本文關(guān)鍵詞：岸灘侵蝕的環(huán)境工程觀念，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

岸灘侵蝕的環(huán)境工程觀念

第2卷第3期2002年6月

文章編號:100926094(2002)0320008205

安全與環(huán)境學(xué)報(bào)

　JournalofSafetyandEnvironment

.2,No.3VolJun,2002

岸灘侵蝕的環(huán)境工程觀念

張我華　蔡袁強(qiáng)　吳昌燦

(浙江大學(xué)巖土工程研究所,杭州310027)

Ξ

摘　要:本文從環(huán)境工程的角度討論了岸灘侵蝕問題中建立分析模型的基本框架。討論了岸灘巖土介質(zhì)在風(fēng)浪潮作用下,根據(jù)不同的侵蝕準(zhǔn)則所建立的岸灘沉積物在近海遷移和傳輸?shù)哪Ｐ汀５贸隽税稙┑那治g、演變過程由三相組成的結(jié)論,第一相是與飽和多孔介質(zhì)經(jīng)受動(dòng)力載荷變形和損傷相聯(lián)系的固態(tài)相;第二相是關(guān)于介質(zhì)侵蝕和剝離的流-固態(tài)混合相;第三相是流動(dòng)和沉積物運(yùn)輸?shù)牧黧w相。從分析討論還可以看出,岸灘侵蝕演化的模擬分析可在岸灘介質(zhì)的動(dòng)力固結(jié)、懸浮介質(zhì)擴(kuò)散漂移及海浪流體動(dòng)力學(xué)理論相互交叉的基礎(chǔ)上,針對海岸環(huán)境工程問題中的觀念和現(xiàn)象來建模并完成。研究表明,在分析海灘侵蝕和海岸演化過程的機(jī)理時(shí),關(guān)方法可以得到更符合實(shí)際狀況的結(jié)果海床面上的等效摩擦剪應(yīng)力、損傷狀態(tài)、和橫向遷移理論相結(jié)合的模型有一定的優(yōu)越性,。關(guān)鍵詞:海灘侵蝕;海岸演變;沉積物遷移;;中圖分類號:X145　　:0　引　言

岸灘侵蝕在世界范圍內(nèi)都是一個(gè)嚴(yán)重的問題,它對社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都有一定的影響。岸灘的侵蝕狀態(tài)不僅受自然條件影響,而且也受人類活動(dòng)的影響。如近岸海域可被用于交通和娛樂場所等設(shè)施的開發(fā)。岸灘侵蝕會(huì)造成嚴(yán)重的近海土地流失及海洋特性和海洋資源的損失,對海岸線較長的國家更是如此[1]。而且目前由岸灘侵蝕造成資源流失也正在加速,使得多種新的環(huán)保工程項(xiàng)目和環(huán)境保措施亟待開發(fā)[2]。由于人們對海岸形態(tài)的防護(hù)措施尚缺乏理解[3],因此,需要對海岸侵蝕問題進(jìn)行量化評估,同時(shí)給出對岸灘管理的有效方法[1～5]。

岸灘侵蝕主要有長周期趨勢性岸灘侵蝕和短周期暴風(fēng)浪侵蝕2種類型。長周期趨勢性岸灘侵蝕主要是由常規(guī)的海浪、潮汐作用及河流入海口的流量、流向、泥沙含量的變化等因素造成的[6,7],其中一些也可以歸于溫室效應(yīng)。短周期岸灘侵蝕的主要原因近海沉積物遇到強(qiáng)烈的暴風(fēng)潮、颶風(fēng)和臺(tái)風(fēng)的影響發(fā)生遷移、搬運(yùn),并使海平面上升和下降及海岸線發(fā)生變化[3～5]。

有關(guān)岸灘形成過程方面的研究包括地質(zhì)形態(tài)學(xué)者對其實(shí)質(zhì)性演繹和描述方法的研究[8～10]和環(huán)境學(xué)者對其與波浪作用、近岸水流、岸灘的沉積物遷移和海灘侵蝕相關(guān)問題的研究[4,5,11]。對于近岸波浪場的分析可根據(jù)具體情況選用不同的波浪和潮汐模型來計(jì)算。在許多情況下,計(jì)算得到的波浪場可用于估計(jì)水流散射應(yīng)力的分布和海底附近水流速度的變化。近岸波浪和潮流的狀況也可用來計(jì)算沉積物的遷移。因?yàn)?沉積物顆粒的運(yùn)動(dòng)對流體的動(dòng)力學(xué)特性的反應(yīng)非常靈敏,因此只有建立了精確的流體運(yùn)動(dòng)模型,才能將沉積物遷移模型、海水流動(dòng)模型和岸灘介質(zhì)的侵蝕模型結(jié)合在一起進(jìn)行較精確的研究。本文就岸灘侵蝕的環(huán)境工程觀念進(jìn)行了一些討論。

1　海浪和風(fēng)暴潮的作用模型

海浪和風(fēng)暴潮(Stormsurge)是海洋中發(fā)生的2種重要的自然現(xiàn)象,也是引起海洋災(zāi)害的2種主要的原因。因此,研究其成因、過程、機(jī)制變化規(guī)律及其預(yù)測、預(yù)報(bào)方法一直是海洋科學(xué)家研究的重要領(lǐng)域之一。

1.1　海浪與風(fēng)

在海洋上的風(fēng)和海浪的運(yùn)動(dòng)向著海岸傳播。這種連續(xù)的能量是引起海岸線短期變化的主要原因。風(fēng)浪在振幅、周期和方向上都是隨機(jī)的。近岸區(qū)驅(qū)動(dòng)流體運(yùn)動(dòng)的能量主要是由風(fēng)浪提供的。在海面區(qū)域,從內(nèi)海向岸灘而來的風(fēng)浪,被當(dāng)做入射波,入射的海浪一般被表示為周期不到20s的有限振幅重力波。在海浪中還有亞重力波或長周波成分,其周期在20～200s之間,通常被認(rèn)為是近岸潮位,它們是由引力控制的,而不受入射波控制。

目前,亞重力波的控制方程尚未得到定義。

海浪模型是分析浪潮對岸灘作用的理論基礎(chǔ)。最簡單的波浪模型是一階線性理論的Air波,它給出的波幅一般比實(shí)際的有限波幅小。岸灘侵蝕問題中的波浪是在淺水海灘傳播的,其波浪是非線性的,屬于破碎波。不能直接應(yīng)用線性波浪理論。應(yīng)采用非線性波浪模型,常用的淺水非線性波浪模型有橢圓余弦波和斯托克司(Stokes)波。但其封閉表達(dá)式比較復(fù)雜。文獻(xiàn)

[11]給出了斯托克司二階近似非線性波浪模型和線性波浪模

型的相關(guān)公式。

風(fēng)是海浪產(chǎn)生和傳播的動(dòng)力。風(fēng)對浪潮的影響一般通過一組風(fēng)浪因子來描述[12,13]。計(jì)算風(fēng)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

作者簡介:張我華(1945-),男,博士,教授博導(dǎo),從事巖土工程力學(xué)和環(huán)境工程的研究。

基金項(xiàng)目:浙江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(編號:29823)

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