沙質(zhì)海灘侵蝕與近岸人工沙壩防護技術(shù)研究.pdf

1、全世界沿海地區(qū)是人口密集、經(jīng)濟發(fā)展最為迅速的地帶,也是旅游最為旺盛的地帶,海灘是人們喜愛的旅游、休憩與水上活動的場所。然而由于氣候變化和人類活動的交互影響,海灘泥沙收支嚴重虧損,破壞了海洋動力與泥沙運移和岸灘演變業(yè)已建立的動態(tài)平衡,使得侵蝕型海灘的范圍進一步擴大,海灘寬度變窄、坡度變陡和灘面物質(zhì)粗化等問題日趨嚴重,引起了水利與海洋界的廣泛關(guān)注,亦成為海岸工程研究的熱點課題之一。
　　海岸侵蝕從本質(zhì)上講就是海岸線的泥沙被沖刷大于淤積

2、所造成。因此,改變岸線的動力條件使泥沙促淤,或者增加泥沙的來源,實為防治侵蝕的關(guān)鍵。從工程角度而言,促淤防沖是可以用堤壩等實體建筑物,或樁柱、孔礁、柔性浮簾等透水結(jié)構(gòu),這種防護措施又稱為“硬性”工程措施。通過這些措施來改變波浪、水流和泥沙運動的水動力特性,使水流流速減緩,從而減少帶走的泥沙。“硬性”工程的方法雖然可以保護海岸侵蝕,但也存在諸多弊端。與“硬性”工程相對比,利用近岸人工補沙養(yǎng)灘則是一種較為新興的護岸養(yǎng)灘的方法。它是將補給泥沙

3、拋置在平均低潮位以下形成人工沙壩,然后依靠自然波浪的作用將泥沙向岸灘輸移,起到“喂養(yǎng)”海灘和“遮蔽”波浪效應(yīng),其對海洋環(huán)境和海灘旅游資源影響最小。但鑒于近岸人工沙壩所處的海洋動力環(huán)境復(fù)雜多變,壩體上泥沙運動規(guī)律的復(fù)雜性、壩體衰退過程的非均勻性、穩(wěn)定剖面的非線性等諸多疑難問題尚未得到有效解決。因此開展新的近岸人工拋填沙壩養(yǎng)灘方法的研究,不僅能豐富海岸動力學(xué)、泥沙運動力學(xué)、海岸工程學(xué)的相關(guān)理論,而且具有海岸環(huán)境保護、旅游資源開發(fā)與維護等諸多

4、應(yīng)用價值。
　　本文對波浪與人工沙壩相互作用的過程進行分析,建立了人工沙壩附近波浪變形和波能變化的公式。從人工沙壩消波機理入手,分析了波浪對沙壩變形的影響,描述了人工沙壩剖面從沖蝕到達到動態(tài)平衡的過程。
　　本文通過斷面(二維)物理模型試驗對不同的人工沙壩設(shè)計參數(shù),包括離岸距離、沙壩高程、壩頂寬度,人工沙壩消減波浪,養(yǎng)灘效果,及人工沙壩自身的形態(tài)響應(yīng)等,進行了測量與分析,得到了如下主要結(jié)論:
　　(1)波浪透射系數(shù),隨

5、著相對壩高、相對壩頂寬度、人工沙壩離岸距離、入射波波陡的增加逐漸減小,隨著波浪作用時間的延長而減小;當(dāng)相對壩高在一定范圍內(nèi),波浪透射系數(shù)隨著相對壩頂水深的增高而增大,到達最大值后保持基本穩(wěn)定。
　　(2)隨著沙壩高程的增加,岸灘灘肩淤積寬度在逐漸增加;隨著水位的增加,波浪對岸灘的侵蝕區(qū)域向岸靠近,侵蝕區(qū)域面積在增大。
　　通過整體(三維)物理模型試驗對不同方案、不同潮位、不同波浪要素條件下,海岸水域波浪分布、穩(wěn)定岸線形狀、海

6、岸穩(wěn)定剖面形狀、離岸輸沙量、水下沙壩的消浪護灘效果影響進行了測量和分析,得到主要結(jié)論是:
　　(1)岬灣海岸水域,在相同波高,不同波向條件下,正向入射時海域波高較大的區(qū)域分布最廣。方案C(灘肩補沙+水下沙壩)由于人工沙壩消弱波浪作用,在前灘海域波高較小。
　　(2)規(guī)則波會對海岸線造成侵蝕,不規(guī)則波作用下,海岸線具有一定的自我修復(fù)能力,就恢復(fù)效果而言:岸線侵蝕情況削弱,岸線恢復(fù)效果越好。
　　規(guī)則波作用下,岸線的后退幅

7、度比較:方案 A(現(xiàn)狀)>方案 B(灘肩補沙)>方案C;不規(guī)則波作用下,方案C有較好恢復(fù)能力。
　　(3)規(guī)則波作用下,岸灘剖面發(fā)生侵蝕,且波高越大,對岸灘的侵蝕越嚴重;不規(guī)則波作用下,岸灘形成灘肩剖面,且侵蝕浪越小,恢復(fù)效果愈佳。
　　三種方案海岸剖面比較,方案C能夠拓寬海灘灘肩,促使海灘泥沙淤積,有效治理海灘。方案B灘肩補沙,在潮位較大時,補沙主要向海運動,方案B可以應(yīng)急治理海灘,但在較強波動力作用下,動力調(diào)整與治理海灘