极端波况下砂质海岸前滨地形动力过程研究

摘要

论文就粤东后江湾砂质海岸前滨为研究对象，以大量实测波浪、前滨地形、海滩地下水、泥沙样本等资料为基础，结合国内外在地形动力过程的研究进展，采用波浪数值模拟、希尔波特一黄变换、经验正交函数、交叉谱分析等多种研究方法，对极端波况下砂质海岸前滨地形动力过程进行了初步分析，分析认为： 在岛屿、拦沙堤等阻挡下，波高与波向均发生较大改变；在折射作用下，波峰线与等深线基本平行，遮蔽段波浪辐散，而岬角处波浪辐聚。向岸传播过程中，波高在有限水深范围内随水深的减小略有减小，进入浅水区后，则随水深的减小而迅速增大；波高增加到一定程度会发生破碎，波高迅速减小，而在继续传播过程波高再次增大，并最终破碎拍打岸滩。 台风期间，碎波带波能增大且向低频转移，台风过后，波能减弱且向高频转移，以风浪、涌浪为主；海滩地下水波动主要受潮汐涨落影响，波动周期可能受台风增水影响；台风与天文大潮耦合导致海滩地下水奇异性波动。 台风初期，波高周期联合分布图以双峰型出现；随着台风加强，无因次波高和无因次周期的分布均增大，波高周期联合分布图以单峰型出现。随着台风减弱，无因次波高分布范围缩小，波浪以波高较小的涌浪为主。实测波高与周期之间相关系数越小，实测分布图与理论分布图越相似。 滩坎是海滩特征地形重要类型之一，是海岸侵积的重要标志。滩坎通过其位置移动、泥沙粒径、滩坎高度与形态结构时空变化在一定程度上反映了复杂的海滩系统地形动力演变过程。通过分析波浪、潮汐、水下地形等多种影响因子作用下的滩坎地形动力过程，结果表明：a)卷破波是滩坎形成的直接驱动力。b)碎波带波浪显著波陡大则滩坎高度大，反之滩坎高度小；c)涨潮时滩坎侵蚀向岸移动，落潮时滩坎堆积向海移动；d)台风期间滩坎受侵蚀，台风后堆积；e)水下沙脊一细沟地形是滩坎演变重要影响因素。遮蔽岸海滩滩角在台风过后一两天内形成，但绝非偶然；台风影响下，滩面泥沙变粗，台风过后，滩面堆积，滩角发育形成；然而，滩角在两三天内也消亡，但不同时消亡，而是离拦沙堤近的先消亡。究其原因，认为入射波变向后受拦沙堤阻挡导致滩角消亡。湾内开敞海岸，滩角形态较为显著，且滩角间距较大，存在时间较长，滩角在演变过程中随着海滩的堆积而变显著。滩角凸部对外动力变化的响应要比凹部敏感。滩角对波浪、潮汐等外动力反应迅速，处于不断演变过程中，在台风后滩角活动性增强。 入射波受拦沙堤阻挡形成旋涡，致使水下泥沙严重冲刷；台风是造成前滨较强的泥沙输运的主要原因，而泥沙输运过程对应台风的响应具有滞后性；剖面变化与波能相干性较为显著，但相对滞后于波能变化，落后步长约为1小时。 滩角、滩坎、深槽、沙嘴、砂坝等特征地形在台风影响下，在一个较短时间内完成了从形成到消亡的演变过程；波浪是海滩特征地形演变的直接驱动力，海岸工程对海滩特征地形演变具有重要影响。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1选题背景与研究意义

1.2国内外研究概况

1.3研究的主要科学问题

第2章研究区域环境特征、研究资料与研究方法

2.1研究区域环境特征

2.2资料收集与处理方法

2.3研究方法

第3章台风作用下近岸波浪背景场的数值模拟

3.1后江湾波浪场数值模拟

3.2近岸波浪场特征分析

3.3小结

第4章台风作用下近岸水体波动特征分析

4.1台风前后海滩碎波带水体波动特征分析

4.2台风作用下波高周期联合分布特征分析

第5章砂质海岸前滨地形动力过程分析

5.1海岸前滨滩坎地形动力过程分析

5.2海岸前滨滩角地形动力过程分析

5.3海岸前滨剖面地形动力过程分析

5.4海岸前滨地形动力过程分析

第6章结语

6.1成果与结论

6.2主要创新点

参考文献

致谢

附录