秦皇岛海滩养护工程的实践与方法

针对海岸侵蚀、沙滩退化问题,近年来在秦皇岛开展了一系列海滩养护方面的工作,积累了一套较为实用的经验和方法。介绍了秦皇岛西海滩、金梦海湾、老虎石和东海滩4个典型案例,其中西海滩采用了"沙丘—海滩—沙坝—潜堤"海滩养护模式,金梦海湾以滩肩补沙为主,老虎石侧重保护,东海滩则是需要多次维护。同时,总结了海滩养护的方案论证、规划设计、工程监测等方面的经验和教训,并就养滩寿命、沙坝的适用性以及工程风险等问题进行了探讨。     

人工沙坝消波和养护海滩性能研究

人工沙坝喂养海滩是一种新型的治理海滩侵蚀方法。本文通过对人工沙坝消减波浪的机理出发,推导出了沙坝消减波浪的理论公式。为了进一步验证理论公式和人工沙坝养护海滩的效果,以北戴河某海滩为原型,进行了试验室二维断面模型试验。研究结果表明:在水深较小时,推导得到的波浪变化理论公式有效性较好;采用人工沙坝方法养护海滩效果明显。     

华南水东湾波控、中等潮差岬湾海滩地形动力分类

海滩地形动力分类在国外的海岸地貌研究中已经被广泛接受。本文使用了华南粤西水东湾切线带、过渡带和遮蔽带海滩连续16个月32次大潮期间同步获取的波浪、潮汐、泥沙和海滩地形数据,分别按照无量纲沉降参数、相对潮差参数和无量纲海湾尺度参数对这一岬湾海滩不同岸段的海滩类型进行了研究,研究发现：（1）水东湾切线带海滩的主要状态为有裂流的低潮台地状态和沙坝型海滩状态,过渡带海滩主要状态是低潮沙坝/裂流海滩和沙坝消散型状态,遮蔽带海滩主要状态是有或无沙坝的消散型状态;（2）海湾不同岸段海滩状态的顺序变化与差异体现了岬湾海滩状态的时空变化性,与现场观测的海滩地形的变化基本一致,说明了对波控中到强潮海滩进行研究时,需要考虑潮汐的影响。同时,本文主要给出了海滩状态研究的一个框架体系,由于海滩不同的状态伴随不同的侵蚀模式,要求我国今后需加强在这一方面研究,以进一步丰富我国海滩地形演变、海滩地形动力过程和海滩防侵蚀的理论基础。     

浅海声反射损失的实验研究

本文介绍在水深40—90米的浅海海域中三种类型沉积层海底上,用爆炸声源进行的海底反射损失的实验研究结果。实验结果与按均匀半空间底模型计算所得海底反射损失的理论曲线作了比较。结果表明:反射损失值明显地与底的类型有关,细砂底的反射损失较小,粉砂质泥次之,而粉砂质粘土的反射损失较大;对于同类型的海底,孔隙度大者反射损失也较大。此外,还讨论了沉积物中场速的两种经验公式的适用性。     

粉沙海床管道在联锁排防护下的冲刷试验研究

采用当地海床的天然粉沙进行试验床面的设计,对海底管道在实际海床受到的极限波浪和最大水流作用进行试验,在管道上方铺设混凝土联锁排,对联锁排块体稳定性和其对管道防护的有效性进行研究。通过物理模型试验,研究了在极限波浪和最大水流作用下,管道在粉沙床面最大冲刷深度。通过不同水深中波流条件下研究了混凝土联锁排防护效果及其周围床面的冲刷变化,观测了联锁排的稳定性。试验结果表明:按半经验半理论简化公式得出的联锁排厚度能满足稳定性的要求,比水利部规范计算的联锁排厚度偏大的公式更加适合应用,试验期间混凝土联锁排的排面稳定,能有效保护管道,在该防护下管道没有冲刷,只在联锁排上下游与床面接触的来流段和尾端有冲刷,但该冲刷深度不影响联锁排整体的稳定性。     

浅海声反射损失的实验研究

本文介绍在水深40-90米的浅海海域中三种类型沉积层海底上，用爆炸声源进行的海底反射损失的实验研究结果。实验结果与按均匀半空间底模型计算所得海底反射损失的理论曲线作了比较。结果表明：反射损失值明显地与底的类型有关，细砂底的反射损失较小，粉砂质泥次之，而粉砂质粘土的反射损失较大；对于同类型的海底，孔隙度大者反射损失也较大。此外，还讨论了沉积物中声速的两种经验公式的适用性。     

北戴河海滩养护侵蚀热点

“侵蚀热点”的存在会对整个海岸资源造成严重的损失,尤其是对海滩养护工程效果造成不良影响,是海滩养护研究的重点.以北戴河西海滩海滩养护工程为例,结合工程后定期的剖面监测数据,确定了养护工程后西海滩“侵蚀热点”的位置,通过数值模拟和物理模型试验对于侵蚀热点的成因进行了分析研究,以期能够对以后的海滩养护工程提供参考.     

破波与非破波下海滩平衡剖面

海滩平衡剖面 ( EBP)概念对于海岸工程非常重要 ,因为它提供了设计和分析环境时评价海滩典型形态的基础。特定粒径的海滩 ,如果受到稳定的外力条件 (单色波或具有常量统计特性的随机波 )通常被认为是短周期破波。但在自然界海滩中 ,力的条件并非恒定且海滩地形总在变化。在海滩剖面形态中 ,这种变化被认为是由于力的条件的变化使剖面从一种状态调整到另一种状态 (例如 :在风暴期间 )。因此 ,平衡概念不但对于长期平均力的条件而且对在不同时间尺度上变化的力的条件都是有效的。1　前人对海滩平衡剖面的研究及存在的问题　　自 2 0世纪 50…     

关于波浪破碎特性的研究

有关波浪破碎问题的研究是海岸工程界十分关注的课题。本文列举了前人有关波浪破碎特性方面的研究成果；分析了波浪破碎前后波高的变化规律，作出了适当的假定；并考虑了动床海滩坡度、底摩擦以及紊动对波浪破碎特性的影响。应用波动能量耗散率理论，并结合孤立波理论的有关公式，作者推导了计算动床海滩上破碎指标ｒ_ｂ的公式，并进而给出破碎水深ｈ_ｂ与破碎波高Ｈ_ｂ的计算公式。通过不同规模实验水槽的资料验证表明，这组计算式具有广泛的实用性。     

海滩养护工程质量评价研究进展

由于自然因素和人类活动的影响等原因,世界很多海滩经受着侵蚀和破坏。而利用人工养护工程来保护和恢复海滩具有养护效果较明显、干滩面积明显增加以及不破坏环境景观的优点,目前得到越来越多国家的认可。国外由于养滩历史较久,养滩工程后的监测和质量评价不仅开展得早,而且已经成为工程的一个重要部分。评价指标已经比较完善,甚至有些国家已经将养滩效果评价列入法规框架之中。我国的海滩养护工程在十几年前才开始,虽然工程量逐年增长,但是对海滩养护工程施工后的工程监测和工程评价却较少涉及。本文对美国、荷兰、英国、丹麦以及我国等国家的海滩养护工程的工程评价工作进行总结,从而提出适用于我国工程特点的养滩工程质量评价因子和方法。     

堆石防波堤不规则波浪反射系数试验研究

结合物理模型试验,分析斜坡坡度、波陡、相对水深、护面类型和破波参数等因素对堆石防波堤不规则波浪反射系数的影响规律。将常用的Van der Meer公式,Seelig公式,Postma公式和Davison公式计算值和实测值进行比较,并结合试验数据,基于有效波高和平均周期定义的Iribarren数,得出堆石防波堤不规则波浪反射系数经验公式。结果表明,该公式能较好地计算不规则波作用下块石和扭王块体护面堆石防波堤波浪反射系数。     

沙质海岸沿岸输沙率计算方法研究进展

准确预测波浪作用下沿岸输沙率是沙质海岸研究领域的重要科学问题。根据数十年来国内外沿岸输沙率公式的研究进展,按研究方法对各项成果进行分类,并兼顾时间逻辑,回顾了各研究方法的发展历程及其代表性成果。对各项成果的理论基础、考虑因素、资料来源等方面进行了探讨,并采用现场原型沙、室内原型沙和室内轻质沙等实测资料,对国内外常用公式的预测准确性进行了检验。结果表明,孙林云公式与各项实测资料的吻合程度最高,在众多沿岸输沙率公式中具有明显的先进性。在此基础上,对未来可进一步深化研究的方向作出了展望。     

An empirical formula for friction coefficient of a perforated wall with vertical slits

The friction coefficient in the permeability parameter of a perforated wall has been estimated on the basis of a best fit between measured and predicted values of such hydrodynamic coefficients as reflection and transmission coefficients. In the present study, an empirical formula for the friction coefficient is proposed in terms of known variables, i.e., the porosity and thickness of the perforated wall and the water depth. This enables direct estimation of the friction coefficient without invoking a best fit procedure. To obtain the empirical formula, hydraulic experiments are carried out, the results of which are used along with other researchers' results. The proposed formula is used to predict the reflection and transmission coefficients of various types of structures including a perforated wall. The concurrence between the experimental data and calculated results is good, verifying the appropriateness of the proposed formula. It is also shown that the proposed formula can be used for irregular waves as well.     

孤立波低顶海堤越浪的数值模拟研究

灾害性波浪是中国沿海地区最具破坏性的自然灾害之一。采用开源程序OpenFOAM中interFoam求解器,对低顶海堤（在风暴潮和海平面上升情况下所面临的不利工况）的孤立波越浪特性开展数值模拟研究。通过孤立波冲击海堤的基准算例,验证模型在模拟波浪爬升和越浪过程中大变形波面以及剧烈波浪力方面的精度。基于验证的数值模型,对孤立波在低顶海堤上的越浪特征以及防浪墙高度对越浪的影响开展参数化研究。结果表明堤顶超高减小导致更为剧烈的越浪。针对尚无低顶海堤孤立波越浪量经验公式的问题,提出新的适用于堤顶超高小或为0的孤立波越浪量经验公式。此外,研究发现增加防浪墙高度可有效减少越浪,但防浪墙所受的波浪力也增大。综合考虑防浪墙减少越浪以及自身所受波浪力,针对文中研究采用的海堤截面和波浪条件,建议无量纲防浪墙高度取为1.00。     

南海北部台风海浪谱的双峰性和成长性

本论文通过对南海北部三次台风过境期间基于浮标观测的海浪谱进行分析，发现虽然大部分成熟的台风海浪谱为单峰结构，但实际上在台风海浪的成长和衰减阶段，双峰谱占据了很大的比例。双峰谱的形成主要是由于风浪和涌浪的叠加以及不同波分量之间的非线性相互作用，我们可以通过能量密度的成长率对谱型变化进行高效的预报。此外，台风海浪的主要波向依赖于台风中心相对观测点的位置，而波向的分散情况在相距台风中心较远的区域无明显规律。本文提出了一个新的六参数波浪谱型拟合双峰谱，其拟合效果相较于前人的谱型更好。通过验证，形状参数和谱宽度之间的理论关系依然适用于单个谱峰。通过分析谱参量的变化特征，证明了谱参量不仅与台风强度和台风路径相关，还存在很强的交互相关。最后通过拟合海浪谱数据，本文得到了台风影响下海浪有效波高和有效周期之间的成长关系，这对海洋工程实际应用具有重要意义。     

南海南部海域岛礁区海底珊瑚砂声速影响因素的初步研究

通过对南海南部海域岛礁区科学考察数据资料的分析研究,得出了岛礁区海底珊瑚砂的纵波声速随孔隙度、含水量增大而减小,以及声速随中值粒径、湿密度增大而增大的统计结果,并在Biot和Wyllie的松散饱和水沉积物声速理论公式与模型基础上,解释了物理力学因素对海底珊瑚砂声速的影响机制,阐明了固相因素和液相因素的强弱变化引起声速增大或减小的理论原因,分析了各种声速经验公式在海底珊瑚砂声速估算上的精度差异,得出了有必要建立包括海底珊瑚砂在内的单一类型声速经验公式的初步结论。     

不同间距大直径圆筒防波堤波压力试验研究

通过开展物理模型试验,进行不规则波作用下不同间距大直径圆筒防波堤的波峰压力分布规律研究,分析了圆筒相对间距、相对水深、波陡等主要影响因素对圆筒波压力的影响规律,并通过波压力试验值与各家理论公式计算值的比较,进行不同间距圆筒波压力的计算方法研究。基于直立墙结构和大尺度孤立墩柱结构波压力公式给出修正系数以及横向衰减函数的拟合公式,用以计算圆筒周身不同位置处的波压力,从而为工程设计和理论研究提供参考。     

波浪与水流共同作用下的底砂起动

研究波浪与水流共同作用下底砂的起动,对于研究和解决河口海岸地区的冲淤变化、沿海航道的变迁、堤岸工程和闸下淤积的疏(氵尤夂)等问题,以及从理论上和实践中分析泥沙回淤及输沙量都具有重要的现实意义。 本文通过理论推导和实验观测,对波浪、水流共同作用下的底砂起动进行了研究探讨。     

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。     

新型直立式透空堤消浪性能数值研究

为使防波堤同时具有良好的掩护效果和水体交换能力,提出了两种带有透浪通道的新型直立式防波堤。基于Fluent求解器建立了三维数值波浪水槽,通过与试验结果对比,验证了该数值水槽求解波浪与透空堤作用具有较高的精度。对两种防波堤在规则波作用下的透浪特性进行了研究,结果表明:透射系数K_t与透空率呈正线性相关,且可通过调整透浪通道间距,使相同透空率下K_t降低20%～30%。对同一结构,K_t随相对波长的增大而显著增大,但受相对波高的影响较小。在透空率大于0.16后,异型沉箱防波堤的消浪性能明显优于错位沉箱。基于数值计算结果,给出了以上两种透空堤波浪透射系数的经验公式。