（环境科学专业论文）粤东靖海湾近岸过程及海岸规划管理研究.pdf

t i t l e ：s t u d yo nn e a r s h o r ep r o c e s s e sa n dc o a s t a lp l a n n i n ga n d m a n a g e m e n t o fj i n g h a ib a yi ne a s t e r ng u a n g d o n gp r o v i n c e m a j o r ：e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e n a m e ：c h a n gr u i l i a n s u p e r v i s o r ：p r o f c h e nz i s h e n a b s t r a c t t h eh e a d l a n db a yi sa l li m p o r t a n tm o r p h o l o g i cf o h ni nt h es o u t ho fc h i n a ，a n d j i n g h a ib a yi so n eo ft h et y p i c a lb a y s t h i sp a p e r , t a k i n gj i n g h a ib a ya sa ne x a m p l e a n a l y z e s t h ei n t e r r e l a t i o na m o n gt h es e d i m e n te n v i r o n m e n t ，m o r p h o l o g ya n d d y n a m i c so ft h en e a l s h o r ez o n et h r o u g ht h er e s e a r c ho ft h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h e s e d i m e n t s ，b e a c hs t a t e s ，e q u i l i b r i u mp r o f i l e s ，w a v e sa n dt h ee q u i l i b r i u mf o r m so ft h e b a ys h a p ei nd i t i e r e n tw a y s t h ea n a l y s i s ，b a s e do nm e a s u r e dw a v e s ，c u r r e n t s ，b e a c h p r o f i l e sa n ds e d i m e n t si nt h ef i e l d ，a n a l y z e st h en e a l s h o r ep r o c e s s e st h r o u g ht h e r e s e a r c ho ft h ed y n a m i c s - s e d i m e n t m o r p h o l o g ys y s t e m n ei n t e g r a t e dm a n a g e m e n t p r o j e c to ft h ec o a s t a lz o n ea n di t sc o a s t a lr e s o u r c e si sa l s oa d v a n c e d b a s e do ht h ea n a l y s i so ft h es e d i m e n te l l a r a c t e r i s t i c s ，m c l a r e n sa n dg a t s m o d e l sa r ea p p l i e dt oa n a l y z et h et r a n s p o r tt r e n do ft h es e d i m e n t s i ts h o w st h a ti nt h e n o r m a lw a v ec o n d i t i n l l , t h en o r t h e a s tt r e n di so b v i t u s t h ea l l a l y s i so ft h em e a s u r e dd a t ao fb e a c hp r o f i l e sa n dw a v e si n d i c a t et h a tt h e b e a c hs t a t e sa r ei nt h ei n t e r m e d i a t es t a t e s d e a n ，b o d g ea n dl e em o d e sa r ea p p l i e dt o s i m u l a t et h es e l e c t e df i v ep r o f i l e s ，t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ep r o f i l e sa r ei nt h e e q u i l i b r i u ms t a t e s t h es i m u l a t i o no ft h eb a ys h a p ei n d i c a t e st h a tt h eb a yi si nt h e d y n a m i ce q u i l i b r i u ms t a t e s r c p 硝v ee q u a t i o n sa r e a p p l i e d t o a n a l y z e t h ew a v ep r o p a g a t i o na n d t r a n s f o r m a t i o n t h ec o m p a l i s o n so ft h ew a v eh e i g h t ss h o wt h a tw a v ec o n v e r g e so r d i v e r g e si nd i f f e r e n tr e ；g i o n s a tt h el a s t ，t h r o u g ht h ea n a l y s i so ft h ec h a r a c t e r i s t i e so ft h ec o a s t a lr e s o u r c e s ，t h e u t i l i z a t i o nw a y so ft h ec o a s t a lr e s o u r c e sa n dt h ei n t e g r a t e dm a n a g e m e n tp r o j e c ta r e a d v a n c e d t h eg e o g r a p h i c a lm e t h o d sa l ee m p h a s i z e de s p e c i a l l y t h ei n t e g r a t e d m a n a g e m e n to ft h ec o a s t a lz o n en e e d st h ec o r p o r a t ee f f o r to ft h es o c i e t y k e yw o r d s ：h e a d l a n db a ym o r p h o d y n a m i e b e a c hs t a t e sb e a c h p r o f i l e s w a v ep r o p a g a t i o na n dt r a n s f o r m a t i o n i i 第1 章前言 近岸带是连接海滩一碎波带与内陆架过程之间的重要地带，波浪在此经历浅 水变形，并扰动泥沙。近岸水动力特性决定了泥沙搬运速率和方向，从而在很大 程度上控制了碎波带过程的性质、强度和变化性及海滩状态。因此对这一地带的 重要性的认识日益引起研究人员的关注。 华南地区，由岬角控制形成的岬间海湾是一重要的海岸地貌形态且分布广 泛。靖海湾是其中比较具有代表性的海湾之一。岬间海滩泥沙交换并不限制在碎 波带，而是延伸至超过l o 米以深的近岸带，海滩过程和近岸过程是相互联系的 整体，研究海滩过程必须研究近岸过程。本文以靖海湾这一典型的岬间海湾为例， 试图从地形动力学的角度，结合多种研究方法，研究其“动力一沉积一地形”系 统，以更好的理解其近岸过程。 海岸系统是海岸与开敞大洋交界处海洋学研究不可分割的一部分，对这种海 岸地形系统的研究国外起步较早。但在五六十年代以前，研究海岸演变和地形形 成经典的方法是静态性的描述：美国海岸工程研究中心( c e r c ) 最早提出经验定 量性技术来解释海滩地形变化，强调形态、物质、过程等的变化的测量，将野外 研究和实验室结果结合，把过程和形态的耦合当作黑箱研究，提出预测驱动力的 变化下海滩的响应过程的经验方程。 七十年代以来研究人员开始从水动力和空气动力学角度研究海岸演变， w r i g h t 和t h o r n 于1 9 7 7 年“1 首先提出了一较全面的地形动力学概念，即地形动力 学研究泥沙输运引起的地形与流体动力之间的相互作用过程，海岸演变是地形动 力过程对外部条件变化响应的结果。 海滩碎波带在时间和空间上具有巨大的变化性，因此历来就成为人们感兴趣 的研究对象之一，研究人员试图建立概念性的模型来预测不同能量背景下海滩状 态的变化。海滩状态模型被分为两大类：( 1 ) 平衡模型，即预测常浪下海滩特征 地形( 如坝、槽) 及其规模嘲。”；( 2 ) 连续地形状态模型，即预测在不断变化的 入射波作用下坝一槽等特征地形的形态和规模出现的顺序啪 “3 。目前的研究主要 是集中于第二类即连续地形状态模型上。这种模型又分为两种类型：以单独的横 向剖面变化为基础的模型和包括海滩沿岸地形变化的模型，分别预测横向输沙情 况下海滩状态的季节性循环变化以及不同入射波状况下海滩地形状态的变化。这 些模型对于控制三维近岸地形变化的环境条件做出了定性的解释。 研究人员在使用地形动力学方法对碎波带和海滩特性研究中，十分注重沉积 形态、水动力过程和沉积物再分布过程的完整组合以及他们的类型、这些组合时 阀变化的次序细范围、这些组合与它们对环境状况时间变化特性之闼的联系”1 。 w r i g h t 和s h o r t ( 1 9 8 4 年) “将海滩状态分为三类，即消散型，中间型和反射型， 露中裁型又遨一步划分戈低潮玲溅型、横肉沙竣一裂滚型、韵律涉壤一海滚型戳 及沿岸坝一槽裂。他们应用不同岬问海滩碎波带连续六年的观测资料，提出无量 棼l 参鼗q ，褥渡滚霸沉积黪两者特征结合起来，酃q = 毪( 。t ) ，其中 k 为破 波波高，u 为沉积物沉速，t 为波周期。q = l 被定义为反射和中间型的临界值， 而q - - - - 6 被定义为中阀型和消散麓的临界值。但w r i g h t 和s h o r t 的研究存在两 点不足，一是利用q 无法区分魍秘中闻型状态，二怒对于不同鲍孛阕类型的海 潍状态与环境状况之间的关系没有进行详细的分析。为克服这些不足，w r i g h t 等( 1 9 8 7 ) “”又蛰波黪与溺蒺、q 分类方案结合起来，毙磷究定魏懿确定了波 群、潮黢与中间类型海滩状态变化之间的关系，但是没有把控制中间类型海滩地 彤状态豹强境条件定蓬耗。 l i p p m a n n 和h o l n m n ( 1 9 9 0 ) “在w r i g h t 等人开创性研究的基础上运用时间 跨度为两年的视频遥测资料，分祈了波浪状况和不同海滩状态以及海滩状淼相互 转化的关系，势且将海滩状态进一步细分为了，k 类。蚀 f 】采用约分类标准鸯：( i ) 商无沙坝发育；( 2 ) 沙坝时宅尺度的控制因素怒入射波还是长重力波；( 3 ) 沿岸 变健将蔹( 线状或是孬为熬律渗竣) ；撵餐是否连续。 以上的研究的共同点是对于海滩状态视觉判断上都存在菜些主观性，而且各 种率阀类型海滩状态之海稻互转纯翡邋形动力交仡过稷也不鞠确。鄢这些研究在 以下三方面尚存在不足：( 1 ) 区分不同海滩状态的客观性方法：( 2 ) 对不同海滩 状态下的环境状况的众面的理解；( 3 ) 对控制不同海滩状态之间的转化的地形动 力鲍理辫。据此，r o s h a n k ar a n a s i n g h e “等瘦瘸墅形成像与数焦模型摆续会的 方法提出一种形态学方法。这种方法是以w r i g h t 蹲划分的四种中间类型海滩状态 豹浍岸波浪藏碎变 ：激及碎波带爨度为蒸穑酶。研究络栗表鞠，海滩在不潮瓣波 浪作用下在四种中间类型海滩状态间相互转化；当波浪能量减小时，海滩状态会 依次执韵律沙城型至l 横向砂撅与裂流型瓢低潮阶毡( 砂脊与鳓沟) 型，僵怒一旦 台风发生，海滩状态就会呈现沿岸砂坝一啤槽型。该磺究还表明主要海滩状态是 横向砂坝与裂流类型，高能海滩状态比低能海滩状态持续的时间要黼。 海滩割嚣黟态是逡岸过程豹一个重要骚究痰容。海滩割嚣澎态受波渡、淀涉、 沿岸流、地质等诸多因素的影响，使得海滩剖面时空变化极为复杂，因此对海滩 蘩瑟静磷究吴蠢重要瓣理论懑义。对于逅络带平衡海滩翻瑶静研究，d e a n ( 1 9 9 1 ) 、l a r s o nk r a u s ( 1 9 8 9 ) 、b o d g e ( 1 9 9 2 ) 删、d u b o i s ( 1 9 9 9 ) 、m u f i d z p6re z ( 1 9 9 9 ) “、l e e ( 1 9 9 4 ) “、k i t 和p e l i n o v s k y ( 1 9 9 8 ) “”、l a r s o n ( 1 9 9 9 ) ”等部援出了海岸平糖剡露模式数学表达式，这些模式浆提汰加深了人 2 们对于近岸带剖面地形的认识而且被广泛用于对波浪浅水动力的分析、近岸流生 成、泥沙搬运、岸线变化及海岸增水过程的计算机模拟。进一步加深了人们对于 海滩近岸过程的认识。 平衡海岸平面曲线形态规律与平衡海滩剖面形态规律一样，是研究砂质海岸 演变与稳定的重要规律之一。而具有岬间海湾的砂质海岸占世界海岸线的百分之 五十一，运用海岸平面平衡规律，可以预测海岸的终极侵蚀和堆积状况，从而为 海岸带资源利用与规划、海岸防护以及海港工程提供重要的科学依据。对于海岸 平面平衡形态的研究，自1 9 4 4 年以来，研究人员提出许多数学方程模拟岬间海 湾海岸平衡形态，如y a s s o ( 1 9 6 5 ) o “、p a n ( 1 9 6 9 ) 。“、s i l v e s t e r ( 1 9 7 0 ) 瞰1 提出对数螺线形，y a s s o ( 1 9 6 5 ) o ”对多个天然岬湾海滩进行研究发现他们最 终形态相似；夏益民( 1 9 8 8 ) ”1 在澳大利噩在著名海岸防护专家s i l v e s t e r 的指 导下进行了平衡海岸曲线形态的实验，发现了在不同入射波角下平衡海湾具有完 全相似的曲线形态，进一步的实验验证表明对数螺线公式与实际海岸形态偏离较 大，通过实验资料的分析归纳推导，获得了新的极限平衡岸线的曲线规律即双曲 螺线型，并且通过模型试验来验证其适用性；m a s h i m a ( 1 9 6 1 ) 首先提出了抛物 型，h u s 等。“提出对数螺线型并不适用于平衡海湾全部岸线部分，静态平衡 岸线只与入射角和控制线有关，并且也提出了抛物模型。抛物模型成为当前应用 最广泛的检验海湾稳定性的模型。g o n z a l e z ( 1 9 9 5 ) ”应用h u s 等提出的方法。“ 对话班牙海岸进行研究证明该模型并不是完全适用。g o n z a l e z ( 2 0 0 1 ) 。”又 运用分析实验手段提出了验证和设计平衡海湾的改进的方法。另外，还有双曲切 线模型( m o r e n oa n dk r a u s ，1 9 9 9 ) 和椭圆模型。”1 。 波浪作为造成泥沙运动，塑造海滩的主要动力因素，在从外海传播到近岸的 过程中由于受到地形、障碍物和水流等因素的影响将发生浅化、折射、绕射、反 射、底摩擦能量耗散及破碎等一系列复杂现象，即波浪传播发生变形。b e r k h o f f ( 1 9 7 2 年) o ”首先根据势波理论提出了著名的“缓坡方程”，用数学模型研究近 岸波浪传播变形，之后世界各国专家学者围绕它做了大量的研究，包括缓坡方程 的数值求解方法、缓坡方程的简化与近似( 为求解方便实用) 和缓坡方程的改进， 并且有大量的研究成果问世。其中由e b e r s o l eba 提出的r c p w a v e 模式的显著 优点决定了它可以被广泛地应用于大面积海域的波场计算。 由于海岸环境中地形动力与沉积动力过程的复杂性，目前对于泥沙分布与驱 动的动力学机制仍然是不明确的。m c l a r e n 和b o w l e s 1 在观测研究的基础上，利 用表层沉积物样品的粒度参数的联合分布，提出泥沙搬运的概率模型来识别泥沙 运动方向，克服了采用单个粒度参数来推断沉积物运动方向的不确定性。这一模 型在海岸、河口和陆架沉积环境的沉积物搬运趋势研究中取得了一些有意义的结 果啪“。后采，g a o 和c o l l i n s “o 认为，m c l a r e n 和b o w l e s 的方法霰要辔先人 为选定泥沙搬运路径，有可能由予有沉积环境中多沉积物源的混合作用和动力复 杂蛙，淡沙搬邋鼹径定义不当蔼导致镫误瓣缝谂。出毙，缝赣j 焱m c l a r e n 窝b o w l e s 方法的基础上提出了一“二维”泥沙搬运的矢缴模型，并应用于多个海岸沉积环 壤靛磅究中，获褥了更弱确蠡每嚣沙净搬运貉径瓣窝缀。卜 国内对于海岸近岸过程的研究较之圈外相对薄弱。但是，近年来对于邂岸带 魄形动力和现代沉积环境之间的稠互关系方面的研究识其有了长足的迸葳。李春 韧( 1 9 8 6 ) “4 1 对典型岬闻海滩动力地貌特征徽了宏观上的描述。陈予禁等( 1 9 9 1 ) 分析了海南新海湾岸滩主要动力作用和特征地貌组合；( 1 9 9 3 、1 9 9 5 、1 9 9 6 、2 0 0 0 、 2 0 0 3 ) “”叫“1 避鼹逸澎动力学熬方法努攒弧形海岸鹣麓办凝积强凌，弧形海岸海 滩对于台风大浪的响应过程，并应用概率模型分析高能与低能条件下泥沙沿岸搬 运方翔，讨论裔貔条俸下海滩碎渡带遗形韵力获态与波动过稳并应瘸经验谖交蘧 数分析翱小波变换研究海滩削面时空变化及其地形学意义，碜f 究不阃波况鹜景下 螂闯海滩碎波带波动能量的多尺度时间震荡特征，分析近岸带三组成波的耦合作 耀。赵焕嶷( 1 9 9 9 ) “”对华南海岸的地貌状提、环境资潦与并发敛了详缨的磺突， 对华南海岸带的规划和管理具有重要的指导作用。 4 第2 章靖海湾概况、研究资料与方法 2 1 靖海湾概况 靖海湾位于粤东惠来县东部( 图 2 - i ) ，海岸地质地貌基础属于中生代 燕山期花岗岩低山台地，平面形态呈 向东南敞开的小弧形海湾。现代海岸 地貌由沿岸沙堤、堤后泻湖与通道组 成。靖海湾沿岸存在海岸前丘 ( f o r d u n e ) ，且从靖海角到资深方向 越来越发育。观测表明，资深下岬角 附近爬山风沙可达到2 0 米的高度。 从大范围海岸地形结构上看，小海湾 位于此区基岩大岬角的局部凹入处， 因而是区域波能相对辐聚部位。 图2 - 1 靖海湾位置图 本海湾沿海海流涨潮流向东，落潮流向西，以东流为主。由1 9 9 3 年6 月实 测海流分析可知，潮流为正规半日潮流性质，池分潮流占绝对优势；余流方向则 为东北至东。海湾无大河流注入，仅为间歇性小溪和泻湖排洪入海，泥沙来源少。 海岸水体含沙量小，盐度较高。 靖海湾潮汐作用较弱，为非正规日潮，平均潮差小于1 米，大潮平均潮差小 于1 5 米，潮汐动力对地形演变与泥沙运动作用较小。但本岸段波浪动力作用强 劲。根据离本区约3 7 千米的汕头表角站1 9 6 6 1 9 7 5 波浪统计结果，海区风浪出 现频率占9 1 5 9 6 4 ，涌浪出现频率占4 8 5 3 8 。e s s e 四个方位的波浪 出现频率达8 2 8 ，优势浪向为e 向。夏半年s 向和偏w 向( s w - - w s w ) 风浪频 繁，涌浪为e 、s s e 或s 向；冬半年以n n e - - e n e 向风浪为主，涌浪则以s s e 向较 稳定。根据1 9 9 3 年9 月至1 9 9 4 年3 月2 0 米水深处的实测波浪资料统计结果如 下表( 表2 - 1 ) 。 表2 i 表明海区此期最大频率波况波高为i 6 - 2 0 ，波周期5 卜6 0s 。实 测的各月平均有效波高1 3 - 1 7 m ，月最大波高平均值2 0 2 6 m ，月平均周期 4 8 5 5s ，波浪是塑造海区近岸带地形的主要动力。 表2 - 1 靖海湾各级波能流( 1 9 9 3 。9 1 9 9 4 。3 ) 。 波高 周期( s ) ( m )2 。l 一3 o3 。l q 。84 1 5 ，o5 ，1 - 6 。06 。1 - 7 07 + i 一8 0 2 6 3 0 2 9 61 0 2 _ 2 1 2 5 1 0 82 7 3 82 8 2 1 6 2 o 1 4 4 93 1 1 05 8 43 7 _ 1 1 - 1 5 3 0t 4 8 11 3 2 91 2 6 94 3 o 6 一1 ol4 63 6 72 2 23 0 _ 0 0 - 0 5 l44 _ 2 。2 研究方法与基本资料 本文运用地形动力学的方法，在现场波、流、泥沙等资料的基础上使用多学 瓣定量计算方法掇示靖海湾透蓐过程。 2 2 1 主要磷究方法： 1 ) m c l a r e n 等( 1 9 8 5 ) 关于溺沙运韵的粒魔参数概率模型：分析海滩泥沙 运动趋势 2 ) 二维混沙搬运的矢鬣模型：研究近岸区泥沙净搬运趋势 3 ) 怒p 鞑￥瑟缓坡方程：分辑旋痒豢波浪豹瓠射绕瓣壤援。 4 ) 平衡剖面模式拟合：分析剖面形态与近岸泥沙、波候的关系。 对帮覆数攒采臻b o d g e 、d e a n 和l e e 模式遂行拟合，并与理论上的平衡帮面 模式进行对比，从而判定靖海湾海岸剖面是处于平衡状态还怒远离平餐的状态， 并结合当地渡候进行分析。 5 ) 海湾平露平镦形态模拟 对岬湾海滩平面形态平衡模式主要有三种：对数螺线形( k r u m b e i n ，1 9 4 4 ； y a s s o ，1 9 6 5 ) 、撵物澎( h u sa n de v a n s ，1 9 8 9 ；s i l v e s t e ra n dh s u l 9 9 3 ，1 9 9 7 ) 和双曲切线形( m o r e n oa n dk r a u s ，1 9 9 9 ) 。本文应用抛物模测模拟岸线瑕想状 况下静静态平衡形态并盈被瀣其岸线形态图，与实际静岸线形态眈较扶而羯断海 湾是处于平衡状态还怒远离平衡的状态，以期对海岸艘划管蠼提供一定的依据。 6 ) 在波、流、漉沙等的资料纂础上定性与定量相结合的综合研究方法。 ( 珏& 为广州交遗部弟四靛务工程勘撵设诗簏撼供。表中数蕴为波琦事与谈疑颧事砖寒积 6 2 2 2 基本资料： 1 ) 泥沙样品：1 9 9 3 年6 月和1 9 9 4 年5 月的海滩近岸带泥沙样品 2 ) 波浪资料：波候资料 3 ) 海流资料： 4 ) 剖面资料： 5 ) 图； 1 9 9 3 年9 月至1 9 9 4 年3 月2 0 米水深处的实测波浪资料 2 0 0 4 年8 月现场采集的海滩碎波带波浪资料 1 9 9 3 年6 月采集的两个站位的海流表中底层海流资料 1 9 9 3 年的水下剖面资料 2 0 0 4 年现场采集的地形剖面资料 海岸带调查资料 1 ：5 0 0 0 地形图 第3 章海滩、近岸带沉积特点 海湾表层沉积物分布魑现代动力过程所控制的。以较长时段的平均状况来 露，露黻谈为受裂大尺凄海岸建形戆制终，各静戆量乏闽蔽波髓量与沉稽携之闻 相互作用已经趋于某种相对均衡状态，因此沉积物分布反映了海湾现代动力沉积 环境。天然沉积环境巾沉积物分布特征和泥沙搬运路径历来怒沉积斑貌与泥沙工 程环境研究的一个重器问磁。海湾现代动力沉积环境中衷层沉积物蛉空间变化是 备种搬运过程的综合结果，其中包括沉积物在动力与地形相互作用下的动力沉积 过程、壤力分毋过程、选择搬运过程弱黪蚀过瑕。 对所搜集的1 9 9 3 年6 月和1 9 9 4 年5 月靖海湾海岸近岸区和海滩表层沉积物 样品送行粒度分耩，羧度参数( m d 垂、q d 每、s k 审) 戳矩法诗算褥蓟。在对海滩 及近岸底质类獭进行分析的基础上运用m c l a r e n 和b o w l e s 泥沙搬运的概率模型 戳及g a o 和c o l l i n s 豹二维泥沙搬运静矢量模穗对海滩和邋岸带溅沙骰沿岸运 动趋势分析。 3 。1 现代沉积特征 3 。i 1 浚积物类型与分东 探讨海送沉积物输 运趋势荫先需要了解此 海区底旗类型与粒发参 数分夺特征，粒度参数计 算结果袭明，海区近岸带 主要寄疆耱滚获耪类整： 细砂、中砂、粗砂和粘土 袋耪砂( 如图3 - 1 ) 。海 湾自海潍至海湾中部大 部分为纲砂( 或极细砂) ： 海湾南部l o 米薅涤线激 深沉积物较细，为粘土质 耪秽；海湾孛帮爨南部 3 - 1 靖海湾疯质类镬竭。 5 米等深线以浅有少量中砂分布；靖海角附近和南端5 米以浅分布有少量粗砂。 o 谪霉；i 藏自1 9 9 3 年6 月中阑科学于南海海洋研究所靖海湾一赤沙澳岸段动力地貌和泥沙研究报告图4 8 3 1 2 海滩沉积物粒度分布特征 反映沉积物特征的粒度参数主要有众数( m q ) 、中值粒径( m d ) 、分选系数( q d ) 、 偏态( s k ) 和峰度等。其中，中值粒径( 岫) 代表了粒度分布的集中趋势，若以 有效波能表示，则代表沉积物搬运介质的平均动力能( 速度) ；分选系数指示沉 积物被淘选富集的程度，与环境的关系是极其明显的，可以反映沉积介质的载荷 和筛选能力；偏态( s k ) 值可以判别颗粒频率分布的不对称程度，并表明平均值 与中位数的相对位置，反应沉积物的成 囡。 对1 9 9 4 年5 月采集的海滩 2 2 个样点( 如图3 2 ) 做泥沙粒 度分析。其粒度参数( m d 、q d 、 s k ) 由矩法得到，结果见表3 一l 及图3 3 。 图3 - 2 靖海湾海滩泥沙采样点位置图 表3 - i 海滩泥沙粒度参数( m d 、qd 、sk ) 分布 采样点 l234567891 0 m d2 6 0 02 2 6 82 5 2 02 7 4 22 3 0 9l - 9 7 32 1 9 70 7 9 6o 8 2 52 1 5 l q d0 4 9 00 6 0 90 5 0 10 6 0 00 5 8 60 8 1 80 6 5 31 8 8 91 8 6 20 6 8 5 s k - 1 9 8 30 2 3 5- 1 3 8 32 鹋60 0 4 60 9 1 30 4 9 31 0 6 41 0 6 50 6 2 l 采样点 1 1 1 21 31 4 1 51 61 71 81 92 0 m d2 1 2 71 5 2 11 2 9 10 9 6 21 1 6 2一o 0 0 42 5 1 30 9 8 70 4 2 50 4 8 9 0 7 0 11 2 0 81 4 2 l1 7 3 11 6 4 22 6 6 50 5 0 31 7 0 72 2 4 82 1 8 6 s k 0 6 7 71 0 7 61 0 7 9 1 0 7 01 0 7 61 0 4 21 3 3 41 0 7 11 0 5 31 0 5 7 采样点 2 12 2 m d1 7 2 80 9 2 4 0 d1 0 2 41 7 6 7 s k1 0 4 81 0 6 9 9 4 3 2 l o 一1 2 - 3 3 - 3 海滩泥沙粒度参数( m d 、q d 、8 k ) 分布图 由此得到海滩南、北段沉积物累积频率曲线图及整个滩面粮度参数分布( 图 3 - 4 ) 。 通过对以上图表的分析可以得出以下结论： ( 1 ) 从靖海角到资深方向滩面沿岸泥沙中值粒径( 巾值) 具有变小趋势， 即粒径具有变糨的趋势；四分位离差( 分选系数) 具有交大的趋势，即分选变差； 偏态更加趋于磁偏。 ( 2 ) 北段沉积物以细颗粒漉沙为主，分选较好鼠大部分为负偏，说明沉积物 受波浪作用盼长期筛选、缅化、改造；与北段相比，南段沉积物变褪，分选变差， 置大部分为正偏。 3 。2 海湾泥沙搬运趋势分析 3 2 1 海滩一碎波带泥沙浴岸输送趋势 零l 矮淀沙粒疫分奄特槎来分辑泥沙运动方式、沉积舔境帮搬运方蠢蹩海津带 淀沙磅究豹重要方法( 辕子粲，1 9 9 1 ) 。m c l a r e n 弱b o w l e s ( 1 9 8 5 ) 褚剃稻表 层淡积物样品斡粒发参数静联合分布，提出泥沙净输运趋势熬“一维”摄率输 运模式，对复杂憋海岸环境泥沙运动趋势及其能霪鸳景进嚣计算分极。下瑟耱利 用m c l a r e n 靼b o w l e s 螅“一维”摄率输运模式转援泥沙沿岸埝运趋势。 一。基本原理 考虑在特定的能量环境下，表屡沉织物的粒度参数 的变化，模型即列赐了沉积浆参 数变化组合推求一定能鬟作用一f 泥沙的搬运方向。当选定一缀蠢序捞晶时，存在 着( n 2 - - n ) 2 对可能显示巢一方向搬运趋势和等数量对相反方向的趋势。当比 较任一对样品( 如d ，和如) 粒度参数时，可有8 秘粒度参数组合来指示历选择 t 0 g翟斟纂娶嗪霉嚣蟮鄙蔷鼹嫩 匦褰题瓣臻繇峨嚣繇嚣糟辫亨隧 避搿鲁鼹嚣聪啸s聪蜉韪怔舞臌 的搬运方向。但经分析，其中只有两种组合具有指向意义。一为事件b ：低能搬 运且能量逐减，在此状况下，存在着d 。比d 。更细( f ) 、分选更好( b ) 和更负偏 ( 一) 的趋势；另一为事件c ：表示初时高能搬运，能量递减，在此状况下，d 。 比d 。更粗( c ) 、分选更好( b ) 和更正偏( + ) 。因此，各种组合发生的概率为 i 8 ，即p = o 1 2 5 。 二计算方法 其具体计算方法是对一组选定的泥沙做z 得分检验，即对下面两种假设做z 得分检验： 假设h 。：p 0 1 2 5 不存在所假定的搬运方向； 假设h 。：p 0 1 2 5 存在所假定的搬运方向 当统计量z - - - - ( x - - np ) 舶叼 1 6 4 5 ( o 0 5 显著水平) 2 3 3 ( 0 0 1 显著水平) 时接受h ，假设。式中x 是两种相反搬运方向中某一方向在特定事件( b 或c ) 下 观察到的样品对数；n 是可能的同向搬运样品对的数量，n = ( n 2 - n ) 2 ，n 是 样品总数；q = 卜p 。 三计算结果分析 编制程序分别对靖海湾沿岸( g r o u p l ) 、东北段( g r 叫p 2 ) 和薅南段( g r o u p 3 ) 运用m c l a r e n 和b o w l e s 的泥沙运动趋势概率模式进行分析，其结果见表3 2 。 表3 - 2 海滩沿岸泥沙净搬运趋势分析结果 c a s ebfn = 2 8 b ) ( - 6 一 z = 1 4 3 n = 2 8 x = 2 i z = 1 0 0 0 黔2 8 x = o z = - 2 0 0 瓣= 2 8 x = i z = - 1 4 3 由袭3 - 2 可见，此海滩在正常波况下，即低能输运条件下存在明鼹的向东北 韵搬运趋势，由统计得到的z 得分值均超过0 0 1 显鬻水平的临界值( 2 3 3 ) ；掰 在高能条件下没有表现出泥沙搬运方渤。 海滩混沙搬运趋势分析与以上分析的海滩泥沙粒魔参数的沿岸分布变化情 况是致豹，毽反映了近瘁带动力i 童程。靖海湾在爱率箨灞滚麓e 、s s e 帮s 淘， 卣予遥潞表瓣沉积蘩是激缍移为主，跑较嚣荔搬运，箍褒寒麓条锋下，淀沙主螫 是横自运动，鼓沿岸搬运方两极不明显。 3 2 。2 近岸区沉积物输运趋势 g a o 和c o l li n s 0 8 认为，m c a r e n 和b o w l e s 的方法需要事先选定泥沙搬运路 径，有哥畿巍予沉积环凌中多沉积糖源弱湛台箨箱帮韵力复杂往，泥沙搬逡路衽 定义不姿覆导致镑误熬结论。壶鼗，在m c l a r e n 帮b o w l e s 方法静基獭上鬟窭了 一“二缭”淀沙搬运瓣矢爨模型，黉应攥予多令海霉流稼繇凌，获褥了受羁确豹 泥沙净搬运路径的图像。“”叫蝴 一。计算方法 ( 1 ) 根据取样密度对研究隧加以网格化，以最大潺沙样品距离定义一特征躐 离d ，如果相邻样品之问躐离小于d ，则分别对比3 种粒度参数，当符合事件b 、 e 之一辩，确定两样品闷较商努选系数尚较低分选系数为搬运方淘，设此嵇始秃 霪缡搬运矢繁长度为l 。 ( 2 ) 对上述菜一样麓与箕邻涯样鑫确定熬搬运矢薰繁绷求帮； 1 4 e b + e鼹矬 矾棚= 砉籼) ( 3 1 ) 拣串，n 为对蔡一襻品确定瓣搬运矢量数，r ( x ，y 盖为镶始趋势矢爨，霹葛岁 麓 趋势矢量和。 ( 3 ) 对r ，y ) 作平滑处理以滤去可能的搬运趋势“噪音”： 瓦西力- 击陋y ) 啐夏，l 式中，艘j 为楣邻采样点以式( 3 一1 ) 求褥的趋势矢量；k 为相邻采样点数； 霖。筏表 该焱涯渗净搬运方囱。 ( 4 ) 对研究区所有采样虑重复上述三个过程，求褥各个样点净搬遮矢量。 ( 5 ) 搬运矢量的显著性梭验。定义一特征矢量长魔l ： 互t 砉摹簿南y 4( 3 - 3 ) 式中，n 为采样点总数。对n 个采样点及其粒度参数应用随机排序法，每个 榉晶点在相网概率条件下鬟新按随机数褥到新的粒度参数。例如原梯晶点1 的随 瓤数为3 l ，粼样品3 l 懿靛发参数被熏耨擦裂銎 群鑫l 楚，萁毽熹穗诸磐藐重瑟 分布。重复排序m 次可以计簿得到m 个特征矢量长度。搬据l 的频率分布曲线计 算一置信水平为9 9 的临界上。值，当实际样品点的l l 。时，此搬逡趋势显著。 国对诗舞结果绘出磊混沙襻晶翦搬逡趋势矢量。 二计冀缡采 分析 根据泥沙 搬运趋势矢爨计 算方法编写了计 算与绘图程序，其 诗算缝暴见鞠 3 5 。 上图并没有 照示出泥沙的搬 遮趋势，主要舔藩 怒资料限制，样 点太少不足以驻 示泼获耪搬运趋势。窭3 - 5 靖海湾赢震骑避辫 第4 章海滩状态分析 海滩愚渡髓不断交亿豹活跃遣带，由予受岸线走向、开激程度、当地波况 秘泥、涉供应状况以及耪始海滩撩形的控谁，涯形海湾不瀚岸葭漉沙横向运动和缀 肉运动强度移趁势各不相同，表现爨不阂韵海滩状态与逡形动力过程，这方面在 空闲上摆对宽广憝弧形海岸尤为骢鼗( s h o r t ，1 9 7 8 ) 。瓣不同露段海滩状态稻特 征戆分援，在理论上纛海岸开发裂鼹上都曩蠢羹要慧义。 4 。1 不同海滩状态及其地形组舍蘩爨棚应的过程特征 4 。1 。1 海滩状态划分 海滩碎波带在时闻期空阀上具鸯巨大的变化性，因此历来裁成为人靠】感兴趣 的研究对象之一，研究人员试图建立概念性蛇模裂来预测不同能量背景下海潍状 态的变化。其中比较具有代表性的是w r i g h t 和l i p p m a n n 等的研究。 g u z a 和i n m a n 提出碎波尺度参爨( s u r f s c a l i n gp a r a m e t e r ) ： 8 。= a b a 。 g t a n 。p 1 式中，是破波振幅；疆是角频率；芦为滩面坡度。w r i g h t 1 0 】等人在澳大利亚 海岸对不同波能状况海滩的碎波带波、流、内滨环流形式和堆积地形作了长期观 测，利用碎波尺度参量，同时以地形动力学概念来说明堆积形态组合，并以相应 的水动力过程为标志将海滩状态分为三类，即消散型，中间型和反射型，而中间 型又迸一步划分为低潮阶地攫、横向沙坝一裂流型、韵律沙坝一海滩型以及沿岸 颓一槽型。还应用不同岬问海滩碎波带连续六年的观测资料，提出无爨纲参数q ， 将波浪和沉积物两者特征结合起来，即 q = h b ( t ) 式率，h 。为破波波高，m 为沉积物沉速，t 为波周期。 q 一1 被定义为反射型和中间壅的稿界德，丽q = 6 被定义为中间型和消散 整的稿彝值。 w r i g h t 等遥稳稻辞jq 参数，根嚣海滩遗澎动力过程总结了反射髋、耗散 性藕串澜类鼙海滩一碎波带波流、遗形组合和翻面特征( 觅图4 一1 ) ，辩戳衍的 轿究产生了蘩要豹影嫡。 l i p p m a n n 裁h o m a n 1 ”在w r i g h t 等入开剑性磅究的基础上运用漪阕跨度为 两年抟援频邋溅瓷孝季，将 樊矮位鬟瓣润穿裂翅经验歪交委数分解为二维或三绦交 化，共划分出8 种海滩状态和4 种沙坝类型，并和w r i g h t 的分类进行对比( 表 4 一1 ) 。 表4 - 1 ( 据l i p p m a n n 和h o l m n n ，1 9 9 0 ) 1w “g h t d s h o n ( 1 9 8 4 )l i p p m a n n 和h o h n n n ( 1 9 9 0 ) 完全壤鼗拣海滩欹瘩 竞垒游数挂海滩 滩面平整，无沙蛾光沙坝。破波带以常周期戴力波为盎 澄岸沙壤霸稽谷获态 长周期重力被二终沙埂无淤津变化，长周觏蕊力波足魔1 无扮律曼维沙堋 准线状沙坝，有一定的沿岸变化 有沿岸变化，搪备连续，妊周期重力波尺度 韵律沙坝和海滩状卷离岸韵棒沙坝 规则蛾歪斜的新月型沙坝沿岸韵律变化，槽谷连续，长周期重力波尺度 横向沙坝和裂流状杰 并岸韵律沙囊 沙埃并岸，霄一定韵律 沿岸韵律变化，槽谷不琏续，长周期重力波尺度 舞岸无韵律沙矮 垂岸或攫斜 无沿岸黼律变化，槽谷不连续，长周期重力波尺度 脊海或抵壤鸯雉海滩靛泰入毒| 波援度涉寝 并岸根咖或没有沿岸变化，并岸八射波r 度 竞垒反射髋海滩壤蒜宠全厦妻垂鞋海滩 滩面陡斜无沙坝j 巴沙坝，碎波带以入射波尺度为主 l i p p m a n n 等采用的分类标准有：( 1 ) 有无沙坝发育；( 2 ) 沙坝空问尺度的 控割瓣素蘧入秀| 浚还是筏周期蘩力渡；( 3 ) 澄犀交纯特征( 线获鲮是否为韵律沙 坝) ；( 4 ) 槽谷是荫连续。 4 。l2 不周海滩状态的地形组合及与其耀虚的过程特征 群营风浪是餐使海滩变证黪主要熬源，爨捧凄纛天然猝渡带秽涉及戮夏菇驺 耗散作用的不同组合形浅的复杂过程常引起入射波把能爨转移剿其他形式的流 体运渤率，其中一麓俸惩w 髓超过波浪作罐，主要可分为西稀运韵形式：( 1 ) 壹绥 对应于入射波频带，包括由于破波和非破波= 者作用引起的扰动泥沙的振荡流： ( 2 ) 垂直于海岸方向的驻波和前进波，或者沿岸方向捕获的边缘波，这些次生 渡嚣耀丈予入射波；( 3 ) 出波巍衰减耗撰产囊豹垮坯滤，包捶良滓净震量输移、 沿岸流、裂流和裂流补偿流：( 4 ) 非波生的流，包括潮流和由局部风的翦切作用 产生黪流。戳下就檬据w r i g h t 豹分类分臻捺述各耱海滩状态宠蘩静逢形霪舍乓 其相应的过程特征。 1 商魔消散雅台 极端消敬型海滩豹碎波尺度参量f 。 2 0 、q 6 ，典剡面类似于攀节性海滩变化 1 7 的“风暴”或“冬季”割藤，海滩沉积物多为细砂且具省坡度很小( t a nb o 。0 1 - - 0 0 2 ) 和宽广多砂坝的碎波带，砂坝和滩面之间由宽浅的凹槽分隔；水下贮有 大量蛇砂。 破波类型主要为溢破波，破碎厢的波浪穿过宽广的碎波带时逐渐衰减，至滩 蕊对蠢经交餐缀夺了。酸波商的增减撬弓| 起碎波带宽麓静据溪帮缭窜，并可麓糖 威的导致后滨的切割和加积。然而，岸线位置的水平变幅和滩面高度的垂向变幅 t i l 4 , ，沿岸方向地形无变纯。 向岸( 上层) 相对于向海( 底层) 成撼输送的垂童分离秘构成的垂直海岸的 环流是主要的运动形斌，而驻波形式的长重力波存在巍控制糟坝槽的位置，沿岸 滚裂不荐在或缀弱。 2 高度反射组合 完全反射瀚海滩豹碎波尺度参藿s 。 2 5 、q l ，冀鞠覆癸 娃予涌浪裁掰，没 蠢任何消散的因素。碎波类溅全部属于激散波、塌波，与碎波过程有关的紊动被 限制在滩面上的波浪上爬带。波能高时发生反射或转移成次擞波运动，典型的高 度韵德妁滩角缀拳出现在冲滚繁；嚣处予低戆波提对，海滩常形成嚣常壹黪脊状 滩肩；在整体上呈线性状的较陡的滩面下是一明显的由较粗物质构造的阶地。 滩纛蹇度帮除穗深度楚破波瑟瑟变，毽是海滩坡度见手蠢变耗，海滩瓣送遮 局限在狭窄的水平范围内。海滩剖面的时间变化性和空间变化性也很小。 反射鍪海滩辩遥的大部分麓鬣是楚予入射波频率和入身手波的藻波频攀范禹 的；不存在沿岸流，但存在向一离岸环流，且向岸流强于向海流；不存在裂流， 蠲此无沟槽出现。 3 审翅型缀合 四种中间测状态全部同时具有消散芹口反射要素，f 。值沿海滩剖面或沿岸变化 裙显。这些获态显示了最簧杂懿穗形凌力及其邃程特髹： ( 1 ) 沿岸坝槽状态：海滩嫩形起伏要比消散型剖面大，滩颟也更陡；波 浪通常在 燹顶破碎后在通过陡的沙坝内倒后不释寝减瓶是在深达2 3m 的深稽 内再次形戏。 ( 2 ) 韵律沙坝一海滩状态：和沿岸坝一槽型类似，波浪爬升相对较高，滩角 卷遗理在净滚辩；其典型特缝是藜囊型砂壤窝海滩捧瀣岸方囱节奏装起捩，毅男 型砂坝的角或岸线突角之间典型间隔为1 0 0 - - 3 0 0 m ；弱到中等裂流环流盛行且位 鬣稳定。 ( 3 ) 横向砂坝一裂流状态：这时先前存在的新月型砂坝角与海滩相接，这导 致了相对消散的横向砂坝与疆裂流占据的褶对反射的较深豹槠谷沿岸交替出现。