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原文传递沙质海滩侵蚀与近岸人工沙坝防护技术研究

论文题名：	沙质海滩侵蚀与近岸人工沙坝防护技术研究
关键词：	沙质海滩;侵蚀机制;人工沙坝;防护技术;形态响应
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。
作者：	赵多苍
专业：	港口、海岸及近海工程
导师：	拾兵
授予学位：	博士
授予学位单位：	中国海洋大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文