本文關(guān)鍵詞：沙質(zhì)海灘侵蝕與近岸人工沙壩防護(hù)技術(shù)研究

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【摘要】：全世界沿海地區(qū)是人口密集、經(jīng)濟(jì)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(dòng)的場(chǎng)所。然而由于氣候變化和人類活動(dòng)的交互影響，海灘泥沙收支嚴(yán)重虧損，破壞了海洋動(dòng)力與泥沙運(yùn)移和岸灘演變業(yè)已建立的動(dòng)態(tài)平衡，使得侵蝕型海灘的范圍進(jìn)一步擴(kuò)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(yán)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(diǎn)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所造成。因此，改變岸線的動(dòng)力條件使泥沙促淤，或者增加泥沙的來源，實(shí)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(shí)體建筑物，或樁柱、孔礁、柔性浮簾等透水結(jié)構(gòu),這種防護(hù)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(yùn)動(dòng)的水動(dòng)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(hù)海岸侵蝕，但也存在諸多弊端。與“硬性”工程相對(duì)比，利用近岸人工補(bǔ)沙養(yǎng)灘則是一種較為新興的護(hù)岸養(yǎng)灘的方法。它是將補(bǔ)給泥沙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(duì)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(dòng)力環(huán)境復(fù)雜多變，壩體上泥沙運(yùn)動(dòng)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(dòng)力學(xué)、泥沙運(yùn)動(dòng)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(hù)、旅游資源開發(fā)與維護(hù)等諸多應(yīng)用價(jià)值。 本文對(duì)波浪與人工沙壩相互作用的過程進(jìn)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(jī)理入手，分析了波浪對(duì)沙壩變形的影響，描述了人工沙壩剖面從沖蝕到達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡的過程。 本文通過斷面（二維）物理模型試驗(yàn)對(duì)不同的人工沙壩設(shè)計(jì)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(jìn)行了測(cè)量與分析，得到了如下主要結(jié)論： （1）波浪透射系數(shù)，，隨著相對(duì)壩高、相對(duì)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(shí)間的延長(zhǎng)而減小；當(dāng)相對(duì)壩高在一定范圍內(nèi)，波浪透射系數(shù)隨著相對(duì)壩頂水深的增高而增大，到達(dá)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(duì)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(yàn)對(duì)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、海岸穩(wěn)定剖面形狀、離岸輸沙量、水下沙壩的消浪護(hù)灘效果影響進(jìn)行了測(cè)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(shí)海域波高較大的區(qū)域分布最廣。方案C（灘肩補(bǔ)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(huì)對(duì)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，岸線的后退幅度比較：方案A（現(xiàn)狀）方案B（灘肩補(bǔ)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(duì)岸灘的侵蝕越嚴(yán)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(bǔ)沙,在潮位較大時(shí)，補(bǔ)沙主要向海運(yùn)動(dòng)，方案B可以應(yīng)急治理海灘，但在較強(qiáng)波動(dòng)力作用下，動(dòng)力調(diào)整與治理海灘的能力有限。 （4）規(guī)則波作用下，泥沙離岸輸移強(qiáng)度大于向岸輸移強(qiáng)度，不規(guī)則波作用下，泥沙向岸輸移強(qiáng)度大于離岸輸移強(qiáng)度。 在斷面物理模型試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，本文采用FLOW-3D軟件建立了波浪水槽，對(duì)近岸人工沙壩在波浪條件下的消波效果、沙壩響應(yīng)、岸灘變形進(jìn)行了數(shù)值模擬和分析，經(jīng)與物理模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，得到了較好的模擬效果。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：P748

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1292343