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。     

风暴浪作用下沙质岸滩稳定机制物理模型试验研究

近年来风暴潮等海洋灾害日趋频发,沙质海岸侵蚀问题也愈发突出,沙滩稳定防护显得日益重要。为研究风暴浪作用下沙质岸滩稳定机制问题,设计了一系列的水槽试验,对风暴浪作用下沙质岸滩的稳定机制和演变过程进行了录像观察和研究分析。试验中采用图像处理技术,根据水和岸滩床面的像素值差异,对岸滩整体剖面进行实时动态提取;对比和分析了不同入射波高、波周期、水深、岸滩初始坡度以及波高连续变化下沙质岸滩演变过程。试验结果表明,岸滩稳定与岸滩初始坡度和沙坝的发育直接相关,而波参数主要影响岸滩扰动幅度和沙坝以及前滩侵蚀边界的位置变化。当入射波高连续变化时,沙坝迅速响应并向离岸迁移。岸滩变化幅值与入射波能流存在明显正相关关系,波能流越大对岸滩稳定性的危害越大。而水位升高会增强前滩向岸侵蚀风险。此外,在本试验尺度下,前滩以侵蚀为主。当岸滩初始坡度小于稳定坡度且波陡较小时,即Dean参数Ω''较小时,岸滩才发生明显的前滩淤积,这对于试验尺度下岸滩恢复工况研究至关重要。具体来说,当岸滩整体坡度为1:10且前滩坡度达到1:5~1:2.5时,岸滩稳定性最好,岸滩形态最接近最终平衡剖面,岸滩趋于稳定的时间最短。     

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。     

非淹没刚性植物对规则波传播变形影响实验研究

在海岸带种植红树林等水生植物可以有效的减小波浪对岸滩的破坏,系统全面地研究植物对波浪传播变形的影响是非常必要的。基于波浪水槽实验,探讨了规则波通过非淹没刚性植物波高的沿程变化,分析了水深、入射波高、植物模型密度及分布方式对反射系数、透射系数与波浪衰减系数的影响,同时与孤立波实验数据进行对比。实验结果表明,随着水深的增加,规则波的透射系数增加、反射系数和波能衰减系数减小;随着入射波高的增加,规则波的透射系数减小,反射系数和波能衰减系数增加。在分布方式相同的情况下,植物模型分布密度增加,规则波的反射系数和波能衰减系数增加,透射系数减小。在规则波入射方向上模型布置越紧密,规则波反射系数和波能衰减系数越大,透射系数越小。分析讨论了植物模型对规则波和孤立波的影响,在入射波要素相同的情况下,孤立波和规则波的能量衰减在50%左右,说明植物模型具有良好的消波作用。     

海啸波作用下直立堤局部冲刷实验研究

基于波浪水槽动床实验,开展海啸波作用下直立堤局部冲刷实验研究。对海啸波上爬和回落过程、岸滩演变和直立 堤局部冲刷形态进行测量。在利用实测数据验证基础上,结合 FLOW 3D 进行数值模拟流场计算分析。研究结果表明,直立堤 的修建对岸滩起到明显的保护作用,但是直立堤两侧会出现明显的局部冲刷。直立堤向岸侧局部冲刷主要发生在海啸上爬时 刻,堤脚处形成的涡流是局部冲刷形成的主要原因。直立堤离岸侧的局部冲刷主要由海啸波回落水流越过堤顶生成水跌形成 的,随着直立堤堤顶高度的增加,最大局部冲刷深度会逐渐减小。     

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。     

极限波高下人工沙坝的动力调整研究

基于人工沙坝影响波浪破碎的理论分析,采用极端高水位、设计高水位和0.00m水位下的极限波高作为入射波,对近岸人工沙坝进行了模拟试验,研究波浪动力对人工沙坝剖面的变形及其对岸滩养护的影响。结果表明:坝顶水深和沙坝高度之比h/d决定沙坝的稳定性,h/d较小时,沙坝能接近稳定;沙坝的变形与坝前波浪破碎有关,可用坝顶水深和临界水深之比h/hb判定波浪在沙坝上的破碎;近岸人工沙坝使波浪提前破碎,滩肩拓宽,使泥沙向岸输移大于向海输移,减小岸滩侵蚀区域,增大淤积范围。     

孤立波作用下沿海路基冲刷实验研究

基于波浪水槽实验,对孤立波作用下沿海公路局部冲刷开展实验研究。实验采用1/10与1/20组合坡模拟海岸地形,对岸滩进行逐个多次波浪作用,用地形仪对作用后地形进行测量。通过改变路基在冲刷槽的绝对位置和相对位置,探讨路基位置因素对局部冲刷影响。实验结果表明:孤立波作用下沿海路基向海侧出现明显冲坑,冲刷深度随波浪作用个数增加,最后达到平衡。路基位置是路基局部冲刷主要因素,随着路基位置远离海岸线,路基向海侧冲刷深度呈减小趋势。     

二维沙质海滩剖面形态试验研究

海滩形态是近岸过程与海岸工程的一个重要研究内容,为探讨人工沙滩平衡剖面的形成及其形态特征和波浪作用下的滩面泥沙运动,从泥沙与波浪运动的相似规律出发,采用天然沙以正态整体模型进行二维沙质海滩的形态试验.试验证明人工沙质海滩在波浪作用一定时间之后,其剖面基本趋于一种平衡状态,沙源的向岸推移和向海下拉的情况也基本稳定.试验显示混合波的冲刷要大于单纯斜向波,单纯斜向波的冲刷大于单纯正向波,因此人工沙质海滩施工时应考虑到不同来波方向对剖面的影响.对比各个系列的整个人工沙质海滩剖面变化情况,可以看出整个沙滩剖面呈冲刷形态:从岸向海方向,在滩肩平台上形成一定的沙源堆积体;在滩肩缘到斜坡中部侵蚀最大,在斜坡下部侵蚀较小且向海呈逐渐减小趋势.     

植物对孤立波作用下直立堤局部冲刷影响实验研究

基于水槽实验,研究植物对孤立波作用下直立堤局部冲刷的影响。通过改变实验入射波高、植物带的宽度和密度,分析各要素对直立堤局部冲刷的影响。实验对波高沿程变化、孤立波越堤、回落过程以及地形演变进行全程的测量和记录,并进行有无植物带保护的直立堤局部冲刷对比分析。结果表明,植物带的存在,使得堤后相对最大冲刷深度显著减小,堤前冲刷形态由单峰式"L"型变为双峰式淤积沙坝形态,且冲刷位置由原堤脚前移至植物带所在位置,冲刷范围大幅增加。减小植物带密度或者植物带宽度会使近岸侧或是离岸侧的相对最大冲刷深度和相对最大淤积高度有增大的趋势,但是当入射波高增大时,二者的影响不显著。该研究对实际工程中植物带的合理布置提出了具有参考性的建议,对减少堤防工程的冲刷和损失有一定现实意义。     

广西北海涠洲岛典型岸滩剖面短期冲淤变化特征

基于涠洲岛2012年12月、2013年7月和2013年12月砂质岸滩剖面高程数据以及沉积物粒度数据,作者分析了2012~2013年涠洲岛砂质海岸短期冲淤变化。结果表明:(1)2012年12月~2013年7月,在热带风暴的影响下,涠洲岛大部分岸滩发生侵蚀现象,侵蚀最严重部位一般在中滩;(2)2012年12月~2013年12月,侵蚀岸段主要在东南部、西南部和西北部低滩,淤积岸段主要在北部、西北部高中滩;(3)根据沉积物颗粒平均粒径分析结果,一般高滩沉积物较低滩粗,说明水动力环境高滩相对较强,各岸段沉积物颗粒变化基本与岸滩剖面冲淤变化相一致。短时期内,影响涠洲岛岸滩冲淤变化的因素有波浪、潮汐、风暴潮和人类活动等。     

海岸沙坝剖面和滩肩剖面特征研究

通过物理模型实验研究了海岸沙坝剖面和滩肩剖面的形成和演化过程,给出了稳定的沙坝剖面和滩肩剖面的几何特征。实验中考虑了两种初始坡度(1∶20和1∶10)和不同波高的规则波和不规则波,讨论了不同初始坡度海岸上破碎波空间分布特征。结果表明,沙坝产生后存在向岸和离岸两种运动形态,但最终将停留在稳定位置。稳定的沙坝剖面对应不同初始坡度和波浪存在不同的大沙坝和小沙坝分布。沙坝剖面由长时间小波高波浪序列作用后可转化为稳定滩肩剖面,该剖面不依赖于波浪和初始坡度。实验也给出了平衡剖面与理论曲线的对比以及剖面上泥沙粒径的分布。     

莱州湾西岸岸滩冲淤特征分析

利用风暴潮前后潮滩剖面的实测对比及不同时期地形图和卫星遥感影像解译分析,研究了莱州湾西岸海滩冲淤变化特征。结果表明,莱州湾西岸海滩中、高潮滩处于相对稳定状况,低潮滩呈现弱淤积的特征。岸线50多年来的总体变化特征是1986年以前岸线淤进蚀退变化较明显,1986年以来海岸线逐渐趋于稳定。分析表明,岸滩变化的原因主要为人类活动对岸滩形态的改造以及大风暴潮的影响。     

冬季波浪与人工岛联合作用下日月湾海滩冲淤演变特征

人工岛作为一种新兴的海岸工程, 它的建设所引起的岸滩冲淤和防护问题日益受到人们的关注。本文以海南万宁市日月湾人工岛为例, 通过4期实测海滩剖面数据和多时相遥感影像, 分析了冬季波浪与人工岛联合作用对日月湾海滩冲淤变化的影响, 并结合海区波况, 探究了海滩冲淤变化机理。研究表明, 日月湾海区冬半年的平均有效波高与波浪周期明显强于夏半年, 且波浪强度整体上呈现逐年上升的趋势, 但在人工岛建设前后变化幅度较小; 人工岛建设对海滩地貌变化有强烈影响, 海滩呈现出岛后淤积而两侧侵蚀的显著特征, 岛影区海滩不断淤积, 岸线向海淤进达200m, 甚至可能与人工岛相连形成连岛沙坝, 人工岛后两侧海滩侵蚀, 岸线向陆一侧蚀退最大距离达50m; 海滩在冬季波浪和人工岛共同影响下, 岸滩自北向南依次表现为稳定、侵蚀、淤积、相对稳定、略有侵蚀或淤积、侵蚀、淤积的冲淤变化特征。     

连云港吹泥区岸滩自然冲淤及吹泥条件下海滩演变的观测分析

连云港新建吹泥站工程为淤泥质海滩演变提供了研究实例。观测表明,波浪是造成淤泥质岸滩冲刷的主要动力,而潮流的扩散是泥沙运移的主要动力。海滩演变主要发生在经常性破波作用范围(-3m等深线)以内。淤泥质岸滩剖面的变化与近岸泥沙供应及横向水动力强度分布有关,后者用波浪和潮流底切力表达。本文对此作了定性分析并对海滩冲淤进行了计算,结果与吹泥条件下海滩演变的观测一致。     

苏北潮滩的近期变化分析

利用1999～2000年条子泥岸滩剖面实测数据和1982～1983年东沙沙滩剖面资料,分析了条子泥岸滩和东沙沙滩剖面的冲淤变化。结果表明,条子泥陆侧岸滩剖面的季节性变化特点是夏季侵蚀,冬季淤积;东沙沙脊年际变化特点为两侧边缘以侵蚀为主,而沙脊中央则以淤积为主。造成条子泥岸滩剖面季节性差异的主要原因是其周围海域中高浓度悬沙的秋、冬季落淤大于夏季所致。东沙沙脊东西两侧强烈的潮流和波浪作用使沙脊的两侧遭受较为明显的侵蚀。     

广东湛江外罗海域水沙环境及岸滩演变

依据不同时期地形资料,对广东湛江外罗海域海床的岸滩冲淤变化进行了分析,并结合水文泥沙资料探讨了冲淤变化原因和发展趋势,结果显示:1多年来整个研究海域地形有冲有淤,总体上冲刷范围大于淤积范围;2从2个时期(40年长期和6年短期)该海域冲刷来看,在自然状态下,经过长期的冲刷和恢复作用,研究海域最大冲刷深度应该在5.0m左右;3强风和台风引起的波浪对海岸和海底侵蚀、堆积影响很大,是地形塑造的主要因素,正常天气下的风浪流起到一个地形恢复的作用,但往往难以恢复到原来的状态,造成一定的冲刷和堆积;4在现有动力泥沙环境没有大的变化的情况下,这种中长期尺度的最大冲刷趋势仍将延续该发展趋势。     

人工岛对沙质海岸动力泥沙环境及岸滩冲淤演变的影响研究

基于历史海图、历史时期卫星遥感影像、2019年实测水下地形和潮流、波浪数值模拟成果,研究该海域岸滩的发育演变背景、海床和岸线自然冲淤动态、动力泥沙环境及岸滩冲淤动力机制。采用LITLINE岸线演变数学模型,模拟计算了不同离岸距离和不同平面形态人工岛布置型式对近岸岸线变形的影响,岸滩泥沙动力机制和岸滩演变趋势表明,人工岛实施后近岸最大潮流流速小于近岸泥沙起动流速,不具备起动近岸岸滩泥沙的基本条件; SSE向波浪作用时,人工岛西北侧波高明显减弱,波向西偏; S向波浪作用时,人工岛北侧波高明显减弱; SSW向波浪作用时,人工岛东北侧波高明显减弱,波浪传播方向东偏;波浪场改变后人工岛掩护区东西两侧岸滩附近泥沙分别具有向东和向西运移至人工岛掩护区的趋势,形成掩护区的淤积和东西两侧岸线冲刷。     

斜向波作用下斜坡海床上管线三维冲刷不均衡性研究

由于海床起伏不平,斜坡的存在必然改变波浪对管线及海床的作用特性,进而影响管线三维冲刷。基于波浪港池实验,考虑规则波的作用,采用中值粒径为0.22mm的原型沙铺设与波浪传播方向成45°夹角的斜坡,研究斜向波作用下斜坡上海底管线的三维冲刷特性。通过测量管线下方冲刷坑宽度和深度的差异,分析管线三维冲刷的不均衡性。实验表明:管线的存在使斜坡上的波高有所降低;斜向波作用下管线三维冲刷的不均衡性表现为深度不均衡性和宽度不均衡性,宽度不均衡性主要是管后淤积泥沙的后移引起的,周期对三维冲刷不均衡性的影响比波高对其的影响程度大;管线自深海向近岸延展时,随水深的减小,冲刷深度分为缓慢发展阶段和快速发展阶段。     

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。