粉沙质海岸研究现状

1、 中国海岸线绵长,海岸类别丰富。海岸工程中通常将海岸分为以下几类：基岩海岸、砂(砾)质海岸、淤泥质海岸、生物海岸,其中砂(砾)质海岸和淤泥质海岸又统称为平原海岸。港航工程中通常以床面泥沙的中值粒径D50作为海岸分类的指标,早期以0.05mm为分界线,大于0.05mm的为沙质海岸;小于0.05mm的为淤泥质海岸。近期又进一步将床面泥沙D500.031mm的海岸称为淤泥质海岸, D500.125mm的海岸称为沙质海岸,介于0.031mm和0.125mm之间的海岸定名为粉沙质海岸。我国漫长海岸线上散布着不少粉沙质海岸段,如辽东、冀北、鲁东、苏北、浙东等海岸均有粉沙质海岸段。长期以来,人们对沙质海岸和

2、淤泥质海岸的泥沙运动研究较多,成果丰富,工程实例也较多。但对粉砂质海岸的泥沙运动研究较少,缺乏工程实例。以往港航建设轻易不敢涉足粉沙质海岸区,因为这类海岸床沙的活动性大,风浪作用下底沙极易起动运移,风浪减小后又极易沉积,开敞航道极易发生强淤或骤淤。粉沙定向运移在河流冲淤、堤坝、海岸码头、潮滩围垦等工程中是一个非常重要的问题,特别是在海岸侵蚀方面起着决定作用。泥沙水力特性粉沙质海岸泥沙的水力特性为起动流速小、沉降速度相对较大。根据泥沙起动曲线(图1)可知,粉沙质海岸泥沙处在该曲线谷部,起动流速均比泥质海岸泥沙和沙质海岸泥沙的起动流速小回淤特点1粉沙质海岸的水体含沙量与风浪有关,无风时,海面平静,

3、水体清彻,有风时,浪随风起,水体浑浊。港口航道的回淤受风浪影响很大,无风不淤,小风小淤,大风大淤,强风强淤,狂风骤淤;2淤积物质中既有悬移质,也有推移质,两者均不可忽视; 3在同样风浪作用下,粉沙质海岸港航的淤积要比淤泥质海岸和沙质海岸港航的淤积严重,这是由粉沙质海岸泥沙易扬易沉特性所决定4粉沙质海岸的回淤量年际变化幅度大于淤泥质海岸和沙质海岸的年际变化幅度,后两者的变化幅度是年平均回淤量的35%左右,而粉沙质海岸回淤量年际变化幅度可达年平均回淤量的50%以上5;5粉沙质海岸开敞航道易发生骤淤,一次年最大风的回淤量可达到年均回淤量的一半5;6粉沙质海岸港航的施工回淤量远比淤泥质海岸和沙质海岸港

4、航的施工回淤量大;7粉沙易板结,因此粉沙质海岸开敝航道发生强淤和骤淤后应立即清淤,以免粉沙板结增加清淤的困难。由上述回淤特点可知,粉沙质海岸的泥沙运动和泥沙回淤是港航建设中的关键,必须在设计和施工时给以充分的重视。粉沙的运移形态粉沙质海岸泥沙有三种运移形态,即悬移质、推移质和临底高浓度含沙层。4.1悬移质在粉沙质海岸上,波浪掀沙、潮流输沙仍是该海岸泥沙运移组成的重要方式与主要过程.在一般天气条件下,粉沙质海岸泥沙运动仍然以悬移质运动为主。悬移质泥沙在水流中运移极不规则,时而上浮,时而下沉,总体上是随流运移,其运移方向和速度与水流的方向和速度一致。悬移质能在水中随流做长距离运移。4.2推移质粉沙

5、质海岸波浪作用下泥沙中的粗颗粒部分将形成推移质。推移质运动的主要特点是与床面接触,运动的方式有滚动、跳跃、滑移等多种方式。目前多用推移质输沙率来表示推移质泥沙运动的数量.4.3临底部高浓度含沙水体层临底部的高浓度含沙层是粉沙质海岸上在大风天气下特有的一种泥沙运移形态,存在于悬移质和推移质之间的邻近床面水体中,是悬移质与推移质的过渡区,上面与悬移质平滑过渡,无明确分界线,下面与床面为界,与推移质泥沙频繁交换。临底部的高浓度含沙层按运移特点来分析属于悬移质,是上部水体悬移质的一部分。由于粉沙起动流速小,沉降速度大,容易沉积,因此沉聚在下部形成浓度高、厚度小、对航道淤积有重要影响的特殊悬移质。临底部

6、的高浓度含沙层很不稳定,在水动力增加时,易转化为悬移质,在水动力减弱时,又易转化为推移质.与悬移质和推移质的称呼相对应,临底部的高浓度含沙层被不同学者分别命名为“底移质”、“流移质”、“混移质”、“跃移质”、“层移质”等.粉沙的运动规律研究目前,众多学者采用理论推导、现场实测资料统计分析、试验室试验等多种手段对粉沙的运动规律进行了研究,包括:输沙率及其公式研究、粉沙液化机理研究、波浪作用下沙波的运动速度和床面底沙输移研究、挟沙力研究、床面剪切力研究、推悬比(推移质输沙率与悬移质输沙率)研究、临底高浓度含沙水体层输沙率研究、水流、波浪及波流共同作用下的泥沙起动研究(起动公式、起动水深和起动波高研

7、究、波浪作用下悬移质含沙量的垂线分布规律、临底高浓度含沙水体的高度及该层中的水体运移速度研究、临底高浓度含沙水体流速与含沙量的关系研究、往复流作用下粉沙的起悬和沉降过程研究、波流共同作用下泥沙扩散系数沿垂线分布研究、波流共同作用下泥沙垂线分布研究、破碎波作用下粉沙悬移质浓度垂向分布实验研究，等等。这些粉沙运动规律的研究为泥沙淤积研究和工程应用奠定了基础。粉沙淤泥质海岸研究方法与进展粉沙淤泥质海岸岸滩的现代演变过程主要是波浪、潮流等海水动力和入海河流的供水、供沙以及岸滩沉积地貌诸自然因素相互作用的结果。目前，对于淤泥质海岸研究已经提出了相当多的计算方法和公式10-12，而粉沙淤泥质岸滩的数值研究

8、较之淤泥质海岸、沙质海岸, 无论在观测手段或研究深度上尚属探索阶段。其数值研究目前大致分为两种方法, 即数学模型和泥沙模型。数学模型的方法是根据岸滩剖面的形态拟合出函数关系, 然后采用数值逼近的手段来研究,如趋势面方法。泥沙模型亦可分为二维和三维, 其基本作法是由水流的连续方程、动量守恒方程, 以及泥沙连续方程, 根据一定的初边界条件进行求解。如王尚毅(1990)、曹祖德和王运洪(1992)、窦国仁(1996)、Fredsoe 等(1985)13在此方面均有所研究。粉沙质海岸泥沙定向运移控制初步研究（马利柱2004）研究区海域调查(l)海域潮、流基本特征调查布置一个验潮点,三个测流站;(2)海

9、域水沙调查布置三个悬浮体采集站;(3)海域底质调查布置32个表层取样点;(4)海域坝址区工程地质调查布置两个柱状样采集区,两个原位静力触探试验和18个微型贯入试验点;(5)海域高精度高程控制布置1:500地形图测区(范围500m*4OOm)。现场试验监测(l)试验过程中水沙监测;(2)试验过程淤积高精度控制测量,每三天一次,在堤坝区建立三条剖面,必要的话用高精度水准仪控制剖面;开展工作：在研究区的300mX300m的范围内我们采取了32个表层样, 每个样品量均超过Ikg,然后将所有的悬浮体样品进行粒度分析。所用仪器为英国Ma1Vern公司生产的Mastersizer2000型激光粒度仪。在研究

10、区坝址附近进行了静力触探试验CPTZ个和垂直岸线方向布置完成微型贯入试验孔18个,孔距10米.研究区研究程度较低,为研究该区的潮汐情况,我们分别于2003年7月30一31日、8月3一4日和8月6一7日进行了周日潮位观测和三个站位的周日海流观测,潮位观测采用水尺人工读数,读数间隔20分钟;海流观测采用仪器型号为青岛海洋大学产的SLC9一2A型直读式海流计,测量范围流速0.033.5m/s,准确度成士1.50%,流向0360,准确度士4水体含沙率分别于2003年7月30一31日、8月3一4日和8月6一7日进行了三个站位的周日海流观测和表层与底层的悬浮体取样,;观测站位的坐标如下表所示。粉沙质海岸的

11、水体含沙量与风浪、潮汐有关,无风时,海面平静,水体清彻,有风时,浪随风起,水体浑浊。粉沙在波浪、潮流的作用下悬扬,在底部形成高浓度含沙水体,随水流运移,呈悬移状态,当水动力进一步加强时,在全部水体中悬浮,出现“沙云”现象,一旦水体平静,悬浮的粉沙很快沉积于海底。本区悬沙主要由粗粉沙组成,但其含量很小。风浪和海流等动力作用将起动和携带泥沙向不同方向运移,根据潮流特征,由于余流流速约为潮流速的10一20%,因此泥沙总体上将保持定向运移的特点,并能对泥沙起到长距离搬运的作用,并造成海底的冲淤变化。赵群（黄骅港骤淤机理的分析以及波浪作用下近岸含沙量场的三维特性）通过对遥感卫片、现场实测和室内实验的综合

12、分析,认为,在波浪作用下,泥沙运动存在明显的三维特征。底层含沙量受波高控制,在波浪破碎以前达到最大,表层含沙量与底层含沙量不存在一一对应关系。因此,应谨慎对待采用遥感卫片和二维数值模型得到的计算结果。黄骅港外航道淤强分布与波浪破碎带呈很好的对应关系,因此,黄骅港外航道的骤淤问题受波浪控制,波浪是黄骅港海域泥沙运动的主要动力条件。国外将粉沙淤泥统称为silt。因此没有专门针对粉沙的研究。Observations on silt and sand transport in the throat section of the Frisian Inlet（2004）将silt定义为粒度在53m一下，研究区域为丹麦弗里斯兰入口在观测点位置防止浊度仪测粉沙淤泥浓度 用ASTM测悬浮泥沙浓度。山东半岛地区以