沙质海滩侵蚀与近岸人工沙坝防护技术研究

【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；
【导师】拾兵；
【作者基本信息】中国海洋大学，港口、海岸及近海工程，2014，博士
【关键词】人工沙坝；消波；海滩养护；试验研究；数值模拟；

【参考文献】
[1]朱力强.大规模侵权损害赔偿问题研究[D].长春工业大学,民商法学,2013,硕士.
[2]魏敏.基于有限元方法的钛合金螺旋铣过程温度场建模研究[D].天津大学,计算数学,2013,硕士.
[3]张敏杰.内蒙古昆都地区侏罗纪花岗岩特征及成矿特征分析[D].石家庄经济学院,矿物学、岩石学、矿床学,2012,硕士.
[4]郭超.《尘埃落定》及其英文译本《红罂粟》中外读者评论的话语比较分析[D].浙江大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[5]武敏.论我国外资投资性公司的法律规制及其完善[D].华东政法学院,国际法,2004,硕士.
[6]张键.酞菁功能聚合物的合成与性能研究[D].苏州大学,高分子化学与物理,2014,博士.
[7]任淑娟.基于HSK动态作文语料库的泰国留学生写作问题分析研究[D].鲁东大学,汉语国际教育（专业学位）,2013,硕士.
[8]黄筱雁.马来西亚学生汉语学习中的语序偏误分析[D].苏州大学,汉语国际教育（专业学位）,2013,硕士.
[9]谢强.OLAM技术研究及其在电力系统中的应用[D].中国科学院研究生院（沈阳计算技术研究所）,2005.
[10]李极冰,孙妍彦,刘蕊.“微广告”——广告产业的革命[J].传媒,2014,03:52-55.
[11]修妍.基于ObjectARX的三维分形参数化绘图系统的研究与设计[D].天津大学,机械设计及理论,2004,硕士.
[12]尚文娟.430铁素体不锈钢焊接接头脆化及低热输入焊接工艺研究[D].兰州理工大学,材料加工工程,2013,硕士.
[13]潘亦,武港山.使用基于量度的分类树的软件开发技术[J].计算机工程,2005,19:89-90.
[14]高娟.重庆沥青配送中心选址与应用研究[D].重庆交通大学,管理科学与工程,2012,硕士.
[15]周红宇.数据仓库在质监系统决策分析中的应用前景[J].世界标准化与质量管理,2005,02:56-57.
[16]陈思杰.管道瞬时液相扩散连接工艺研究[D].西安理工大学,材料学,2003,硕士.
[17]王秀玲,孟宪军,李九生.多分量地震联合AVO/AVA反演在垦71井区的应用[J].石油地球物理勘探,2013,06:972-977+1016+852.
[18]关莹璐.偏光板反应式供应链体系研究与优化设计[D].复旦大学,项目管理,2012,硕士.
[19]王佳妮.几种钢材小孔腐蚀早期电化学行为的研究[D].北京化工大学,材料科学与工程,2013,硕士.
[20]马惟.数字化学习环境下基于绩效技术的企业培训案例分析[D].东北师范大学,教育技术学,2012,硕士.
[21]刘曼.高校教师薪酬水平对工作绩效的影响研究[D].湖南师范大学,教育经济与管理,2013,硕士.
[22]曹梅玲.RV/TLC和IC/TLC评价慢性阻塞性肺疾病患者肺过度充气的比较[D].山东大学,临床医学（专业学位）,2013,硕士.
[23]闫春晖.初中语文修辞教学现状及对策[D].内蒙古师范大学,学科教学（专业学位）,2013,硕士.
[24]祁琳.红景天苷经HIF-1信号通路调节成骨细胞表型表达的研究[D].河北医科大学,药理学,2013,硕士.
[25]兰玉娇.我国居民服务业就业效应的实证研究[D].重庆大学,产业经济学,2014,硕士.
[26]于树森.五运六气禀赋与急性髓系白血病（M0-M2）形成的相关性研究[D].北京中医药大学,中西医结合临床,2013,硕士.
[27]范芳芳.中国考古学期刊现状调查与发展方向探索[D].首都师范大学,文物与博物馆,2013,硕士.
[28]袁涛.省级党报经济新闻信源研究[D].山东大学,新闻学,2012,硕士.
[29]周顺卿.microRNA-145的表达抑制子宫颈癌细胞的侵袭和迁移[D].吉林大学,临床医学,2014,硕士.
[30]蒲松柏.组播网络下的H.264视频传输质量控制技术研究[D].中国科学院研究生院（光电技术研究所）,信号与信息处理,2014,硕士.
[31]康丽丝.上海东方传媒集团有限公司技术创新战略研究[D].广西师范大学,工商管理,2013,硕士.
[32]陆地.单壁碳纳米管电子性质的研究[D].湘潭大学,凝聚态物理,2003,硕士.
[33]胡晟.人大代表直接选举程序研究[D].南京大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[34]赵宏远.代码度量、过程度量和历史缺陷度量：工作量感知的缺陷预测能力比较[D].南京大学,计算机技术（专业学位）,2013,硕士.
[35]范乐庆,吴季怀,林建明,魏月琳.基于氧化石墨烯/聚吡咯正极的高性能非对称超级电容器[A].中国化学会.中国化学会第29届学术年会摘要集——第37分会：能源纳米科学与技术[C].中国化学会:,2014:1.
[36]熊晨.十八烷基封端聚合物增容半结晶性聚合物共混体系的研究[D].湖南师范大学,高分子化学与物理,2013,硕士.
[37]皮道映,孙优贤.多模型MIMO系统的模糊加权控制策略[J].自动化学报,1998,03:101-104.
[38]张静.关于加强我国信托公司诚信建设问题的研究[D].山西财经大学,马克思主义中国化研究,2013,硕士.
[39]马晓雪.兰州地区村镇住宅太阳能供暖系统设计研究[D].兰州理工大学,供热、供燃气、通风及空调工程,2014,硕士.
[40]胡小芹.新媒体背景下大学生思想政治教育创新研究[D].华中师范大学,思想政治教育,2014,硕士.
[41]孙玮.三宅一生服装设计的创意视角研究[D].河北科技大学,设计艺术学,2014,硕士.
[42]位金念.高中化学STS课程资源的开发与利用[D].河北师范大学,学科教学,2012,硕士.
[43]范艳会.基于非平稳平台的ISAR系统运动分析与补偿[D].哈尔滨工业大学,电子与通信工程,2014,硕士.
[44]张晶.国际化背景下江苏省高等教育服务贸易的比较优势研究[D].南京财经大学,国际贸易学,2013,硕士.
[45]郭萌.基于SNMP的网络性能管理系统设计与实现[D].西安电子科技大学,计算机技术,2011,硕士.
[46]马露.奶牛、水牛、牦牛、娟珊牛、山羊、骆驼和马乳特征性成分分析[D].内蒙古农业大学,动物营养与饲料科学,2014,博士.
[47]高颖.新疆汉族、维吾尔族、哈萨克族人群促酰化蛋白水平变化及其基因多态性与血压、血糖、血脂的关系研究[D].新疆医科大学,内科学（专业学位）,2013,博士.
[48]矫志杰,杨红,何纯玉,胡贤磊,王君,王昭东,李学儒,张庆春,刘相华.首钢中厚板轧机的轧件跟踪[J].冶金自动化,2004,04:44-46+50.
[49]张健康.中国媒介地理学研究的量化考察、焦点回顾与质化分析[J].浙江传媒学院学报,2014,05:2-9+137.
[50]杨俊升.高分子链与碳纳米管、石墨烯的相互作用[D].鲁东大学,2012.