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海岸带划分

海岸带划分. 第三章 海岸带. 第二节 海岸泥沙运动和滨海砂体的形成. 深水波与浅水波. 深水波：水深大于 1/2 波长 浅水波：水深小于 1/2 波长. 深水波. 浅水波. 水质点运动的方向和速度. 波浪传播方向. 波峰处水质点水平运动的速度最大，方向与波浪传播方向相同；波谷处水质点运动的水平速度最大，方向与波浪传播方向相反。 半波面 / 静水面处是水质点运动方向转换之处，这里是水质点垂直运动速度最大之处，波峰之前向上运动，波峰之后向下运动。在波浪传播的过程中，水质点运动方向和速度均发生周期性的变化。. 深水波. 几个速度：

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Presentation Transcript

  1. 海岸带划分

  2. 第三章 海岸带 第二节 海岸泥沙运动和滨海砂体的形成

  3. 深水波与浅水波 • 深水波：水深大于1/2波长 • 浅水波：水深小于1/2波长 深水波 浅水波

  4. 水质点运动的方向和速度 波浪传播方向 波峰处水质点水平运动的速度最大，方向与波浪传播方向相同；波谷处水质点运动的水平速度最大，方向与波浪传播方向相反。 半波面/静水面处是水质点运动方向转换之处，这里是水质点垂直运动速度最大之处，波峰之前向上运动，波峰之后向下运动。在波浪传播的过程中，水质点运动方向和速度均发生周期性的变化。

  5. 深水波 • 几个速度： • 水质点的轨道速度u=πH/T; • 波速c=squa(gL/2π ) • 波动周期T=L/c

  6. 浅水波 • 水质点运动轨道是椭圆，水平半径不变，垂直半径不断减小，在海底水质点做往返运动 • 随水深变浅，波长缩短，波高增大，最后形成破浪 • 波速：c=squa(gd )，g为重力加速度，d为深度 • 水质点的最大速度V=(H/2d)c • 由于底摩擦作用，随着水深逐渐变浅，波峰处的水质点前进速度将大于波谷处的水质点向后运动速度，水质点的运动轨迹因此破坏，当水深等于波高1.3倍时，波浪将发生倾倒，形成破浪。

  7. 浅水波浪水质点运动轨迹的变形 • 若波峰通过和波谷通过的时间均为T/2,波峰通过时水质点的运动速度大于波谷通过时的速度 • 波动底流速的不等（不对称）：实验和观测表明，波峰通过的时间小于T/2,波谷通过的时间大于T/2，流速的差异更大。

  8. 波动底流速不对称的重要性 • Cornaglia (1881) 发现波动底流速的不对称现象，并用它解释海底泥砂的运动 ，但他的数学推导是错误的，因而长期被埋没了。 • Zenkotvich (1946,1962)将此概念应用到海岸地貌的解释上，形成了原苏联的海岸地貌学派。 • Johnson (1919) 海岸演化旋回的老年期是海岸全面侵蚀，这点受到了批评。实际上是忽视了波动底流速不对称的概念。

  9. Johnson的海岸演化图 老年期全面侵蚀

  10. 现代的海岸演化图式

  11. 垂直海岸的泥沙运动 起动流速—— 当海岸带的底部水流达到某一数值时,海底泥沙发生运动。使泥沙颗粒开始运动的流速，称为起动流速。

  12. 起动流速 沉积临界流速 1936

  13. 颗粒开始搬运（侵蚀）所需要的流速比继续搬运需要的流速大。因为处于静止状态的颗粒需要克服重力和颗粒间粘结力颗粒开始搬运（侵蚀）所需要的流速比继续搬运需要的流速大。因为处于静止状态的颗粒需要克服重力和颗粒间粘结力 • 砂质(0.05-2mm间)的颗粒需要的起动流速最小，且起动流速与沉积临界流速间的差距不大．砂粒在流水中搬运最活跃，易搬运易沉积，多跳跃 • >2mm粗颗粒的起动流速和沉积临界流速也相差很小，但流速值本身很大，随粒径增大而增大．砾石很难长距离搬运，多滚动

  14. 细颗粒的起动流速与沉积临界流速的差值随颗粒变小而增大，粉沙尤其是粘土一经搬运很难沉积，可以长期悬浮搬运．细颗粒的起动流速与沉积临界流速的差值随颗粒变小而增大，粉沙尤其是粘土一经搬运很难沉积，可以长期悬浮搬运． • 一旦沉积则很难再呈分散状态而搬运，若流速急剧变化，他们可以被冲刷成粉沙质或泥质碎块而搬运．在河流沉积以及海洋或湖泊的破浪带、潮汐带的沉积中常见冲刷成因的泥屑（泥砾）碎屑。

  15. 泥沙运动的方式 • 推移 • 跃移 • 悬移 泥沙运动的方式与流速和颗粒大小有关 —— 同一颗粒，流速较低时，以推移方式运动；流速较大时，以悬移方式运动，介于两者之间以跃移为主。 ——较粗的沙粒和砾，一般以推移为主，而细粒的泥质海岸一般以悬移为主

  16. 泥沙运动的方式

  17. 低流态 缓流 沙纹 Cross-laminated and cross-bedded sand Fr<1 单向水流流速与床沙形态/底形 沙丘 Fr≈1 Fr弗劳德数：惯性力与重力之比 平坦床砂→沙纹→沙浪→沙丘→低角度沙丘→平坦沙床→逆行沙丘→流槽和凹坑 逆行（反）沙丘 Rounded mounds Fr>1 高流态 急流 冲坑，溜／流槽

  18. Current Ripple 流水波痕 • 单向水流作用于非粘性表面形成。纵剖面上不对称，具有平缓的迎流坡和相对陡峭的背流坡。 • 脊线形态随水流速度、水深变化而变化。水深减小、流速加大，脊线由简单平直变化到复杂弯曲及不连续的形状。 • 波长多不超过60cm，一般<30cm，波高0.3-6cm,波痕指数>5，多5-8。 • 以中砂、细砂和粉砂为主。

  19. 不对称指数：迎流坡与背流坡的水平投影比 不对称波痕 迎流坡 背流坡 背流面崩落 滑面顶点/折点 再触及点

  20. Wave ripple 浪成/对称波痕 • 多对称状，波峰尖锐，波谷圆滑 • 波痕指数一般5-10。 • 规模与波浪的传播速度、沉积物的粒度和水深有关。 • 不对称浪成波痕具有陡峭的背流坡和较缓的迎流坡。波长1.5-100cm，波高0.3-20cm，波痕指数多6-8，不对称指数1.1-3.8。

  21. Oscillation ripple 振荡波痕水体底面上由波浪作用形成的波痕，多表现为宽缓圆滑的对称波谷和对称的尖锐波峰．波峰多平直或弯曲，容易分叉．波长：10cm－２m，波高3-25cm。

  22. Current and wave ripples

  23. Current ripple vs wave ripple • 区分直脊流水波痕和不对称浪成波痕 - 直脊流水波痕的不对称指数可以超过不对称浪成波痕的最大值（3.8）； - 不对称浪成波痕的波脊显示音叉状分支，流水波痕的波脊不分叉，但可以中断，前者规则； - 波痕指数小于5时只能是不对称浪成波痕，波痕指数大于15时，只能是流水波痕。

  24. 水流波痕和沙丘分类 横向的 斜伏的 同相位的 流向 横向蜿蜒的 横向链状的 舌状的 尖头状的 新月形的

  25. 中立线的概念 • 中立线是理解复杂的海岸泥沙运动的理论概念 波峰通过时水质点的运动速度（向岸速度）大于波谷通过时的速度（离岸速度）；向岸速度大于向海的回流速度，但向岸要克服重力作用。

  26. 平衡剖面与中立线 颗粒运动时对岸坡底部有一定的侵蚀作用，而在中立线两侧形成两个侵蚀区，其外侧是堆积区，分别形成沿岸沙堤和水下沙堤。 中立带 曾柯维奇，1946年接受这一概念，并把它发展成为沉积物横向运移的模式

  27. 原始岸坡与海岸的侵蚀堆积

  28. 海岸坡度和砂体的位置 泻湖 坡度的变化使砂体形成的位置不同； 水下和陆上是一个整体

  29. 大小不同的沙粒运动和海岸垂直层序 粗细不同的沙粒共存，粗颗粒向岸运动，细颗粒向海运动，海岸剖面上向海泥沙变细。

  30. 平行岸线的泥沙运动

  31. 港湾海岸上的波浪折射

  32. 滨海砂体的形成 容量：单位时间内沿岸流能够搬动的沉积物最大数量； 强度：沿岸流实际携带的沉积物数量 饱和度：强度/容量，不饱和：侵蚀；饱和：沉积

  33. 四、波影区的沙嘴堆积

  34. 波动底流速的不对称和海岸砂体的特征

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