沙質(zhì)海岸岸灘演變-課件

第八章岸灘演變1沙質(zhì)海岸岸灘演變8.本章總綱概述8.1海岸剖面形態(tài)(橫向)8.2海岸平面形態(tài)(縱向)8.3海岸變形計算2沙質(zhì)海岸岸灘演變精品資料岸灘演變概述風(fēng)、浪、潮、流及其他因素綜合作用岸灘剖面變化長期演變短期演變(季節(jié)性)泥沙縱向運動泥沙橫向運動岸線蝕退淤長港口及海工建筑物的安全與使用4沙質(zhì)海岸岸灘演變第一節(jié)海岸剖面形態(tài)(橫向)5沙質(zhì)海岸岸灘演變海岸剖面形態(tài)(橫向)海灘剖面分類海岸平衡剖面海岸坡度建筑物前的海岸剖面變形(“建筑物引起的岸線長期變形”)6沙質(zhì)海岸岸灘演變海灘剖面的變化規(guī)律泥沙和風(fēng)浪流潮條件不斷變化，海灘剖面也處于動態(tài)平衡過程中7沙質(zhì)海岸岸灘演變沙質(zhì)海灘的動態(tài)變化風(fēng)暴剖面(沙壩剖面):風(fēng)暴盛行期，海灘上部被侵蝕，泥沙被搬運到離岸區(qū)堆積形成沙壩沙壩的形成使得破波點向海側(cè)移動，灘面和岸基受到的沖擊力減弱，逐漸平衡。近岸區(qū)坡度變緩常浪剖面(灘肩剖面):海面相對平靜時期，波浪相對較小，淤積在離岸區(qū)的泥沙逐漸被波浪推移到近岸區(qū)，形成灘肩。近岸區(qū)坡度變陡圖8-28沙質(zhì)海岸岸灘演變沙質(zhì)海灘的重要構(gòu)造灘肩:常浪期,上涌水流將泥沙向岸推移堆積形成(推移質(zhì)向岸)沙壩:風(fēng)暴期,卷破波向下沖擊形成深槽,海側(cè)形成沙壩(懸移質(zhì)向海)強弩之末，不能入魯縞；沖風(fēng)之衰，不能起毛羽9沙質(zhì)海岸岸灘演變海灘剖面形態(tài)轉(zhuǎn)化的判數(shù)Dean,1973(8-1)室內(nèi)實驗灘肩型剖面沙壩型剖面天然海灘泥沙沉降一個波高的距離所需的時間()和波浪周期的比值。比值較大時，泥沙被波浪掀起懸浮后，需較長時間才能回到底部，懸沙將隨著波浪離岸軌跡速度的作用而向海懸移；比值較小時，泥沙被波浪掀起懸浮后，很快就能回到底部，泥沙將隨著波浪向岸軌跡速度的作用而向岸推移主要取決于波陡和海灘上的泥沙粒徑10沙質(zhì)海岸岸灘演變海灘剖面形態(tài)轉(zhuǎn)化的判數(shù)Hattori,Kawamata,1980中性，平衡剖面向岸輸沙(淤積型海灘)離岸輸沙(侵蝕型海灘)(8-6)11沙質(zhì)海岸岸灘演變

海灘剖面形態(tài)轉(zhuǎn)化的判數(shù)Sunamura,Horikawa,1974I-沙壩型II-過渡型III-灘肩型H0采用觀測期最大波高，泥沙粒徑采用平均粒徑，海灘坡度采用岸線到水深20m處的平均坡度(8-8)12沙質(zhì)海岸岸灘演變類型I：岸線后退，泥沙向海搬運，在離岸區(qū)堆積(侵蝕型海岸，沙壩剖面)類型II：岸線前進(jìn)，泥沙向兩個方向搬運，在兩側(cè)堆積

(過渡類型-平衡剖面)類型III：岸線前進(jìn)，泥沙向岸搬運，離岸區(qū)無堆積，有沖刷(堆積型海岸，灘肩剖面)海灘剖面形態(tài)轉(zhuǎn)化的判數(shù)Sunamura,Horikawa,197413沙質(zhì)海岸岸灘演變二、海灘平衡剖面什么是海灘的平衡剖面？海灘平衡剖面的形狀？能否預(yù)估海灘平衡剖面？14沙質(zhì)海岸岸灘演變什么是海灘的平衡剖面在一定的泥沙和波浪條件下，海灘上任一點的泥沙均沒有凈位移，剖面形狀維持不變的海灘形態(tài)(永不可能達(dá)到的極限狀態(tài))15沙質(zhì)海岸岸灘演變平衡剖面的中和點理論中和點：在坡度均一、泥沙顆粒大小完全一樣的一個理想海岸帶上，可以找到一點，此處波浪攜帶泥沙向岸運動的距離，等于返回時的運動距離加上重力作用引起的泥沙運動距離16沙質(zhì)海岸岸灘演變中和點理論的結(jié)果基于中和點理論的海灘平衡剖面：泥沙運動對岸坡有一定的侵蝕作用，海灘剖面需要做出相應(yīng)調(diào)整，在中立線兩側(cè)形成兩個侵蝕區(qū)，兩個侵蝕區(qū)的外側(cè)是堆積區(qū)，分別形成沿岸沙堤和水下沙堤。使得向岸側(cè)變陡，向海側(cè)變緩，海灘橫剖面形成下凹的曲線形狀17沙質(zhì)海岸岸灘演變海灘平衡剖面的經(jīng)驗形狀Dean,1977(8-12)18沙質(zhì)海岸岸灘演變海灘平衡剖面的經(jīng)驗形狀圖8-419沙質(zhì)海岸岸灘演變海灘平衡剖面的經(jīng)驗形狀KomarandMcDougal,1994y→∞，→1水深海灘坡度水深在離岸方向逐漸趨于常數(shù)水深h0(8-14)20沙質(zhì)海岸岸灘演變能否預(yù)估海灘平衡剖面？能不能根據(jù)海灘上的波浪條件預(yù)估海灘平衡剖面的曲線形狀?泥沙的橫向（x向）運動機理還沒有很好解決。在破波帶外、破波點上、破波帶內(nèi)各位置波浪對泥沙的作用機理有很大不同，泥沙運動規(guī)律至今沒有很好掌握海灘區(qū)域水動力作用復(fù)雜。波浪是泥沙運動的主要影響因素，但海灘泥沙還受到如海灘坡度、風(fēng)、潮位、潮流、裂流等因素的影響21沙質(zhì)海岸岸灘演變?nèi)?、海灘坡度粒徑：粒徑越大，坡度越?正相關(guān))波能：相同粒徑條件下，波能越大，坡度越小(負(fù)相關(guān))King(1972):22沙質(zhì)海岸岸灘演變例8-1海灘剖面形式算例23沙質(zhì)海岸岸灘演變請記下待做的習(xí)題習(xí)題8.1注明班級、學(xué)號、姓名下周四課前，各班學(xué)習(xí)委員收齊后上交24沙質(zhì)海岸岸灘演變第二節(jié)海岸平面形態(tài)(縱向)25沙質(zhì)海岸岸灘演變海灘的長期演變海灘剖面的變化將影響海岸的剖面形狀、管線的鋪設(shè)、海岸設(shè)施的局部穩(wěn)定海岸線的長期變形將影響海岸工程建筑物的存在意義和海岸線的長遠(yuǎn)利用價值滄海桑田，?？菔癄€26沙質(zhì)海岸岸灘演變一、海岸形態(tài)分類Q1>Q2:泥沙堆積，岸線前進(jìn)—>堆積性海岸Q1<Q2:遭到侵蝕，岸線后退—>侵蝕性海岸Q1=Q2:輸沙平衡，不沖不淤—>平衡海岸靜態(tài)平衡:Q1g=Q2g=0，無沿岸輸沙No.1動態(tài)平衡:Q1g=Q2g≠0,Q1n=Q2n=0No.2動態(tài)平衡:Q1n=Q2n≠0下標(biāo)g表示總輸沙率=|出|+|進(jìn)|，下標(biāo)n表示凈輸沙率=|進(jìn)-出|圖8-1127沙質(zhì)海岸岸灘演變二、沙質(zhì)海岸平衡岸線的形狀長時期一定規(guī)律(?)的海岸動力作用(浪、流、潮)無外部泥沙來源(如河流來沙)動態(tài)平衡岸線(1)沿岸輸沙率處處相等(Q1g=Q2g=0，靜態(tài)平衡；Q1n=Q2n≠0，第二種動態(tài)平衡)(2)岸線形狀不變但可以平行前進(jìn)或后退(Q1n=Q2n≠0，第二種動態(tài)平衡)(3)離岸島嶼區(qū)的平衡岸線(Q1n=Q2n≠0，第二種動態(tài)平衡)28沙質(zhì)海岸岸灘演變(1)沿岸輸沙率處處為零(Q1g=Q2g=0，靜態(tài)平衡)灣頭灘(pocketbeach):海灘兩端為岬角限制，沒有或極少外部泥沙輸入，受長期固定波向波浪作用，Q1g=Q2g=0，靜態(tài)平衡(岸線與波峰線平行，破波角=0→沿岸輸沙率Ql=0[7-138])29沙質(zhì)海岸岸灘演變岬灣海岸上游無泥沙供應(yīng)：兩端受到不易侵蝕的岬角保護(hù)，當(dāng)波浪斜向入射時，左邊受到岬角掩護(hù)，波浪繞射(影響何處？)和折射(影響何處)后波峰線改變方向，沖擊岸線使得其形成接近于等角螺線的形狀。右邊不受岬角保護(hù)，岸線將趨向平行于波峰線(Q1g=Q2g=0，靜態(tài)平衡)圖8-13圖8-14(1)沿岸輸沙率處處為零(Q1g=Q2g=0，靜態(tài)平衡)30沙質(zhì)海岸岸灘演變(1)沿岸輸沙率處處相等(Q1n=Q2n≠0，第二種動態(tài)平衡)岬灣海岸上游有泥沙供應(yīng)：長期演變后，岬灣將與主浪向破波波峰線形成一定的夾角，使得海灣內(nèi)各斷面的沿岸輸沙率與岬灣上游的來沙量相等(Q1n=Q2n≠0，第二種動態(tài)平衡)31沙質(zhì)海岸岸灘演變極限平衡岬灣海灘如果上游來沙量減少，岬灣曲線形態(tài)的演變？(岬灣下游海灣受沖刷侵蝕后退，岬灣曲線內(nèi)凹加深，下游灘線與入射波波峰線夾角變小)如果上游來沙量枯竭，岬灣曲線形態(tài)的演變？(岬灣內(nèi)岸灘的沖蝕、后退、內(nèi)凹將進(jìn)一步發(fā)展，但在長時間侵蝕后將形成極限靜態(tài)平衡狀態(tài))極限平衡-人工岬灣32沙質(zhì)海岸岸灘演變直線海岸Q1n=Q2n≠0，第二種動態(tài)平衡(任意斷面上都有凈輸沙，但沿岸輸沙率處處相等)33沙質(zhì)海岸岸灘演變不在海灣深處的灣頭灘受不同波向波浪作用，Q1g=Q2g≠0,Q1n=Q2n=0，第一種動態(tài)平衡(海岸段內(nèi)部泥沙動態(tài)重分配，使波峰線與岸線平行)W1W2W1W2W1W234沙質(zhì)海岸岸灘演變(2)岸線形狀不變但可以平行前進(jìn)或后退

(Q1n=Q2n≠0，第二種動態(tài)平衡)河流供沙海岸：為了形成沿岸輸沙率的梯度，河口處泥沙將堆積，岸線平行推移，由于波向線與岸線法線間的夾角由河口向兩側(cè)逐漸減小，因此形成了沿岸輸沙率由河口向兩側(cè)逐漸減小的梯度，使得泥沙在波浪作用下能向兩側(cè)輸出(Q1n=Q2n≠0，第二種動態(tài)平衡)圖8-2535沙質(zhì)海岸岸灘演變錦州筆架山島連島沙洲：波浪遇島嶼發(fā)生折射、繞射，造成沿岸波高不等，產(chǎn)生由兩側(cè)向中心的沿岸流，且島后波影區(qū)波能減弱，輸沙能力降低，泥沙沉積(3)離岸島嶼區(qū)的平衡岸線(Q1n=Q2n≠0，第二種動態(tài)平衡)圖8-19沙嘴和連島沙堤形成的經(jīng)驗判別式(砂村,1987)36沙質(zhì)海岸岸灘演變海工建筑物與岸灘演變靜態(tài)平衡海岸橫向輸沙主導(dǎo)，海工建筑物將引起局部沖刷(？)動態(tài)平衡海岸沿岸輸沙主導(dǎo)，海工建筑物將引起岸線變形(？)《傲慢與偏見》Greedandignorancehasdisturbedmanydune-beachsystems37沙質(zhì)海岸岸灘演變一、海工建筑物前的局部沖刷(P195)建筑物位于岸線附近，沖刷坑很快被重新淤滿建筑物位于岸線陸側(cè)，不會重新回淤建筑物位于破波點和岸線之間時，開始沖刷很快，以后逐漸變慢(反射波的回流可能使泥沙向海輸移，引起嚴(yán)重沖刷)建筑物前水深較大，形成立波，沖刷坑逐漸發(fā)展不回淤38沙質(zhì)海岸岸灘演變無護(hù)底直立堤前沖刷形態(tài)直立堤如位于破波點外的深水中，堤前將形成立波，離岸方向的海床將受到立波沖刷：相對細(xì)沙型：懸移質(zhì)，立波節(jié)點處床面形成沖刷坑，腹點處產(chǎn)生淤積相對粗沙型：推移質(zhì)，立波節(jié)點與腹點之間的床面形成沖刷坑，節(jié)點處產(chǎn)生淤積相對細(xì)沙型相對粗沙型39沙質(zhì)海岸岸灘演變護(hù)底的設(shè)置長度限于堤前L/2以內(nèi)相對細(xì)沙型：

l=(L/4+L/8)=0.375L相對粗沙型：l=0.6×(L/4)=0.150L40沙質(zhì)海岸岸灘演變斜坡堤前沖刷形態(tài)部分立波系統(tǒng)斜坡堤如位于破波點外的深水中，堤前將形成部分立波，離岸方向的海床將受到立波沖刷：相對細(xì)沙型：節(jié)點沖刷，腹點淤積相對粗沙型：節(jié)點與腹點之間沖刷，節(jié)點淤積過渡型：沖刷坑和淤積位置偏離節(jié)點和腹點41沙質(zhì)海岸岸灘演變二、海工建筑物與岸線變形(P203)突堤人工挖槽離岸堤42沙質(zhì)海岸岸灘演變突堤例：印度馬德拉斯港N凈輸沙方向新航道向北大于向南輸沙，原設(shè)計是修建北突堤和南突堤，港口航道和口門向東，但南突堤南側(cè)淤積，形成新陸地，北突堤北側(cè)岸線沖蝕，日久天長，滄海桑田就導(dǎo)致南側(cè)淤積的泥沙逐漸越過南突堤向港內(nèi)淤積，最終不得不將港口航道和口門改為向北43沙質(zhì)海岸岸灘演變修導(dǎo)堤維護(hù)航道水深例:美國Pierce港沿岸凈輸沙率接近零，雙向沿岸輸沙率大致相等，潮汐通道建后使得原輸沙通道被斷，導(dǎo)堤左側(cè)和右側(cè)淤積，左右側(cè)遠(yuǎn)處岸線侵蝕嚴(yán)重44沙質(zhì)海岸岸灘演變島堤例：美國圣莫妮卡港岸線變形自北向南凈輸沙，島堤后形成波影區(qū)，波影區(qū)內(nèi)的波浪減弱，沿岸輸沙強度降低，形成連島沙堤45沙質(zhì)海岸岸灘演變接岸堤例：美國圣巴巴拉港防波堤上游沿岸輸沙淤積，岸線外移；下游泥沙供應(yīng)不足，岸線退蝕。結(jié)果造成泥沙繞過防波堤形成沙嘴46沙質(zhì)海岸岸灘演變港口選址中如何考慮岸線變形？盡量避免在開敞性沿岸輸沙海岸建港如不得不建，必須注意兩點：上游側(cè)：預(yù)留備淤容量下游側(cè)：防護(hù)沖刷侵蝕47沙質(zhì)海岸岸灘演變第三節(jié)海岸變形的計算48沙質(zhì)海岸岸灘演變岸灘演變的一線模型49沙質(zhì)海岸岸灘演變岸線變形與沿岸輸沙50沙質(zhì)海岸岸灘演變一線模型理論解坐標(biāo)系5