沙质海岸岸滩演变.ppt
第八章,沙质岸滩演变,8.本章总纲,概述8.1 海岸剖面形态(横向)8.2 海岸平面形态(纵向)8.3 海岸变形计算,岸滩演变概述,风、浪、潮、流及其他因素综合作用,岸滩剖面变化,长期演变,短期演变(季节性),泥沙纵向运动,泥沙横向运动,岸线蚀退淤长,港口及海工建筑物的安全与使用,第一节 海岸剖面形态(横向),海岸剖面形态(横向),海滩剖面分类海岸平衡剖面海岸坡度建筑物前的海岸剖面变形(“建筑物引起的岸线长期变形”),海滩剖面的变化规律,泥沙和风浪流潮条件不断变化，海滩剖面也处于动态平衡过程中,沙质海滩的动态变化,风暴剖面(沙坝剖面):风暴盛行期，海滩上部被侵蚀，泥沙被搬运到离岸区堆积形成沙坝沙坝的形成使得破波点向海侧移动，滩面和岸基受到的冲击力减弱，逐渐平衡。近岸区坡度变缓常浪剖面(滩肩剖面):海面相对平静时期，波浪相对较小，淤积在离岸区的泥沙逐渐被波浪推移到近岸区，形成滩肩。近岸区坡度变陡,图8-2,沙质海滩的重要构造,滩肩:常浪期,上涌水流将泥沙向岸推移堆积形成(推移质向岸)沙坝:风暴期,卷破波向下冲击形成深槽,海侧形成沙坝(悬移质向海),强弩之末，不能入鲁缟；冲风之衰，不能起毛羽,海滩剖面形态转化的判数,Dean,1973(8-1),室内实验,滩肩型剖面,沙坝型剖面,天然海滩,泥沙沉降一个波高的距离所需的时间()和波浪周期的比值。比值较大时，泥沙被波浪掀起悬浮后，需较长时间才能回到底部，悬沙将随着波浪离岸轨迹速度的作用而向海悬移；比值较小时，泥沙被波浪掀起悬浮后，很快就能回到底部，泥沙将随着波浪向岸轨迹速度的作用而向岸推移,主要取决于波陡和海滩上的泥沙粒径,海滩剖面形态转化的判数,Hattori,Kawamata,1980,中性，平衡剖面,向岸输沙(淤积型海滩),离岸输沙(侵蚀型海滩),(8-6),海滩剖面形态转化的判数,Sunamura,Horikawa,1974,I-沙坝型,II-过渡型,III-滩肩型,H0采用观测期最大波高，泥沙粒径采用平均粒径，海滩坡度采用岸线到水深20m处的平均坡度,(8-8),类型I：岸线后退，泥沙向海搬运，在离岸区堆积(侵蚀型海岸，沙坝剖面)类型II：岸线前进，泥沙向两个方向搬运，在两侧堆积(过渡类型-平衡剖面)类型III：岸线前进，泥沙向岸搬运，离岸区无堆积，有冲刷(堆积型海岸，滩肩剖面),海滩剖面形态转化的判数,Sunamura,Horikawa,1974,二、海滩平衡剖面,什么是海滩的平衡剖面？海滩平衡剖面的形状？能否预估海滩平衡剖面？,什么是海滩的平衡剖面,在一定的泥沙和波浪条件下，海滩上任一点的泥沙均没有净位移，剖面形状维持不变的海滩形态(永不可能达到的极限状态),平衡剖面的中和点理论,中和点：在坡度均一、泥沙颗粒大小完全一样的一个理想海岸带上，可以找到一点，此处波浪携带泥沙向岸运动的距离，等于返回时的运动距离加上重力作用引起的泥沙运动距离,中和点理论的结果,基于中和点理论的海滩平衡剖面：泥沙运动对岸坡有一定的侵蚀作用，海滩剖面需要做出相应调整，在中立线两侧形成两个侵蚀区，两个侵蚀区的外侧是堆积区，分别形成沿岸沙堤和水下沙堤。使得向岸侧变陡，向海侧变缓，海滩横剖面形成下凹的曲线形状,海滩平衡剖面的经验形状,Dean,1977,(8-12),海滩平衡剖面的经验形状,图8-4,海滩平衡剖面的经验形状,Komar and McDougal,1994,y，1,水深,海滩坡度,水深在离岸方向逐渐趋于常数水深h0,(8-14),能否预估海滩平衡剖面？,能不能根据海滩上的波浪条件预估海滩平衡剖面的曲线形状?泥沙的横向（x向）运动机理还没有很好解决。在破波带外、破波点上、破波带内各位置波浪对泥沙的作用机理有很大不同，泥沙运动规律至今没有很好掌握海滩区域水动力作用复杂。波浪是泥沙运动的主要影响因素，但海滩泥沙还受到如海滩坡度、风、潮位、潮流、裂流等因素的影响,三、海滩坡度,粒径：粒径越大，坡度越陡(正相关)波能：相同粒径条件下，波能越大，坡度越小(负相关),King(1972):,例8-1 海滩剖面形式算例,请记下待做的习题,习题8.1注明班级、学号、姓名下周四课前，各班学习委员收齐后上交,第二节 海岸平面形态(纵向),海滩的长期演变,海滩剖面的变化将影响海岸的剖面形状、管线的铺设、海岸设施的局部稳定海岸线的长期变形将影响海岸工程建筑物的存在意义和海岸线的长远利用价值,沧海桑田，海枯石烂,一、海岸形态分类,Q1Q2:泥沙堆积，岸线前进堆积性海岸Q1侵蚀性海岸Q1=Q2:输沙平衡，不冲不淤平衡海岸静态平衡:Q1g=Q2g=0，无沿岸输沙No.1动态平衡:Q1g=Q2g0,Q1n=Q2n=0No.2动态平衡:Q1n=Q2n 0,下标g表示总输沙率=|出|+|进|，下标n表示净输沙率=|进-出|,图8-11,二、沙质海岸平衡岸线的形状,长时期一定规律(?)的海岸动力作用(浪、流、潮)无外部泥沙来源(如河流来沙)动态平衡岸线(1)沿岸输沙率处处相等(Q1g=Q2g=0，静态平衡；Q1n=Q2n0，第二种动态平衡)(2)岸线形状不变但可以平行前进或后退(Q1n=Q2n0，第二种动态平衡)(3)离岸岛屿区的平衡岸线(Q1n=Q2n0，第二种动态平衡),(1)沿岸输沙率处处为零(Q1g=Q2g=0，静态平衡),湾头滩(pocket beach):海滩两端为岬角限制，没有或极少外部泥沙输入，受长期固定波向波浪作用，Q1g=Q2g=0，静态平衡(岸线与波峰线平行，破波角=0沿岸输沙率Ql=07-138),岬湾海岸上游无泥沙供应：两端受到不易侵蚀的岬角保护，当波浪斜向入射时，左边受到岬角掩护，波浪绕射(影响何处？)和折射(影响何处)后波峰线改变方向，冲击岸线使得其形成接近于等角螺线的形状。右边不受岬角保护，岸线将趋向平行于波峰线(Q1g=Q2g=0，静态平衡),图8-13,图8-14,(1)沿岸输沙率处处为零(Q1g=Q2g=0，静态平衡),(1)沿岸输沙率处处相等(Q1n=Q2n0，第二种动态平衡),岬湾海岸上游有泥沙供应：长期演变后，岬湾将与主浪向破波波峰线形成一定的夹角，使得海湾内各断面的沿岸输沙率与岬湾上游的来沙量相等(Q1n=Q2n0，第二种动态平衡),极限平衡岬湾海滩,如果上游来沙量减少，岬湾曲线形态的演变？(岬湾下游海湾受冲刷侵蚀后退，岬湾曲线内凹加深，下游滩线与入射波波峰线夹角变小)如果上游来沙量枯竭，岬湾曲线形态的演变？(岬湾内岸滩的冲蚀、后退、内凹将进一步发展，但在长时间侵蚀后将形成极限静态平衡状态)极限平衡-人工岬湾,直线海岸,Q1n=Q2n0，第二种动态平衡(任意断面上都有净输沙，但沿岸输沙率处处相等),不在海湾深处的湾头滩,受不同波向波浪作用，Q1g=Q2g0,Q1n=Q2n=0，第一种动态平衡(海岸段内部泥沙动态重分配，使波峰线与岸线平行),W1,W2,W1,W2,W1,W2,(2)岸线形状不变但可以平行前进或后退(Q1n=Q2n0，第二种动态平衡),河流供沙海岸：为了形成沿岸输沙率的梯度，河口处泥沙将堆积，岸线平行推移，由于波向线与岸线法线间的夹角由河口向两侧逐渐减小，因此形成了沿岸输沙率由河口向两侧逐渐减小的梯度，使得泥沙在波浪作用下能向两侧输出(Q1n=Q2n0，第二种动态平衡),图8-25,锦州笔架山岛,连岛沙洲：波浪遇岛屿发生折射、绕射，造成沿岸波高不等，产生由两侧向中心的沿岸流，且岛后波影区波能减弱，输沙能力降低，泥沙沉积,(3)离岸岛屿区的平衡岸线(Q1n=Q2n0，第二种动态平衡),图8-19,沙嘴和连岛沙堤形成的经验判别式(砂村,1987),海工建筑物与岸滩演变,静态平衡海岸横向输沙主导，海工建筑物将引起局部冲刷(？)动态平衡海岸沿岸输沙主导，海工建筑物将引起岸线变形(？),傲慢与偏见Greed and ignorance has disturbed many dune-beach systems,一、海工建筑物前的局部冲刷(P195),建筑物位于岸线附近，冲刷坑很快被重新淤满建筑物位于岸线陆侧，不会重新回淤建筑物位于破波点和岸线之间时，开始冲刷很快，以后逐渐变慢(反射波的回流可能使泥沙向海输移，引起严重冲刷)建筑物前水深较大，形成立波，冲刷坑逐渐发展不回淤,无护底直立堤前冲刷形态,直立堤如位于破波点外的深水中，堤前将形成立波，离岸方向的海床将受到立波冲刷：相对细沙型：悬移质，立波节点处床面形成冲刷坑，腹点处产生淤积相对粗沙型：推移质，立波节点与腹点之间的床面形成冲刷坑，节点处产生淤积,相对细沙型,相对粗沙型,护底的设置长度,限于堤前L/2以内相对细沙型：l=(L/4+L/8)=0.375L相对粗沙型：l=0.6(L/4)=0.150L,斜坡堤前冲刷形态,部分立波系统,斜坡堤如位于破波点外的深水中，堤前将形成部分立波，离岸方向的海床将受到立波冲刷：相对细沙型：节点冲刷，腹点淤积相对粗沙型：节点与腹点之间冲刷，节点淤积过渡型：冲刷坑和淤积位置偏离节点和腹点,二、海工建筑物与岸线变形(P203),突堤,人工挖槽,离岸堤,突堤例：印度马德拉斯港,N,净输沙方向,新航道,向北大于向南输沙，原设计是修建北突堤和南突堤，港口航道和口门向东，但南突堤南侧淤积，形成新陆地，北突堤北侧岸线冲蚀，日久天长，沧海桑田就导致南侧淤积的泥沙逐渐越过南突堤向港内淤积，最终不得不将港口航道和口门改为向北,修导堤维护航道水深例:美国Pierce港,沿岸净输沙率接近零，双向沿岸输沙率大致相等，潮汐通道建后使得原输沙通道被断，导堤左侧和右侧淤积，左右侧远处岸线侵蚀严重,岛堤例：美国圣莫妮卡港,岸线变形,自北向南净输沙，岛堤后形成波影区，波影区内的波浪减弱，沿岸输沙强度降低，形成连岛沙堤,接岸堤例：美国圣巴巴拉港,防波堤上游沿岸输沙淤积，岸线外移；下游泥沙供应不足，岸线退蚀。结果造成泥沙绕过防波堤形成沙嘴,港口选址中如何考虑岸线变形？,尽量避免在开敞性沿岸输沙海岸建港如不得不建，必须注意两点：上游侧：预留备淤容量下游侧：防护冲刷侵蚀,第三节 海岸变形的计算,岸滩演变的一线模型,岸线变形与沿岸输沙,一线模型理论解坐标系,一线模型的数值计算方法,一线模型数值计算步骤,确定岸线的初始位置根据波浪资料，确定深水区的波要素，计算深水区的波能流作出波浪折射图，确定达到每一节点的破波角及折射系数计算每一节点上的沿岸输沙率根据所采用的时间步长与网格间距以及计算断面高，计算下一时刻新的岸线位置根据新的岸线位置，重复进行计算，直到岸线趋于稳定或达到所要求的目的为止,岸滩演变的三维数学模拟,岸滩演变的二维数学模拟,波浪变形与海岸砂体,
