海洋地理專(zhuān)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(jì)（論文）第1頁(yè)共31頁(yè)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(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及人民的生活水平的提高，人類(lèi)對(duì)海岸帶的開(kāi)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(dòng)力敏感地帶，波浪、水流驅(qū)動(dòng)泥沙運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致海灘地形處于不斷變化過(guò)程。由于海岸環(huán)境時(shí)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(xiàn)性與非線(xiàn)性耦合機(jī)制，海灘地形不同時(shí)間尺度的響應(yīng)等海灘等過(guò)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(kāi)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(guò)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(shí)空變化過(guò)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(lái)探討海灘二維剖面地形動(dòng)態(tài)特征，早期的研究是側(cè)重于對(duì)海灘剖面形態(tài)及其控制因素的定

3、性描述。70年代以來(lái)，伴隨著科學(xué)的發(fā)展、測(cè)驗(yàn)技術(shù)進(jìn)步、計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用和海岸工程建設(shè)的需要，對(duì)海灘剖面的研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。從本質(zhì)上看，海灘過(guò)程是三維地形演變的地貌形態(tài)學(xué)和泥沙動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。而從工程應(yīng)用角度看，把三維問(wèn)題簡(jiǎn)化為二維剖面地形問(wèn)題只適用于岸線(xiàn)和水下等深線(xiàn)相對(duì)平直海岸，而實(shí)際海岸環(huán)境難以滿(mǎn)足此特定條件。我國(guó)沙質(zhì)海岸多基巖岬間，由于灣內(nèi)岸線(xiàn)彎曲，不同岸段向海的開(kāi)敞程度不同，開(kāi)展此類(lèi)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(dòng)力敏感地帶，海灘剖面形態(tài)是近岸過(guò)程的一個(gè)重要研究?jī)?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(shí)空變化極為復(fù)雜，對(duì)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(jià)值。海灘剖面重塑后的季節(jié)性變化的研究對(duì)海岸的工程建設(shè)有著指導(dǎo)性的意義，有利與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和海洋資源環(huán)境的保護(hù)。1.1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀著眼于國(guó)際研究，針對(duì)關(guān)

5、于海岸工程以及建設(shè)前后對(duì)海域工程環(huán)境的影響的研究，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家早在上世紀(jì)就投入了大量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和理論研究，發(fā)表了許多有關(guān)的論文和報(bào)告。國(guó)內(nèi)近些年來(lái)也加強(qiáng)了這方面的研究工作.目前，在國(guó)外海岸工程環(huán)境領(lǐng)域的研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢(shì)主要集中在如下幾個(gè)方面。（1）海岸形態(tài)動(dòng)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(dòng)力學(xué)的數(shù)學(xué)模型。研究包括近岸波、流、泥沙運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律及其相互作用，從而研究海岸岸線(xiàn)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(guó)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(dòng)力學(xué)的數(shù)學(xué)模型，這些模型經(jīng)過(guò)了實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)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(lèi)數(shù)學(xué)模型：一類(lèi)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(guò)在方程中加入能量耗散項(xiàng)來(lái)考淮海工學(xué)院二○○八屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第3頁(yè)共31頁(yè)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(guò)后，海面有一段相對(duì)平靜時(shí)期，波浪相對(duì)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(zhǎng)，使岸線(xiàn)不斷地淤進(jìn)。當(dāng)風(fēng)暴期間形成的沙壩完全消失時(shí)，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(zhǎng))時(shí)，形成沙壩型剖面當(dāng)波陡H。L。0

8、.025時(shí)，形成灘肩型剖面。也就是說(shuō)，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(duì)波浪大小(例如深水波長(zhǎng)L?；蛏钏ǜ逪。)的比率也是一個(gè)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(duì)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(xiàn)(如圖2所示)。曲線(xiàn)以上形成沙壩型剖面，曲線(xiàn)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(dòng)。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(dòng)過(guò)程中，泥沙的沉降時(shí)間是影響沙壩型或階梯型剖面產(chǎn)生的一個(gè)重要