岸西段最大后退距离达45—60 m,中段最大后退距离达60 m,东段最大后退距离达30 m。分析结果表明:三亚湾海岸侵蚀受人类活动和自然因素的共同影响,海岸工程的建设、近岸原生植被的破坏是海岸侵蚀的重要原因,后续应更加合理开发与利用海岸线资源。     

三亚三美湾和鹿回头湾人工沙滩设计

通过分析三亚三美湾和鹿回头湾不同的海岸地貌、沉积物类型、水动力条件和岸线形态,结合岸滩演变和水动力数值模型,因地制宜提出不同的人工沙滩设计方法、平面布置方案,选取了粒径合适的回填沙,确定了合理的防波(潜)堤修筑位置和高程。人工沙滩工程完成后滩面形态、岸线走向和景观稳定,达到了改善海岸环境的预期效果。     

东山岛东南侧近期岸滩演变及其动力成因

基于卫星遥感影像和水下地形数据,分析了近年来东山岛东南侧的岸滩演变特征。进一步,分别建立潮流、波浪、沿岸输沙数值模型,结合人类活动的影响,分析东山岛东南侧岸滩侵蚀的动力成因。研究结果表明,2002-2012年金銮湾的北侧海域海床侵蚀较为严重;1971-2003年,乌礁湾北侧湾顶呈现出侵蚀现象,2003-2012年,乌礁湾北侧湾顶由之前的侵蚀现象转变为一定的淤积趋势。主要原因如下:(1)岬角的挑流作用使得金銮湾和乌礁湾北侧岬角附近海域流速较大,容易产生冲刷侵蚀。(2)金銮湾和乌礁湾的北部波高较高,波能较大,容易遭受侵蚀。(3)金銮湾和乌礁湾北部海岸输沙强度较大,净输沙方向以自东向西为主,容易发生岸滩侵蚀。(4)20世纪90年代以来,东山岛人类活动强度增大,海滩不合理的人工建筑物、海岸防护林破坏以及养殖场的建造在一定程度上加重了侵蚀。(5)2003年后乌礁湾北侧修建了码头工程,导致近岸潮流和波浪动力有所减弱,使得侵蚀现象转变为一定的淤积。     

潮滩沉积动力学研究概况

海洋水位的变化给予海岸发育的影响非常大,Davis(1964)按潮差进行海岸分类。当潮差大于4米、在2—4米之间或小于2米,这些海岸分别被称为强潮、中潮、或弱潮海岸。潮汐不仅用水流直接作用于潮滩沉积物及其形态,而且通过潮位涨落使潮滩周期性交替受到大气或波浪的作用。此外,潮汐又是对潮滩生物分异现象最有影响的环境因素。长周期的海平面相对升降对于盐沼和潮滩的塑造也有巨大的影响。本文仅介绍近期淤泥质潮滩沉积动力学研究的某些成果。     

浪流耦合数值模式在苏北辐射沙洲海域的应用研究

采用三角形网格海洋模式ADCIRC-2DDI和海浪模式SWAN双向耦合模式,建立了苏北辐射沙洲海域高精度水动力模型,用以研究该海域天文潮-风暴潮-海浪相互作用。以2012年15号台风"布拉万"为例,分别采用WRF气象模型后报风场和台风模型风场进行台风期间水位和波浪场的数值模拟,与实测资料的对比结果显示模型较准确地模拟出了"布拉万"台风期间的风暴增水与海浪过程,但模拟的极值增水和二次增水时间较实测资料提前了3 h左右。对"布拉万"台风期间模拟结果的分析表明:在浅滩及浅滩前沿水域,水位和海流对海浪模拟结果具有显著影响,是否耦合计算的有效波高差异可达1 m以上;波浪对水位的影响具有空间差异,在水深大于15 m的区域,波浪引起的水位变化小于5 cm,在浅滩区域,波浪引起的水位变化在4～10 cm,是否考虑波浪耦合对漫滩区域的模拟结果影响较大,进行浅滩及浅滩前沿的水动力计算,有必要考虑浪流耦合过程。