粉沙質(zhì)海岸研究現(xiàn)狀

1、 中國(guó)海岸線綿長(zhǎng),海岸類(lèi)別豐富。海岸工程中通常將海岸分為以下幾類(lèi)：基巖海岸、砂(礫)質(zhì)海岸、淤泥質(zhì)海岸、生物海岸,其中砂(礫)質(zhì)海岸和淤泥質(zhì)海岸又統(tǒng)稱(chēng)為平原海岸。港航工程中通常以床面泥沙的中值粒徑D50作為海岸分類(lèi)的指標(biāo),早期以0.05mm為分界線,大于0.05mm的為沙質(zhì)海岸;小于0.05mm的為淤泥質(zhì)海岸。近期又進(jìn)一步將床面泥沙D500.031mm的海岸稱(chēng)為淤泥質(zhì)海岸, D500.125mm的海岸稱(chēng)為沙質(zhì)海岸,介于0.031mm和0.125mm之間的海岸定名為粉沙質(zhì)海岸。我國(guó)漫長(zhǎng)海岸線上散布著不少粉沙質(zhì)海岸段,如遼東、冀北、魯東、蘇北、浙東等海岸均有粉沙質(zhì)海岸段。長(zhǎng)期以來(lái),人們對(duì)沙質(zhì)海岸和

2、淤泥質(zhì)海岸的泥沙運(yùn)動(dòng)研究較多,成果豐富,工程實(shí)例也較多。但對(duì)粉砂質(zhì)海岸的泥沙運(yùn)動(dòng)研究較少,缺乏工程實(shí)例。以往港航建設(shè)輕易不敢涉足粉沙質(zhì)海岸區(qū),因?yàn)檫@類(lèi)海岸床沙的活動(dòng)性大,風(fēng)浪作用下底沙極易起動(dòng)運(yùn)移,風(fēng)浪減小后又極易沉積,開(kāi)敞航道極易發(fā)生強(qiáng)淤或驟淤。粉沙定向運(yùn)移在河流沖淤、堤壩、海岸碼頭、潮灘圍墾等工程中是一個(gè)非常重要的問(wèn)題,特別是在海岸侵蝕方面起著決定作用。泥沙水力特性粉沙質(zhì)海岸泥沙的水力特性為起動(dòng)流速小、沉降速度相對(duì)較大。根據(jù)泥沙起動(dòng)曲線(圖1)可知,粉沙質(zhì)海岸泥沙處在該曲線谷部,起動(dòng)流速均比泥質(zhì)海岸泥沙和沙質(zhì)海岸泥沙的起動(dòng)流速小回淤特點(diǎn)1粉沙質(zhì)海岸的水體含沙量與風(fēng)浪有關(guān),無(wú)風(fēng)時(shí),海面平靜,

3、水體清徹,有風(fēng)時(shí),浪隨風(fēng)起,水體渾濁。港口航道的回淤受風(fēng)浪影響很大,無(wú)風(fēng)不淤,小風(fēng)小淤,大風(fēng)大淤,強(qiáng)風(fēng)強(qiáng)淤,狂風(fēng)驟淤;2淤積物質(zhì)中既有懸移質(zhì),也有推移質(zhì),兩者均不可忽視; 3在同樣風(fēng)浪作用下,粉沙質(zhì)海岸港航的淤積要比淤泥質(zhì)海岸和沙質(zhì)海岸港航的淤積嚴(yán)重,這是由粉沙質(zhì)海岸泥沙易揚(yáng)易沉特性所決定4粉沙質(zhì)海岸的回淤量年際變化幅度大于淤泥質(zhì)海岸和沙質(zhì)海岸的年際變化幅度,后兩者的變化幅度是年平均回淤量的35%左右,而粉沙質(zhì)海岸回淤量年際變化幅度可達(dá)年平均回淤量的50%以上5;5粉沙質(zhì)海岸開(kāi)敞航道易發(fā)生驟淤,一次年最大風(fēng)的回淤量可達(dá)到年均回淤量的一半5;6粉沙質(zhì)海岸港航的施工回淤量遠(yuǎn)比淤泥質(zhì)海岸和沙質(zhì)海岸港

4、航的施工回淤量大;7粉沙易板結(jié),因此粉沙質(zhì)海岸開(kāi)敝航道發(fā)生強(qiáng)淤和驟淤后應(yīng)立即清淤,以免粉沙板結(jié)增加清淤的困難。由上述回淤特點(diǎn)可知,粉沙質(zhì)海岸的泥沙運(yùn)動(dòng)和泥沙回淤是港航建設(shè)中的關(guān)鍵,必須在設(shè)計(jì)和施工時(shí)給以充分的重視。粉沙的運(yùn)移形態(tài)粉沙質(zhì)海岸泥沙有三種運(yùn)移形態(tài),即懸移質(zhì)、推移質(zhì)和臨底高濃度含沙層。4.1懸移質(zhì)在粉沙質(zhì)海岸上,波浪掀沙、潮流輸沙仍是該海岸泥沙運(yùn)移組成的重要方式與主要過(guò)程.在一般天氣條件下,粉沙質(zhì)海岸泥沙運(yùn)動(dòng)仍然以懸移質(zhì)運(yùn)動(dòng)為主。懸移質(zhì)泥沙在水流中運(yùn)移極不規(guī)則,時(shí)而上浮,時(shí)而下沉,總體上是隨流運(yùn)移,其運(yùn)移方向和速度與水流的方向和速度一致。懸移質(zhì)能在水中隨流做長(zhǎng)距離運(yùn)移。4.2推移質(zhì)粉沙

5、質(zhì)海岸波浪作用下泥沙中的粗顆粒部分將形成推移質(zhì)。推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)的主要特點(diǎn)是與床面接觸,運(yùn)動(dòng)的方式有滾動(dòng)、跳躍、滑移等多種方式。目前多用推移質(zhì)輸沙率來(lái)表示推移質(zhì)泥沙運(yùn)動(dòng)的數(shù)量.4.3臨底部高濃度含沙水體層臨底部的高濃度含沙層是粉沙質(zhì)海岸上在大風(fēng)天氣下特有的一種泥沙運(yùn)移形態(tài),存在于懸移質(zhì)和推移質(zhì)之間的鄰近床面水體中,是懸移質(zhì)與推移質(zhì)的過(guò)渡區(qū),上面與懸移質(zhì)平滑過(guò)渡,無(wú)明確分界線,下面與床面為界,與推移質(zhì)泥沙頻繁交換。臨底部的高濃度含沙層按運(yùn)移特點(diǎn)來(lái)分析屬于懸移質(zhì),是上部水體懸移質(zhì)的一部分。由于粉沙起動(dòng)流速小,沉降速度大,容易沉積,因此沉聚在下部形成濃度高、厚度小、對(duì)航道淤積有重要影響的特殊懸移質(zhì)。臨底部

6、的高濃度含沙層很不穩(wěn)定,在水動(dòng)力增加時(shí),易轉(zhuǎn)化為懸移質(zhì),在水動(dòng)力減弱時(shí),又易轉(zhuǎn)化為推移質(zhì).與懸移質(zhì)和推移質(zhì)的稱(chēng)呼相對(duì)應(yīng),臨底部的高濃度含沙層被不同學(xué)者分別命名為“底移質(zhì)”、“流移質(zhì)”、“混移質(zhì)”、“躍移質(zhì)”、“層移質(zhì)”等.粉沙的運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究目前,眾多學(xué)者采用理論推導(dǎo)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)分析、試驗(yàn)室試驗(yàn)等多種手段對(duì)粉沙的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了研究,包括:輸沙率及其公式研究、粉沙液化機(jī)理研究、波浪作用下沙波的運(yùn)動(dòng)速度和床面底沙輸移研究、挾沙力研究、床面剪切力研究、推懸比(推移質(zhì)輸沙率與懸移質(zhì)輸沙率)研究、臨底高濃度含沙水體層輸沙率研究、水流、波浪及波流共同作用下的泥沙起動(dòng)研究(起動(dòng)公式、起動(dòng)水深和起動(dòng)波高研

7、究、波浪作用下懸移質(zhì)含沙量的垂線分布規(guī)律、臨底高濃度含沙水體的高度及該層中的水體運(yùn)移速度研究、臨底高濃度含沙水體流速與含沙量的關(guān)系研究、往復(fù)流作用下粉沙的起懸和沉降過(guò)程研究、波流共同作用下泥沙擴(kuò)散系數(shù)沿垂線分布研究、波流共同作用下泥沙垂線分布研究、破碎波作用下粉沙懸移質(zhì)濃度垂向分布實(shí)驗(yàn)研究，等等。這些粉沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究為泥沙淤積研究和工程應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。粉沙淤泥質(zhì)海岸研究方法與進(jìn)展粉沙淤泥質(zhì)海岸岸灘的現(xiàn)代演變過(guò)程主要是波浪、潮流等海水動(dòng)力和入海河流的供水、供沙以及岸灘沉積地貌諸自然因素相互作用的結(jié)果。目前，對(duì)于淤泥質(zhì)海岸研究已經(jīng)提出了相當(dāng)多的計(jì)算方法和公式10-12，而粉沙淤泥質(zhì)岸灘的數(shù)值研究

8、較之淤泥質(zhì)海岸、沙質(zhì)海岸, 無(wú)論在觀測(cè)手段或研究深度上尚屬探索階段。其數(shù)值研究目前大致分為兩種方法, 即數(shù)學(xué)模型和泥沙模型。數(shù)學(xué)模型的方法是根據(jù)岸灘剖面的形態(tài)擬合出函數(shù)關(guān)系, 然后采用數(shù)值逼近的手段來(lái)研究,如趨勢(shì)面方法。泥沙模型亦可分為二維和三維, 其基本作法是由水流的連續(xù)方程、動(dòng)量守恒方程, 以及泥沙連續(xù)方程, 根據(jù)一定的初邊界條件進(jìn)行求解。如王尚毅(1990)、曹祖德和王運(yùn)洪(1992)、竇國(guó)仁(1996)、Fredsoe 等(1985)13在此方面均有所研究。粉沙質(zhì)海岸泥沙定向運(yùn)移控制初步研究（馬利柱2004）研究區(qū)海域調(diào)查(l)海域潮、流基本特征調(diào)查布置一個(gè)驗(yàn)潮點(diǎn),三個(gè)測(cè)流站;(2)海

9、域水沙調(diào)查布置三個(gè)懸浮體采集站;(3)海域底質(zhì)調(diào)查布置32個(gè)表層取樣點(diǎn);(4)海域壩址區(qū)工程地質(zhì)調(diào)查布置兩個(gè)柱狀樣采集區(qū),兩個(gè)原位靜力觸探試驗(yàn)和18個(gè)微型貫入試驗(yàn)點(diǎn);(5)海域高精度高程控制布置1:500地形圖測(cè)區(qū)(范圍500m*4OOm)?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)(l)試驗(yàn)過(guò)程中水沙監(jiān)測(cè);(2)試驗(yàn)過(guò)程淤積高精度控制測(cè)量,每三天一次,在堤壩區(qū)建立三條剖面,必要的話用高精度水準(zhǔn)儀控制剖面;開(kāi)展工作：在研究區(qū)的300mX300m的范圍內(nèi)我們采取了32個(gè)表層樣, 每個(gè)樣品量均超過(guò)Ikg,然后將所有的懸浮體樣品進(jìn)行粒度分析。所用儀器為英國(guó)Ma1Vern公司生產(chǎn)的Mastersizer2000型激光粒度儀。在研究

10、區(qū)壩址附近進(jìn)行了靜力觸探試驗(yàn)CPTZ個(gè)和垂直岸線方向布置完成微型貫入試驗(yàn)孔18個(gè),孔距10米.研究區(qū)研究程度較低,為研究該區(qū)的潮汐情況,我們分別于2003年7月30一31日、8月3一4日和8月6一7日進(jìn)行了周日潮位觀測(cè)和三個(gè)站位的周日海流觀測(cè),潮位觀測(cè)采用水尺人工讀數(shù),讀數(shù)間隔20分鐘;海流觀測(cè)采用儀器型號(hào)為青島海洋大學(xué)產(chǎn)的SLC9一2A型直讀式海流計(jì),測(cè)量范圍流速0.033.5m/s,準(zhǔn)確度成士1.50%,流向0360,準(zhǔn)確度士4水體含沙率分別于2003年7月30一31日、8月3一4日和8月6一7日進(jìn)行了三個(gè)站位的周日海流觀測(cè)和表層與底層的懸浮體取樣,;觀測(cè)站位的坐標(biāo)如下表所示。粉沙質(zhì)海岸的

11、水體含沙量與風(fēng)浪、潮汐有關(guān),無(wú)風(fēng)時(shí),海面平靜,水體清徹,有風(fēng)時(shí),浪隨風(fēng)起,水體渾濁。粉沙在波浪、潮流的作用下懸揚(yáng),在底部形成高濃度含沙水體,隨水流運(yùn)移,呈懸移狀態(tài),當(dāng)水動(dòng)力進(jìn)一步加強(qiáng)時(shí),在全部水體中懸浮,出現(xiàn)“沙云”現(xiàn)象,一旦水體平靜,懸浮的粉沙很快沉積于海底。本區(qū)懸沙主要由粗粉沙組成,但其含量很小。風(fēng)浪和海流等動(dòng)力作用將起動(dòng)和攜帶泥沙向不同方向運(yùn)移,根據(jù)潮流特征,由于余流流速約為潮流速的10一20%,因此泥沙總體上將保持定向運(yùn)移的特點(diǎn),并能對(duì)泥沙起到長(zhǎng)距離搬運(yùn)的作用,并造成海底的沖淤變化。趙群（黃驊港驟淤機(jī)理的分析以及波浪作用下近岸含沙量場(chǎng)的三維特性）通過(guò)對(duì)遙感衛(wèi)片、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的綜合

12、分析,認(rèn)為,在波浪作用下,泥沙運(yùn)動(dòng)存在明顯的三維特征。底層含沙量受波高控制,在波浪破碎以前達(dá)到最大,表層含沙量與底層含沙量不存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此,應(yīng)謹(jǐn)慎對(duì)待采用遙感衛(wèi)片和二維數(shù)值模型得到的計(jì)算結(jié)果。黃驊港外航道淤?gòu)?qiáng)分布與波浪破碎帶呈很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,因此,黃驊港外航道的驟淤問(wèn)題受波浪控制,波浪是黃驊港海域泥沙運(yùn)動(dòng)的主要?jiǎng)恿l件。國(guó)外將粉沙淤泥統(tǒng)稱(chēng)為silt。因此沒(méi)有專(zhuān)門(mén)針對(duì)粉沙的研究。Observations on silt and sand transport in the throat section of the Frisian Inlet（2004）將silt定義為粒度在53m一下，研究區(qū)域?yàn)榈湼ダ锼固m入口在觀測(cè)點(diǎn)位置防止?jié)岫葍x測(cè)粉沙淤泥濃度 用ASTM測(cè)懸浮泥沙濃度。山東半島地區(qū)以