沙质海滩侵蚀与近岸人工沙坝防护技术研究

发布时间：2017-12-15 14:36

  本文关键词：沙质海滩侵蚀与近岸人工沙坝防护技术研究

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【摘要】：全世界沿海地区是人口密集、经济发展最为迅速的地带，也是旅游最为旺盛的地带，海滩是人们喜爱的旅游、休憩与水上活动的场所。然而由于气候变化和人类活动的交互影响，海滩泥沙收支严重亏损，破坏了海洋动力与泥沙运移和岸滩演变业已建立的动态平衡，使得侵蚀型海滩的范围进一步扩大,海滩宽度变窄、坡度变陡和滩面物质粗化等问题日趋严重,引起了水利与海洋界的广泛关注,亦成为海岸工程研究的热点课题之一。 海岸侵蚀从本质上讲就是海岸线的泥沙被冲刷大于淤积所造成。因此，改变岸线的动力条件使泥沙促淤，或者增加泥沙的来源，实为防治侵蚀的关键。从工程角度而言,促淤防冲是可以用堤坝等实体建筑物，或桩柱、孔礁、柔性浮帘等透水结构,这种防护措施又称为“硬性”工程措施。通过这些措施来改变波浪、水流和泥沙运动的水动力特性,使水流流速减缓，从而减少带走的泥沙。“硬性”工程的方法虽然可以保护海岸侵蚀，但也存在诸多弊端。与“硬性”工程相对比，利用近岸人工补沙养滩则是一种较为新兴的护岸养滩的方法。它是将补给泥沙抛置在平均低潮位以下形成人工沙坝，然后依靠自然波浪的作用将泥沙向岸滩输移，起到“喂养”海滩和“遮蔽”波浪效应，其对海洋环境和海滩旅游资源影响最小。但鉴于近岸人工沙坝所处的海洋动力环境复杂多变，坝体上泥沙运动规律的复杂性、坝体衰退过程的非均匀性、稳定剖面的非线性等诸多疑难问题尚未得到有效解决。因此开展新的近岸人工抛填沙坝养滩方法的研究，不仅能丰富海岸动力学、泥沙运动力学、海岸工程学的相关理论，而且具有海岸环境保护、旅游资源开发与维护等诸多应用价值。 本文对波浪与人工沙坝相互作用的过程进行分析，建立了人工沙坝附近波浪变形和波能变化的公式。从人工沙坝消波机理入手，分析了波浪对沙坝变形的影响，描述了人工沙坝剖面从冲蚀到达到动态平衡的过程。 本文通过断面（二维）物理模型试验对不同的人工沙坝设计参数，包括离岸距离、沙坝高程、坝顶宽度，人工沙坝消减波浪，养滩效果，及人工沙坝自身的形态响应等，进行了测量与分析，得到了如下主要结论： （1）波浪透射系数，，随着相对坝高、相对坝顶宽度、人工沙坝离岸距离、入射波波陡的增加逐渐减小，随着波浪作用时间的延长而减小；当相对坝高在一定范围内，波浪透射系数随着相对坝顶水深的增高而增大，到达最大值后保持基本稳定。 （2）随着沙坝高程的增加，岸滩滩肩淤积宽度在逐渐增加；随着水位的增加，波浪对岸滩的侵蚀区域向岸靠近，侵蚀区域面积在增大。 通过整体（三维）物理模型试验对不同方案、不同潮位、不同波浪要素条件下，海岸水域波浪分布、稳定岸线形状、海岸稳定剖面形状、离岸输沙量、水下沙坝的消浪护滩效果影响进行了测量和分析，得到主要结论是： （1）岬湾海岸水域，在相同波高，不同波向条件下，正向入射时海域波高较大的区域分布最广。方案C（滩肩补沙+水下沙坝）由于人工沙坝消弱波浪作用，在前滩海域波高较小。 （2）规则波会对海岸线造成侵蚀，不规则波作用下，海岸线具有一定的自我修复能力，就恢复效果而言：岸线侵蚀情况削弱，岸线恢复效果越好。 规则波作用下，岸线的后退幅度比较：方案A（现状）方案B（滩肩补沙）方案C；不规则波作用下，方案C有较好恢复能力。 （3）规则波作用下，岸滩剖面发生侵蚀，且波高越大，对岸滩的侵蚀越严重；不规则波作用下，岸滩形成滩肩剖面，且侵蚀浪越小，恢复效果愈佳。 三种方案海岸剖面比较，方案C能够拓宽海滩滩肩，促使海滩泥沙淤积，有效治理海滩。方案B滩肩补沙,在潮位较大时，补沙主要向海运动，方案B可以应急治理海滩，但在较强波动力作用下，动力调整与治理海滩的能力有限。 （4）规则波作用下，泥沙离岸输移强度大于向岸输移强度，不规则波作用下，泥沙向岸输移强度大于离岸输移强度。 在断面物理模型试验研究的基础上，本文采用FLOW-3D软件建立了波浪水槽，对近岸人工沙坝在波浪条件下的消波效果、沙坝响应、岸滩变形进行了数值模拟和分析，经与物理模型试验结果进行对比，得到了较好的模拟效果。
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P748

【参考文献】

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5 陈子q

本文编号：1292343