海洋地理專業(yè)畢業(yè)論文-海岸工程與海灘剖面形態(tài)研究(1)

1、淮海工學(xué)院二○○八屆畢業(yè)設(shè)計（論文）第1頁共31頁1引言海岸帶是陸地與海洋的連接地帶，由陸地、灘涂和淺海三部分組成。雖然全球海岸帶的面積僅占陸地面積的110，但生活在海岸帶區(qū)域的人口卻占世界總?cè)丝诘?10.隨著人口的增長、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及人民的生活水平的提高，人類對海岸帶的開發(fā)強(qiáng)度加大，進(jìn)行了不同規(guī)模的圍海工程以及海岸工程建設(shè)。海灘是海陸邊界匯聚的一動力敏感地帶，波浪、水流驅(qū)動泥沙運(yùn)動導(dǎo)致海灘地形處于不斷變化過程。由于海岸環(huán)境時空變化的復(fù)雜

2、性，受泥沙特性、入射能量及其淺水變形、線性與非線性耦合機(jī)制，海灘地形不同時間尺度的響應(yīng)等海灘等過程與形態(tài)之間的互反饋?zhàn)饔?，海灘作為一物質(zhì)與能量開放系統(tǒng)不斷調(diào)整并力圖達(dá)到一最佳或平衡狀態(tài)。在這種狀態(tài)中，海灘過程和形態(tài)都達(dá)到最大穩(wěn)定性。海灘作為泥沙再分布形成的堆積地形，其地形組合演變本質(zhì)上是三維地形的時空變化過程。由于海灘系統(tǒng)的復(fù)雜性，研究人員采用了不同研究方法來探討海灘二維剖面地形動態(tài)特征，早期的研究是側(cè)重于對海灘剖面形態(tài)及其控制因素的定

3、性描述。70年代以來，伴隨著科學(xué)的發(fā)展、測驗(yàn)技術(shù)進(jìn)步、計算機(jī)的廣泛應(yīng)用和海岸工程建設(shè)的需要，對海灘剖面的研究取得了長足的進(jìn)展。從本質(zhì)上看，海灘過程是三維地形演變的地貌形態(tài)學(xué)和泥沙動力學(xué)問題。而從工程應(yīng)用角度看，把三維問題簡化為二維剖面地形問題只適用于岸線和水下等深線相對平直海岸，而實(shí)際海岸環(huán)境難以滿足此特定條件。我國沙質(zhì)海岸多基巖岬間，由于灣內(nèi)岸線彎曲，不同岸段向海的開敞程度不同，開展此類海灘平衡剖面形態(tài)研究從理論上與應(yīng)用上都具有重要的

4、實(shí)際意義。海灘位于海陸之間的動力敏感地帶，海灘剖面形態(tài)是近岸過程的一個重要研究內(nèi)容。海灘剖面形態(tài)受波浪、泥沙、沿岸流、地質(zhì)等諸多因素的影響，使得海灘剖面時空變化極為復(fù)雜，對其研究具有重要的理論意義。另一方面，海灘作為海岸帶資源的重要組成部分，與人們的生產(chǎn)關(guān)系極為密切，因而具有實(shí)際應(yīng)用價值。海灘剖面重塑后的季節(jié)性變化的研究對海岸的工程建設(shè)有著指導(dǎo)性的意義，有利與國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和海洋資源環(huán)境的保護(hù)。1.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀著眼于國際研究，針對關(guān)

5、于海岸工程以及建設(shè)前后對海域工程環(huán)境的影響的研究，歐美等發(fā)達(dá)國家早在上世紀(jì)就投入了大量的現(xiàn)場實(shí)測和理論研究，發(fā)表了許多有關(guān)的論文和報告。國內(nèi)近些年來也加強(qiáng)了這方面的研究工作.目前，在國外海岸工程環(huán)境領(lǐng)域的研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢主要集中在如下幾個方面。（1）海岸形態(tài)動力學(xué)研究，其主要是研究物理現(xiàn)象的機(jī)理，發(fā)展海岸形態(tài)動力學(xué)的數(shù)學(xué)模型。研究包括近岸波、流、泥沙運(yùn)動的基本規(guī)律及其相互作用，從而研究海岸岸線數(shù)學(xué)模型和海岸區(qū)域數(shù)學(xué)模型。目前，歐盟中各

6、國主要水力研究所（大學(xué)）都建立了自己獨(dú)特的海岸形態(tài)動力學(xué)的數(shù)學(xué)模型，這些模型經(jīng)過了實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場大量資料的驗(yàn)證，已投入使用。（2）近岸淺水波、破碎波研究。目前的研究主要包括兩大類數(shù)學(xué)模型：一類是以緩坡方程和波浪能量守恒為主，方程的求解可直接擴(kuò)張到破波帶內(nèi)，波浪破碎的影響通過在方程中加入能量耗散項來考淮海工學(xué)院二○○八屆畢業(yè)設(shè)計（論文）第3頁共31頁浪減弱，從而使海岸受到了保護(hù)。海灘剖面逐漸適應(yīng)于大風(fēng)浪的季節(jié)，形成了以沙壩為特征的沙壩剖面。

7、當(dāng)風(fēng)暴季節(jié)過后，海面有一段相對平靜時期，波浪相對減小，泥沙又從離岸區(qū)逐漸向岸邊推移。泥沙向岸邊堆積，逐漸形成了灘肩，灘肩不斷地增長，使岸線不斷地淤進(jìn)。當(dāng)風(fēng)暴期間形成的沙壩完全消失時，泥沙全部推向岸邊，形成坡度較大的灘肩剖面(階梯剖面)。一年中海灘剖面就是這樣隨著水文要素的季節(jié)變化在上述兩種剖面之間轉(zhuǎn)化。Johnson(1949)最早的實(shí)驗(yàn)研究認(rèn)為，當(dāng)波陡H。L。0.03(H。為深水波高，L。為深水波長)時，形成沙壩型剖面當(dāng)波陡H。L。0

8、.025時，形成灘肩型剖面。也就是說，他認(rèn)為發(fā)生剖面轉(zhuǎn)化的深水波陡H。L。的臨界值為0.025～0.030。由于實(shí)驗(yàn)條件不同，不同學(xué)者得到的臨界波陡值各有差異?；贘ohnson(1949)的研究工作，Rect(1954)認(rèn)為海床物質(zhì)的顆粒大小(中值粒徑D50)對波浪大小(例如深水波長L。或深水波高H。)的比率也是一個很重要的影響因素。IwagakiNod。(1963)、Nayak(1971)在試驗(yàn)中考慮了顆粒粒徑的影響，對包括他們自己

9、試驗(yàn)結(jié)果在內(nèi)的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，建立了沙壩形成的判定標(biāo)準(zhǔn)。以H。L。與ρH。(ρsρ)D50(ρs、ρ分別為泥沙顆粒和水的密度)為坐標(biāo)，繪出臨界曲線(如圖2所示)。曲線以上形成沙壩型剖面，曲線以下形成階梯型剖面，這表明：:粒徑大易形成灘肩，粒徑小易形成沙壩，因?yàn)榱叫∫装l(fā)生離岸方向的懸移運(yùn)動。圖2海灘剖面的轉(zhuǎn)化(據(jù)Nayak，1970)Dean(1973)指出：在波浪循環(huán)運(yùn)動過程中，泥沙的沉降時間是影響沙壩型或階梯型剖面產(chǎn)生的一個重要