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。     

不同补沙方案对海滩剖面影响的数值模拟对比分析

大量工程实践表明,海滩养护是当前抵御海岸侵蚀的常见措施。通过人为地向海滩补充沙源,以达到海岸防护、修复沙滩等目的。本文建立了XBeach一维海滩剖面演变数值模型,并与物理模型试验结果进行对比验证;计算常浪条件下不同方案补沙后海滩剖面达到平衡状态的速率;通过对比补沙工况与未补沙工况的风暴后剖面,分析风暴作用下的防护效果。结果发现,补沙量较大时,沙坝向海侧位置补沙在常浪条件下补沙效率高于滩肩补沙,在风暴条件下防护效果优于滩肩补沙。此次研究对于在实际海滩养护过程中节约施工成本、提高施工效率有着重要意义,同时对于评估沙滩养护工程效果有一定的参考价值。     

卷破波作用下沙质岸滩剖面形态判别式初探

通过波浪水槽实验,开展不同类型波浪作用下的沙质岸滩演化规律研究工作。本次实验研究不考虑比尺,采用1:10与1:20组成的复合沙质斜坡对岸滩进行概化,选取规则波和椭圆余弦波两种典型波浪作用,对波浪的传播、变形和破碎、上爬、回落过程以及波浪作用前后沙质岸滩床面地形进行了观测,探讨波浪作用下沙质岸滩剖面演化规律。本文实验工况中,规则波作用下,岸滩剖面呈现出沙坝剖面和滩肩剖面,椭圆余弦波作用下的岸滩剖面均呈滩肩形态,发现岸滩剖面形态不仅与波浪作用类型、强度、周期等因素相关,还与波浪破碎的强度等因素有关。通过对实验过程中现象的进行观察和分析,引入了卷破波水舌冲击角的概念。对波浪卷破破碎后形成的水流挟沙运动与岸滩剖面形态的关系进行定性分析,对水舌冲击角与Irribarren参数之间的关系进行定量分析,基于Irribarren参数与岸滩剖面形态的关系初步建立了波浪作用下沙质岸滩剖面形态判别关系式。通过本文实验结果和前人实验结果对趋势线进行拟合,求得其判别系数,判别式能够较好地划分淤积型岸滩、侵蚀型岸滩及过渡型岸滩三种岸滩形态。     

波浪动力因素变化对沙质岸滩演变的影响

通过波浪水槽实验,对海平面变化造成的波浪动力因素改变引起的沙质岸滩形态响应开展机理性研究。实验采用1∶10单一沙质斜坡概化岸滩,利用3种不同实验水深模拟海平面变化,考虑椭圆余弦波、非规则波、规则波和孤立波4种类型波浪作用。实验对波浪在斜坡上的传播变形、破碎、上爬和回落过程的波高及波浪作用后的岸滩地形进行了测量。实验结果表明,椭圆余弦波、规则波和非规则波作用下,平衡岸滩呈现出滩肩形态,孤立波作用下则呈沙坝形态。海平面上升造成波浪动力增强,沙质岸滩平衡剖面形状基本保持不变向岸平移,槽谷、滩肩、沙坝位置以及岸线蚀退距离,均呈现出良好规律性。     

砾石海滩剖面设计及其稳定性模型试验研究

海滩剖面设计参数确定和稳定性评价是设计阶段确保海滩养护工程质量的重要指标。针对大连凌水湾砾石海滩养护工程,综合采用Dean平衡剖面原则和剖面类比法进行剖面设计,确定了填砂中值粒径、施工坡度、滩肩前沿高程和滩肩宽度等设计参数;结合物理模型试验进行了剖面形态稳定性分析,研究了海滩在不同波浪和水位作用下的剖面形态演化过程,试验结果表明不同工况条件下,平均低水位以上的滩面均为净淤积,水下部分侵蚀明显,滩面上部泥沙不断堆积,砾石海滩最终形成稳定剖面。研究结果可为类似砾石海滩养护工程设计提供参考。     

波浪对级配砂海滩滩形塑造的试验研究

砂质海滩剖面形态受到泥沙粒径、海洋动力的影响。自然或人工海滩一般由粒径不同的级配泥沙组成,其海滩剖面形态应与海滩砂的级配有关。本文用不同粒径和级配的砂铺设海滩,进行了不同波浪动力作用下滩形形成的水槽试验,探究海滩剖面与波浪动力、泥沙粒径以及级配之间的关系。结果表明:波高越大越容易形成沙坝型剖面,波高越小越容易形成滩肩型剖面,沙床粒径越细,泥沙横向输移量越大,沙坝宽度越大,沙坝位置更为向海,滩肩更为向岸;波周期越大,滩肩位置越容易淤积;级配沙床中,对沙坝形态起主要影响作用的为粗颗粒泥沙。试验得到的水下沙坝形态参数奎利根比并非已有研究给出的定值,与泥沙组成和波参数有关。     

北戴河人工喂养海滩的演化特征

以北戴河西海滩为例,通过对海滩养护后近岸地形以及表层沉积物的变化进行研究,分析海滩人工喂养后的演化特征:明显遭受侵蚀,平均单宽侵蚀量为44.8 m3/m,滩肩平均蚀退距离15m,东部侵蚀速率大于西部;新海滩沉积物整体细化,分选变好,喂养4个月后沉积物净输移趋势以沿岸搬运为主,运移方向NE—SW向;离岸潜堤形成的波影区以外海滩明显受到侵蚀,形成侵蚀热点.喂养1年后,填沙保存76％,海滩形态与预期形态较为相近,养滩效果良好.     

北戴河海滩养护中的原滩环境调查

从海岸演变、沉积过程、动力条件、泥沙运移等多角度阐述了北戴河海滩养护区域自然环境条件.北戴河海岸属于岬湾沙质海岸,具备岬湾养滩的天然条件,发育多条断续分布的水下沙坝,原滩剖面为侵蚀性剖面;西海滩蚀退速率＞2 m/a,属于严重侵蚀岸段;波浪的强浪向NNE和ENE,常浪向S,潮流为NE —SW向的往复流,沿岸泥沙净输沙方向为NE— SW向.洋河浅海泥沙中值粒径为0.31～0.58 mm,物化性质均符合养滩需求,为理想沙源.通过构建合适的人工岬头和离岸潜堤配合人工养滩可以恢复受蚀的海滩.     

人工养滩工程的综合防护原则及设计方法

在分析海滩失衡现状及总结人工养滩研究进展的基础上,提出在养滩设计过程中,应分析出现问题,根据地方需求并针对地形地貌条件制定方案.养滩设计最关键的是滩肩高度、剖面型式以及客沙粒径、坡度等参数的确定.滩肩补沙只是补充沙源的手段,而减缓侵蚀需要配合其他养滩方法,使养滩效果更佳.通过工程辅助手段,解决泥沙收支不平衡等问题,形成养滩补沙—构筑物护沙的综合养滩方法.在设计阶段应制定海滩监测计划,为海滩再养护参数确定提供数据.     

强潮动力条件下厦门湾低潮阶地型沙滩剖面变形的模拟研究

以厦门湾沙滩为研究对象,对强潮动力条件下低潮阶地型沙滩剖面变形进行模拟研究.厦门湾沙滩是一种典型的具有低潮阶地的海湾型沙滩,它具有低波浪能量和大潮差的特征.基于这种类型的沙滩剖面侵蚀和淤积机制提出一个基于过程的一维计算模型,对在通常波浪条件下沙滩中长期的剖面演变进行预测.采用厦门湾观音山沙滩剖面变化的实测数据对模型进行验证,两者具有较好的一致性,其最大相差在0.4 m以内.该一维计算模型能够较好地预测低潮阶地型沙滩剖面侵蚀和淤积的一般趋势和程度.模型计算表明,在波浪和潮汐共同作用下,沙滩滩面斜坡带的上部发生侵蚀,而斜坡带的下部则产生淤积,从而在一段较长的时间内使滩面形态趋于平缓.单是由潮汐引起的剖面泥沙输运虽然很小,但是在潮汐的作用下,破波带沿着沙滩上下变动,从而引起潮差范围内一个较宽区域的剖面侵蚀.