粉沙質(zhì)海岸研究現(xiàn)狀

1、中國海岸線綿長，海岸類別豐富。海岸工程中通常將海岸分為以下兒 類：基巖海岸、砂（礫）質(zhì)海岸、淤泥質(zhì)海岸、生物海岸,其中砂（礫）質(zhì) 海岸和淤泥質(zhì)海岸又統(tǒng)稱為平原海岸。港航工程中通常以床面泥沙的 中值粒徑d50作為海岸分類的指標(biāo)，早期以0.05mm為分界線，大于 0.05mm的為沙質(zhì)海岸;小于0.05mm的為淤泥質(zhì)海岸。近期又進(jìn)一步 將床面泥沙d500.031mm的海岸稱為淤泥質(zhì)海岸，d500.125mm的 海岸稱為沙質(zhì)海岸，介于0.031mm和0.125mm之間的海岸定名為粉沙 質(zhì)海岸。我國漫長海岸線上散布著不少粉沙質(zhì)海岸段，如遼東、冀北、 魯東、蘇北、浙東等海岸均有粉沙質(zhì)海岸段。長期以來，人們

2、對沙質(zhì) 海岸和淤泥質(zhì)海岸的泥沙運動研究較多，成果豐富，工程實例也較多。但對粉砂質(zhì)海岸的泥沙運動研究較少，缺乏t程實例。以往港航建設(shè) 輕易不敢涉足粉沙質(zhì)海岸區(qū)，因為這類海岸床沙的活動性大，風(fēng)浪作用 下底沙極易起動運移'風(fēng)浪減小后又極易沉積，開敞航道極易發(fā)生強淤 或驟淤。粉沙定向運移在河流沖淤、堤壩、海岸碼頭、潮灘圍墾等工 程中是一個非常重要的問題，特別是在海岸侵蝕方面起著決定作用。泥沙水力特性粉沙質(zhì)海岸泥沙的水力特性為起動流速小、沉降速度相對較大。 根據(jù)泥沙起動曲線（圖1）可知，粉沙質(zhì)海岸泥沙處在該曲線谷部，起動 流速均比泥質(zhì)海岸泥沙和沙質(zhì)海岸泥沙的起動流速小起動沅速n/s0001 0.

3、01 0.110 粒輕d()圖1起動流速曲線回淤特點1粉沙質(zhì)海岸的水體含沙量與風(fēng)浪有關(guān),無風(fēng)時，海面平靜,水體清徹,有風(fēng)時，浪隨風(fēng)起冰體渾濁。港口航道的回淤受風(fēng)浪影響很大，無風(fēng)不淤，小風(fēng)小淤，大風(fēng)大淤，強風(fēng)強淤，狂風(fēng)驟淤;2淤積物質(zhì)屮既有懸移質(zhì)，也有推移質(zhì)，兩者均不可忽視；3在同樣風(fēng)浪作用卜:粉沙質(zhì)海岸港航的淤積要比淤泥質(zhì)海岸和沙質(zhì)海岸港航的淤積嚴(yán)重,這是由粉沙質(zhì)海岸泥沙易揚易沉特性所決定4粉沙質(zhì)海岸的回淤量年際變化幅度大于淤泥質(zhì)海岸和沙質(zhì)海岸的年際變化幅度，后兩者的變化幅度是年平均冋淤量的35%左右，而粉沙質(zhì)海岸冋淤量年際變化幅度可達(dá)年平均回淤量的50%以上;5粉沙質(zhì)海岸開敞航道易發(fā)生驟淤，

4、一次年最大風(fēng)的凹淤量可達(dá)到年均回淤量的一半;6粉沙質(zhì)海岸港航的施工回淤量遠(yuǎn)比淤泥質(zhì)海岸和沙質(zhì)海岸港航的施工回淤量大;7粉沙易板結(jié),因此粉沙質(zhì)海岸開敝航道發(fā)生強淤和驟淤后應(yīng)立即清淤，以免粉沙板結(jié)增加清淤的困難。由上述回淤特點可知，粉沙質(zhì)海岸的泥沙運動和泥沙回淤是港航建設(shè)中的關(guān)鍵,必須在設(shè)計和施工時給以充分的重視。粉沙的運移形態(tài)粉沙質(zhì)海岸泥沙有三種運移形態(tài)，即懸移質(zhì)、推移質(zhì)和臨底高濃 度含沙層。4.1懸移質(zhì)在粉沙質(zhì)海岸上，波浪掀沙、潮流輸沙仍是該海岸泥沙運移組成 的重耍方式與主耍過程在一般天氣條件下，粉沙質(zhì)海岸泥沙運動仍然 以懸移質(zhì)運動為主。懸移質(zhì)泥沙在水流中運移極不規(guī)則，時而上浮，時 而下沉，總

5、體上是隨流運移，其運移方向和速度與水流的方向和速度一 致。懸移質(zhì)能在水中隨流做長距離運移。4.2推移質(zhì)粉沙質(zhì)海岸波浪作用下泥沙111的粗顆粒部分將形成推移質(zhì)。推移 質(zhì)運動的主要特點是與床面接觸，運動的方式有滾動、跳躍、滑移等 多種方式。目前多用推移質(zhì)輸沙率來表示推移質(zhì)泥沙運動的數(shù)量.4.3臨底部高濃度含沙水體層臨底部的高濃度含沙層是粉沙質(zhì)海岸上在大風(fēng)天氣下特有的一 種泥沙運移形態(tài)，存在于懸移質(zhì)和推移質(zhì)之間的鄰近床面水體中，是懸 移質(zhì)與推移質(zhì)的過渡區(qū)'上面與懸移質(zhì)平滑過渡'無明確分界線，下面 與床面為界，與推移質(zhì)泥沙頻繁交換。臨底部的高濃度含沙層按運移 特點來分析屬于懸移質(zhì)，是上

6、部水體懸移質(zhì)的一部分。由于粉沙起動 流速小，沉降速度大，容易沉積'因此沉聚在下部形成濃度高、厚度小、 對航道淤積有重要影響的特殊懸移質(zhì)。臨底部的高濃度含沙層很不穩(wěn)定，在水動力增加時,易轉(zhuǎn)化為懸移 質(zhì)，在水動力減弱時,又易轉(zhuǎn)化為推移質(zhì).與懸移質(zhì)和推移質(zhì)的稱呼相對應(yīng)'臨底部的高濃度含沙層被不同 學(xué)者分別命名為“底移質(zhì)”、“流移質(zhì)”、“混移質(zhì)”、“躍移質(zhì)”、“層移 質(zhì)”等.粉沙的運動規(guī)律研究目前，眾多學(xué)者采用理論推導(dǎo)、現(xiàn)場實測資料統(tǒng)計分析、試驗室 試驗等多種手段對粉沙的運動規(guī)律進(jìn)行了研究，包括:輸沙率及其公式 研究、粉沙液化機理研究、波浪作用下沙波的運動速度和床面底沙輸 移研究、挾沙

7、力研究、床面剪切力研究、推懸比（推移質(zhì)輸沙率與懸 移質(zhì)輸沙率）研究、臨底高濃度含沙水體層輸沙率研究、水流、波浪 及波流共同作用下的泥沙起動研究（起動公式、起動水深和起動波高 研究、波浪作用下懸移質(zhì)含沙量的垂線分布規(guī)律、臨底高濃度含沙水 體的高度及該層屮的水體運移速度研究、臨底高濃度含沙水體流速與 含沙量的關(guān)系研究、往復(fù)流作用下粉沙的起懸和沉降過程研究、波流 共同作用下泥沙擴散系數(shù)沿垂線分布研究、波流共同作用下泥沙垂線 分布研究、破碎波作用下粉沙懸移質(zhì)濃度垂向分布實驗研究，等等。 這些粉沙運動規(guī)律的研究為泥沙淤積研究和工程應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。粉沙淤泥質(zhì)海岸研究方法與進(jìn)展粉沙淤泥質(zhì)海岸岸灘的現(xiàn)代演變過

8、程主要是波浪、潮流等海水動 力和入海河流的供水、供沙以及岸灘沉積地貌諸自然因素和互作用的 結(jié)果。目前，對于淤泥質(zhì)海岸研究已經(jīng)提出了相當(dāng)多的計算方法和公 式10-12,而粉沙淤泥質(zhì)岸灘的數(shù)值研究較z淤泥質(zhì)海岸、沙質(zhì)海 岸，無論在觀測手段或研究深度上尚屬探索階段。其數(shù)值研究目前人 致分為兩種方法，即數(shù)學(xué)模型和泥沙模型。數(shù)學(xué)模型的方法是根據(jù)岸 灘剖面的形態(tài)擬合出函數(shù)關(guān)系，然后采用數(shù)值逼近的手段來研究，如 趨勢面方法。泥沙模型亦可分為二維和三維，其基本作法是由水流的 連續(xù)方程、動量守恒方程，以及泥沙連續(xù)方程，根據(jù)一定的初邊界條 件進(jìn)行求解。如王尚毅(1990)、曹祖德和王運洪(1992)、竇國仁(19

9、96)、 fredsoe等(1985)13在此方面均有所研究。粉沙質(zhì)海岸泥沙定向運移控制初步研究(馬利柱2004)研究區(qū)海域調(diào)查(i)海域潮、流基本特征調(diào)查布置一個驗潮點,三個測流站；海域水沙調(diào)查布置三個懸浮體采集站；海域底質(zhì)調(diào)查布置32個表層取樣點；海域壩址區(qū)工程地質(zhì)調(diào)查布置兩個柱狀樣采集區(qū)，兩個原位靜 力觸探試驗和18個微型貫入試驗點；海域高精度高程控制布置1:500地形圖測區(qū)(范圍500m*400m)o現(xiàn)場試驗監(jiān)測(i)試驗過程中水沙監(jiān)測；試驗過程淤積高精度控制測量，每三天一次，在堤壩區(qū)建立三條剖面八必要的話用高精度水準(zhǔn)儀控制剖面;圖1一4研究區(qū)工作量布置圖開展工作：在研究區(qū)的300mx

10、300m的范圍內(nèi)我們采取了 32個表層樣，每個 樣品量均超過ikg,然后將所有的懸浮體樣品進(jìn)行粒度分析。所用儀器 為英國malvern公司生產(chǎn)的mastersizer2000烈激光粒度儀。在研究區(qū)壩址附近進(jìn)行了靜力觸探試驗cptz個和垂直岸線方向 布置完成微型貫入試驗孔18個，孔距10米.研究區(qū)研究程度較低，為研究該區(qū)的潮汐情況，我們分別于2003 年7月30 31 fi、8月3 4fi和8月6 7日進(jìn)彳亍了周h潮彳立觀 測和三個站位的周日海流觀測,潮位觀測采用水尺人工讀數(shù)，讀數(shù)間隔 20分鐘;海流觀測采用儀器型號為青島海洋大學(xué)產(chǎn)的slc9 一 2a型直 讀式海流計測量范圍流速00335m/s

11、,準(zhǔn)確度成w士 1.50%,流向 0360°，準(zhǔn)確度士 4°水體含沙率分別于2003年7刀30 31日、8月3 4 口和8 月6-7日進(jìn)行了三個站位的周日海流觀測和表層與底層的懸浮體取 樣,;觀測站位的坐標(biāo)如下表所示。表2-1 25小時海流連續(xù)測量站位表站位h01h02h03東經(jīng)(e)119°16 31"119° 44， 21"119° 15 03"北緯(n)37° 44 20"37° 447 41"37° 441 05"表2-2實測站位的懸浮體含量變化(

12、單位:g/1)站位h01h02h03大潮0. 231.840.241.710. 403. 24中潮0010150.020. 650. 032. 75小潮0. 020 340.020. 250. 050. 99粉沙質(zhì)海岸的水體含沙量與風(fēng)浪、潮汐有關(guān)，無風(fēng)時海面平靜，水 體清徹，有風(fēng)時，浪隨風(fēng)起，水體渾濁。粉沙在波浪、潮流的作用下懸揚, 在底部形成高濃度含沙水體，隨水流運移八呈懸移狀態(tài)，當(dāng)水動力進(jìn)一 步加強時，在全部水體中懸浮，出現(xiàn)“沙云”現(xiàn)象，一旦水體平靜，懸浮的 粉沙很快沉積于海底。本區(qū)懸沙主要由粗粉沙組成/旦其含量很小。 風(fēng)浪和海流等動力作用將起動和攜帶泥沙向不同方向運移，根據(jù)潮流 特征,由

13、于余流流速約為潮流速的10 - 20%,因此泥沙總體上將保持定 向運移的特點，并能對泥沙起到長距離搬運的作用，并造成海底的沖淤 變化。趙群(黃驊港驟淤機理的分析以及波浪作用下近岸含沙量場的三 維特性)通過對遙感衛(wèi)片、現(xiàn)場實測和室內(nèi)實驗的綜合分析，認(rèn)為，在 波浪作用卜:泥沙運動存在明顯的三維特征。底層含沙量受波高控制,在波浪破碎以前達(dá)到最大，表層含沙量與底層含沙量不存在一一對應(yīng) 關(guān)系。因此,應(yīng)謹(jǐn)慎對待采用遙感衛(wèi)片和二維數(shù)值模型得到的計算結(jié) 果。黃驊港外航道淤強分布與波浪破碎帶呈很好的對應(yīng)關(guān)系，因此，黃 驊港外航道的驟淤問題受波浪控制，波浪是黃驊港海域泥沙運動的主 要動力條件。國外將粉沙淤泥統(tǒng)稱為

14、silto因此沒有專門針對粉沙的研究。observations on silt and sand transport in the throat sectionof thefrisian inlet (2004)將silt定義為粒度在53 u m 一下，研究區(qū)域為丹麥弗里斯蘭入口度。fig. 4. measuivmcnt tower and instrument frame.在觀測點位置防止?jié)岫葍x測粉沙淤泥濃度用astm測懸浮泥沙濃water levele 01-nov-199220-nov 99210527-oct-1992150-nov-199227-od-1992 nov-1992300f iv v7 av v27-oct-1992velocity at bottom +2.36mw 0nov-1992020-oct-199227od1992 current speed at bottom 2.36m100020-oct-199227-od-1992silt concentration at bottom +0.26msnd concentration at 0.26moct-199220-oct-199227-oct-19921-nov-1992fig. 5. time scries of uuter level, velocity, current speed,