港口为什么在侵蚀岸_岸滩侵蚀的环境工程观念

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岸滩侵蚀的环境工程观念

第2卷第3期2002年6月

文章编号:100926094(2002)0320008205

安全与环境学报

　JournalofSafetyandEnvironment

.2,No.3VolJun,2002

岸滩侵蚀的环境工程观念

张我华　蔡袁强　吴昌灿

(浙江大学岩土工程研究所,杭州310027)

Ξ

摘　要:本文从环境工程的角度讨论了岸滩侵蚀问题中建立分析模型的基本框架。讨论了岸滩岩土介质在风浪潮作用下,根据不同的侵蚀准则所建立的岸滩沉积物在近海迁移和传输的模型。得出了岸滩的侵蚀、演变过程由三相组成的结论,第一相是与饱和多孔介质经受动力载荷变形和损伤相联系的固态相;第二相是关于介质侵蚀和剥离的流-固态混合相;第三相是流动和沉积物运输的流体相。从分析讨论还可以看出,岸滩侵蚀演化的模拟分析可在岸滩介质的动力固结、悬浮介质扩散漂移及海浪流体动力学理论相互交叉的基础上,针对海岸环境工程问题中的观念和现象来建模并完成。研究表明,在分析海滩侵蚀和海岸演化过程的机理时,关方法可以得到更符合实际状况的结果海床面上的等效摩擦剪应力、损伤状态、和横向迁移理论相结合的模型有一定的优越性,。关键词:海滩侵蚀;海岸演变;沉积物迁移;;中图分类号:X145　　:0　引　言

岸滩侵蚀在世界范围内都是一个严重的问题,它对社会和经济的发展都有一定的影响。岸滩的侵蚀状态不仅受自然条件影响,而且也受人类活动的影响。如近岸海域可被用于交通和娱乐场所等设施的开发。岸滩侵蚀会造成严重的近海土地流失及海洋特性和海洋资源的损失,对海岸线较长的国家更是如此[1]。而且目前由岸滩侵蚀造成资源流失也正在加速,使得多种新的环保工程项目和环境保措施亟待开发[2]。由于人们对海岸形态的防护措施尚缺乏理解[3],因此,需要对海岸侵蚀问题进行量化评估,同时给出对岸滩管理的有效方法[1～5]。

岸滩侵蚀主要有长周期趋势性岸滩侵蚀和短周期暴风浪侵蚀2种类型。长周期趋势性岸滩侵蚀主要是由常规的海浪、潮汐作用及河流入海口的流量、流向、泥沙含量的变化等因素造成的[6,7],其中一些也可以归于温室效应。短周期岸滩侵蚀的主要原因近海沉积物遇到强烈的暴风潮、飓风和台风的影响发生迁移、搬运,并使海平面上升和下降及海岸线发生变化[3～5]。

有关岸滩形成过程方面的研究包括地质形态学者对其实质性演绎和描述方法的研究[8～10]和环境学者对其与波浪作用、近岸水流、岸滩的沉积物迁移和海滩侵蚀相关问题的研究[4,5,11]。对于近岸波浪场的分析可根据具体情况选用不同的波浪和潮汐模型来计算。在许多情况下,计算得到的波浪场可用于估计水流散射应力的分布和海底附近水流速度的变化。近岸波浪和潮流的状况也可用来计算沉积物的迁移。因为,沉积物颗粒的运动对流体的动力学特性的反应非常灵敏,因此只有建立了精确的流体运动模型,才能将沉积物迁移模型、海水流动模型和岸滩介质的侵蚀模型结合在一起进行较精确的研究。本文就岸滩侵蚀的环境工程观念进行了一些讨论。

1　海浪和风暴潮的作用模型

海浪和风暴潮(Stormsurge)是海洋中发生的2种重要的自然现象,也是引起海洋灾害的2种主要的原因。因此,研究其成因、过程、机制变化规律及其预测、预报方法一直是海洋科学家研究的重要领域之一。

1.1　海浪与风

在海洋上的风和海浪的运动向着海岸传播。这种连续的能量是引起海岸线短期变化的主要原因。风浪在振幅、周期和方向上都是随机的。近岸区驱动流体运动的能量主要是由风浪提供的。在海面区域,从内海向岸滩而来的风浪,被当做入射波,入射的海浪一般被表示为周期不到20s的有限振幅重力波。在海浪中还有亚重力波或长周波成分,其周期在20～200s之间,通常被认为是近岸潮位,它们是由引力控制的,而不受入射波控制。

目前,亚重力波的控制方程尚未得到定义。

海浪模型是分析浪潮对岸滩作用的理论基础。最简单的波浪模型是一阶线性理论的Air波,它给出的波幅一般比实际的有限波幅小。岸滩侵蚀问题中的波浪是在浅水海滩传播的,其波浪是非线性的,属于破碎波。不能直接应用线性波浪理论。应采用非线性波浪模型,常用的浅水非线性波浪模型有椭圆余弦波和斯托克司(Stokes)波。但其封闭表达式比较复杂。文献

[11]给出了斯托克司二阶近似非线性波浪模型和线性波浪模

型的相关公式。

风是海浪产生和传播的动力。风对浪潮的影响一般通过一组风浪因子来描述[12,13]。计算风浪因子的模型如下

=0.13tanh　　　　　　　　　　　V2

V2

0.7

0.70.0018

2

0.45

0.13tanh0.7

V2

0.7

(1)

Ξ收稿日期:2001210218

作者简介:张我华(1945-),男,博士,教授博导,从事岩土工程力学和环境工程的研究。

基金项目:浙江省自然科学基金资助项目(编号:29823)

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