第十章海岸泥沙運(yùn)動(dòng)

第十章泥沙運(yùn)動(dòng)§10—1海岸泥沙運(yùn)動(dòng)一.海岸泥沙的分類與運(yùn)移形態(tài)1.按泥沙顆粒大小分級(jí)名稱粘土軟泥粉土砂礫石卵石漂石塊石粒徑(mm)0.0050.005-0.010.01-0.050.05-2.02.0-2020-100100～10001000泥沙顆粒的分級(jí)2.按泥沙運(yùn)移形態(tài)分類◆懸移質(zhì)泥沙

在動(dòng)水中泥沙顆粒處于懸浮狀態(tài)

◆半懸移質(zhì)泥沙

泥沙沿底部向前移動(dòng)。◆推移質(zhì)泥沙

受水流的推動(dòng)而滾動(dòng)或滑動(dòng)。◆流移質(zhì)泥沙

流動(dòng)性很大，與液體一樣，不能停留在坡面上，稱之為流移質(zhì)。

二、海浪淺水變形◆平均水位以上半波振幅增加◆水質(zhì)點(diǎn)向岸最大流速增加◆波峰歷時(shí)減少（水質(zhì)點(diǎn)向岸流的時(shí)間減少）◆波谷歷時(shí)增加（水質(zhì)點(diǎn)離岸流的時(shí)間增加）◆產(chǎn)生海底回流三、沙粒的橫向運(yùn)動(dòng)和縱向運(yùn)動(dòng)1.海底水質(zhì)點(diǎn)的流速變化水質(zhì)點(diǎn)流速隨水深變淺的變化特征：(1)向岸最大流速相對比向海最大流速快；(2)向海流動(dòng)時(shí)間相對較長；原因：隨水深變淺，波結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，波峰與波峰之間的距離加大，波峰歷時(shí)小于波谷歷時(shí)。2.泥沙橫向運(yùn)動(dòng)

v2是泥沙懸浮流速（1）運(yùn)動(dòng)分析ac時(shí)間內(nèi)將向岸移動(dòng)df時(shí)間內(nèi)將向海移動(dòng)def＞abc，泥沙向海遷移def＜abc，泥沙向岸移動(dòng)abc=def，泥沙在原地振蕩

中和線

泥沙原地振蕩水深點(diǎn)的連線（2）形成平衡剖面中和線處形成凹溝，淘深海底；凹溝以上發(fā)生淤積，坡度變緩；凹溝以下發(fā)生淤積，坡度變陡；最終形成平衡剖面。海灘剖面特征（1）外灘（inshore）：位于破波點(diǎn)到低潮位岸線之間的區(qū)域，屬于潮下帶。（2）前灘（foreshore）：位于低潮位岸線與高潮時(shí)波浪上涌水流達(dá)到的最高點(diǎn)（亦即灘肩邊緣）之間的區(qū)域，相當(dāng)于潮間帶。（3）后灘（backshore）：位于前灘和海岸線之間的區(qū)域，屬于潮上帶海灘剖面變化※沙壩剖面（風(fēng)暴剖面）※灘肩剖面（常浪剖面）3.泥沙的縱向運(yùn)動(dòng)（1）在非平衡剖面上（2）在岸邊

海岸的自然形態(tài)，主要受制于海岸泥沙運(yùn)動(dòng)，而海岸泥沙運(yùn)動(dòng)又受制于三大要素，即海岸動(dòng)力（浪、潮、流等），泥沙因素（包括泥沙來源和泥沙特性）和工程環(huán)境。

通常海岸泥沙來源主要有：★河流入海泥沙★海岸海灘及島嶼侵蝕泥沙★海岸生物殘骸形成的泥沙（如貝殼）★在沙漠沿海，風(fēng)沙也是海岸泥沙的一個(gè)來源。§10—2海岸泥沙來源一、海岸泥沙來源河流入海泥沙

眾所周知，河流泥沙主要來自陸地土壤侵蝕。全世界的土壤侵蝕面積約2500萬平方公里，其中1/4~1/3的表土層侵蝕嚴(yán)重，每年約有600億噸表土被沖刷，入海泥沙約170億噸。一、海岸泥沙來源

我國水力侵蝕顯著的面積約150萬平方公里（也有統(tǒng)計(jì)為179萬平方公里），主要集中在長江、黃河、淮河、珠江、海河、松花江和遼河流域，入海泥沙年平均19.4億噸，其中長江5.2億噸。一、海岸泥沙來源岸灘及島嶼侵蝕泥沙

在天然情況下，海岸、海灘和島嶼都是在歷史的長河中形成的，多數(shù)是處在沖淤相對平衡穩(wěn)定狀態(tài)，少數(shù)處于淤積或侵蝕狀態(tài)。如我國蘇北的廢黃河口岸灘，1855年黃河改道由山東入海后，這里的岸灘即由淤漲轉(zhuǎn)向侵蝕，侵蝕下來的泥沙構(gòu)成鄰近岸段的泥沙來源。一、海岸泥沙來源這種侵蝕對鄰近岸段提供的泥沙來源，隨著時(shí)間的推移，將會(huì)逐漸減小。這是因?yàn)楹０秳?dòng)力與岸灘地貌的相互作用逐漸趨于平衡之故。我國連云港回淤減輕的趨勢，除與一些工程措施有關(guān)以外，還與廢黃河口岸灘侵蝕對這里提供的泥沙來源逐漸減少有關(guān)。一、海岸泥沙來源海生物殘骸形成的泥沙

生物殘骸形成的泥沙，以前很少引起人們的注意。建國以來，我國的海岸地貌工作者，在渤海灣沿岸和蘇北延岸進(jìn)行了多次海岸地貌調(diào)查，在陸地沿岸發(fā)現(xiàn)一條條堆積相當(dāng)高而且與海岸走向基本平行的貝殼堤。一、海岸泥沙來源貝殼堤的發(fā)現(xiàn)除了幫助確定歷史上海岸水邊線位置和岸線的演變趨勢外，同時(shí)也告訴人們海生物殘骸在某些海岸帶形成的海岸泥沙，其數(shù)量也是可觀。在蘇北小丁港岸段潮向帶，這里的岸灘泥沙中貝殼沙占有相當(dāng)比例，當(dāng)?shù)夭簧俎r(nóng)民挖取這里的海沙作為雞飼料的摻合料。一、海岸泥沙來源風(fēng)沙

二、海岸工程中的泥沙問題

海岸工程中涉及的泥沙問題，概括起來是兩個(gè)方面：防淤減淤和防沖促淤。不論是前者或是后者，都與泥沙運(yùn)動(dòng)相關(guān)連，也即與不同泥沙組成和不同海岸類型有關(guān)。因此，涉及工程泥沙問題時(shí)，需對工程所在場所的海岸類別進(jìn)行調(diào)查研究。二、海岸工程中的泥沙問題海岸分類

根據(jù)泥沙組成不同，海岸可以分為如下三類：（1）、淤泥質(zhì)海岸。我們把底沙泥沙粒徑D＜0.03mm時(shí)的海岸（在工程上范圍略大，即D＜0.05mm。稱為淤泥質(zhì)海岸。粒徑小于0.03mm時(shí)，泥沙顆粒間具有很強(qiáng)的粘結(jié)力，淤泥質(zhì)平原海岸在海水呈現(xiàn)絮凝現(xiàn)象，是這種泥沙的主要特征，其它還有海灘坡度（1：500~1：2000），懸沙移質(zhì)垂線分布比較均勻等，也是淤泥質(zhì)海岸泥沙運(yùn)動(dòng)的重要特征。這類海岸多分布在挾帶細(xì)顆粒泥沙入海的大河口附近或水動(dòng)力較弱的海岸。二、海岸工程中的泥沙問題二、海岸工程中的泥沙問題(2)、沙質(zhì)海岸。粒徑范圍0.05mm＜D≤2.0mm，海灘坡度較陡的泥沙，顆粒間的粘結(jié)作用漸小，海水中不再出現(xiàn)絮凝現(xiàn)象；易于懸浮，也易于落淤；常稱這類海岸海岸為粉沙質(zhì)海岸。至于粒徑0.6mm＜D≤2.0mm的粗砂海岸，則需在海岸動(dòng)力較強(qiáng)時(shí)，泥沙始處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。沙質(zhì)平原海岸這類海岸，一般分布在海岸動(dòng)力較強(qiáng)，沒有河流入?；蛘邟渡沉啃〉闹行『涌诟浇ｍ槺闾嵋幌?，若淤泥質(zhì)海岸的泥沙來源中斷（如黃河原由江蘇入海，后改道山東入海），在海岸動(dòng)力的分選作用下，泥沙將出現(xiàn)粗化，有的岸段就會(huì)向粉沙質(zhì)海岸過渡。二、海岸工程中的泥沙問題二、海岸工程中的泥沙問題（3）、礫卵石海岸。泥沙粒徑＞2.0mm。在一般海岸動(dòng)力條件下，泥沙運(yùn)動(dòng)輕微，僅在暴風(fēng)浪時(shí)，才顯運(yùn)動(dòng)。由于坡度陡，泥沙運(yùn)動(dòng)范圍窄。這類海岸多為當(dāng)?shù)厣綆r風(fēng)化破碎或人工來石的結(jié)果。在以上三大類海岸中，淤泥質(zhì)海岸和沙質(zhì)海岸（包括粉沙質(zhì)海岸）占有很大比重，也是海岸工程泥沙問題集中的場所，因此也就自然成為研究的重點(diǎn)。礫石海岸二、海岸工程中的泥沙問題海岸工程中的防淤減淤問題

建設(shè)在沿海淺水海域的海岸工程，許多對防淤減淤有很高的要求。例如海岸港口及其進(jìn)港航道，如果回淤嚴(yán)重，不僅在水深維護(hù)方面需投入巨額資金，而且對海輪的安全靠泊和航行造成困難，使港口信譽(yù)在國際上受損。二、海岸工程中的泥沙問題又如海濱核電站及燃煤（油）電站的取排水口，若發(fā)生淤積，則可能出現(xiàn)大的事故，造成不可挽回的損失。其他，還有海濱工業(yè)設(shè)施，擋潮閘設(shè)施，海水利用，潮汐電站以及海濱浴場等，都需要防止發(fā)生泥沙淤積，否則，各項(xiàng)工程將不可能正常發(fā)揮它們的功能。二、海岸工程中的泥沙問題海岸工程中的防沖促淤問題與防淤減淤相對應(yīng)的另一種海岸工程，則要求防沖促淤，以達(dá)到工程建設(shè)的目的。例如，在海上修建人工島，防波堤以及墩柱孤立建筑物等，如果他們的海床基礎(chǔ)遭受沖刷，嚴(yán)重時(shí)工程的局部直至整體將回倒塌。二、海岸工程中的泥沙問題又如，沙質(zhì)海岸的正常沿岸輸沙，若受到突堤式建筑物攔截，則在建筑物上游出現(xiàn)淤積的同時(shí)，下游岸線將出現(xiàn)沖刷，嚴(yán)重時(shí)，也將危及下游陸上工程和農(nóng)田的安全。淤泥質(zhì)海岸丁壩引起的淤積區(qū)和沖刷區(qū)淤泥質(zhì)海岸離岸堤促淤情況沙質(zhì)海岸突堤引起的淤積區(qū)和沖刷區(qū)沙質(zhì)海岸離岸堤促淤的沙嘴發(fā)育情況離岸順壩二、海岸工程中的泥沙問題

還有，海涂圍墾工程，除圍堤的基腳需防止沖刷外，圍堤內(nèi)的淺水灘地則需通過促淤，以提高灘面高程，節(jié)約圍墾投資。所有這些都是海岸工程中防沖促淤的典型例子。二、海岸工程中的泥沙問題

研究海岸工程中的泥沙問題，首先要掌握海岸在自然條件下的變化規(guī)律。一般情況下，無論是淤泥質(zhì)海岸還是沙質(zhì)海岸，它們基本屬于下述三種狀態(tài)：即相對穩(wěn)定平衡（或準(zhǔn)穩(wěn)定平衡）海岸、侵蝕性海岸和淤漲型海岸。對于要求防淤減淤的工程，場所不易選在淤漲型海岸。侵蝕性海岸是否合適？也需具體分析。

二、海岸工程中的泥沙問題對于防沖促淤工程，淤漲型海岸較為有利，但侵蝕性海岸是防沖促淤的重點(diǎn)，也是海岸防護(hù)的重點(diǎn)。通常修建海岸工程后，原來自然狀態(tài)下的海岸泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律，將會(huì)出現(xiàn)新的變化。二、海岸工程中的泥沙問題因此，海岸工程泥沙的研究除了掌握完整的現(xiàn)場水文、泥沙及地形演變資料外，更重要的是從復(fù)雜的自然現(xiàn)象中，結(jié)合工程的防淤減淤或防沖促淤要求，找出主要矛盾，通過不同研究途徑，掌握修建工程后海岸泥沙沖、淤規(guī)律的新變化，力圖達(dá)到防淤減淤或防沖促淤的目的。二、海岸工程中的泥沙問題實(shí)踐表明，凡是經(jīng)過扎實(shí)科研之后的工程方案，都能獲得較好的預(yù)期效果。反之，忽視必要的研究和試驗(yàn)，往往帶來巨大的損失和失敗。國內(nèi)外都不乏這方面的典型事例和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。海岸泥沙運(yùn)動(dòng)

在天然情況下，海岸泥沙運(yùn)動(dòng)主要受制于兩種動(dòng)力要素，即波浪和潮流（包括它們的派生水流，如：傳質(zhì)水流、沿岸流、裂流、沿堤流以及余流。在入海河口附近的海岸，泥沙運(yùn)動(dòng)還受到河流及其鹽淡水混合的影響。近岸潮流，除局部海區(qū)――海峽，潮汐通道，潮汐汊道，海灣的灣口以及涌潮等海域表現(xiàn)較強(qiáng)外，其他海區(qū)往往表現(xiàn)較弱。因?yàn)槌绷鲗儆陂L周期變化性質(zhì)，它對泥沙運(yùn)動(dòng)的作用，人們常利用泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律予以近似描述，但波浪則不同，它在近岸海區(qū)的一系列運(yùn)動(dòng)特性，決定了它對海岸泥沙運(yùn)動(dòng)的某些不同規(guī)律。波浪掀沙，潮流輸沙§10—3海洋平臺(tái)基礎(chǔ)的底部淘刷一、沙粒運(yùn)動(dòng)的幾個(gè)階段

a.層流,顆粒靜止；b.流速↑→紊流，個(gè)別顆粒發(fā)生周期性震動(dòng)；c.流速↑↑→紊流↑→泥沙顆粒與底部失去接觸，發(fā)生前后移動(dòng)二、海底最大流速公式

n=1.38；H-波高；h-水深；-波長；

-海底的最大流速。三、啟動(dòng)流速公式＞0.2mm時(shí)，

-組成床面泥沙的最大隙比-啟動(dòng)時(shí)床面泥沙隙比-泥沙容重-水的容重-平均直徑四、應(yīng)用舉例一個(gè)獨(dú)腿的海洋石油平臺(tái)，在水深D＝21m的海域坐底作業(yè)