波浪作用下非恒定输沙规律-中国水利水电科学研究院.PDF

波浪作用下非恒定输沙规律 泥沙研究所 王玉海、汤立群 1 学科方向 河口海岸泥沙运动基本理论主要研究在波浪、潮流或者波流共同作用下泥沙的起动、输移、 沉降等方面的规律，研究各种海岸工程措施所引起的局部流场的改变和相应的岸滩冲淤调整过 程，为工程的优化设计提供技术依据。 由于泥沙运动的复杂性和波浪、潮流动力条件的非恒定性、往复性，再加上径流、风等动力 因素的作用，使得河口海岸地区的泥沙输移过程十分复杂，研究的难度很大。同时由于河口海岸 地区通常是各国经济比较发达的地带，各类海岸工程建设如火如荼，引起的泥沙问题多种多样， 而泥沙问题解决的好坏直接关系到工程建设和运营的安全、效益。因此，各个国家都投入了相当 大的研究力量致力于解决各类复杂的泥沙运动基本理论及工程应用等方面的问题。 本项调研主要侧重于国内外针对波浪作用下泥沙的非恒定输沙规律的研究进展，是河口海岸 泥沙运动基本理论研究中一个非常重要，也是难度很大的核心问题。研究该问题对推动河口海岸 泥沙学科的发展，对解决各类复杂的海岸工程泥沙问题，实现沿海地区经济、社会、环境的可持 续发展等都具有重要的作用和意义。 2 调研背景概述 随着大江大河上游水土保持措施的完善和一系列水库大坝的修建，入海泥沙数量锐减，使得 海岸的侵蚀后退越来越成为一种普遍而严重的问题。我国是遭受风暴潮或台风浪频繁侵袭的国 家。在风暴潮/浪作用下，海岸地区泥沙活动强烈，岸滩可能发生剧烈的冲淤调整，海岸侵蚀问 题尤为严重。 解决海岸侵蚀后退的主要工程措施之一就是进行人工海滩的建设和养护。但是人工海滩堆填 的泥沙能否稳定与波浪作用下泥沙的非恒定输移规律密切相关。已有的观察表明（Wright and Short 1984, Lippmann and Holman 1990），风暴潮期间，沿岸沙坝一般会离岸运动，海滩表现为侵 蚀性；而常浪期间，沙坝一般会向岸运动，海滩表现为堆积性的。然而，泥沙的输移方向很多时 候并不遵循这样的规律，与现场的波浪动力特性、泥沙特性及海滩的地形条件、波流相互作用等 102 过程密切相关。 因此，研究波浪作用下泥沙的非恒定输沙规律，探究影响泥沙净输移方向的各种动力过程， 对正确认识波浪作用下海滩横向剖面的塑造和演化规律，对提高波流共同作用下的动力地貌数值 模拟的精度，对人工育滩、海砂开采、疏泥倾倒等海岸工程都具有很重要的指导意义。 本次调研的主要内容包括： （1） 国内外对波浪作用下非恒定输沙规律的实验观察和认识； （2 ） 各类半-非恒定输沙率模式的构建。 本次调研材料的主要来源包括国内外专业学术期刊、国内、国际学术会议论文集、国内外博 硕士论文、有关网站、与专家口头交流等。其中，国内外专业学术期刊包括：《Coastal Engineering》、 《Ocean Engineering》、《Journal of Geophysical Research》、《Continental Shelf Research》、《Marine Geology》、《海洋工程》、《泥沙研究》、《水道港口》、《水利水电科技进展》、《水利水运工程学报》、 《中国港湾建设》等；国内、国际学术会议论文集包括《第十六届中国海洋（岸）工程学术讨论 会论文集》（2013 ，大连）、《Proceedings of Coastal Dynamics 2013》（法国、阿尔卡雄）、《Proceedings of 35th IAHR World Congress 》（2013 ，成都）及历届《Proceedings of International Conference on Coastal Engineering》等。通过跟踪国内外特别是国外近年来的研究新动向和值得关注点，希望 能够对推动本学科在国内的发展和解决相关工程泥沙问题提供借鉴和帮助。 3 近年学科发展新动向和值得关注点 3.1 国内外对波浪作用下非恒定输沙规律的实验研究 波浪的波峰速度通常大于波谷速度，当波峰通过时，泥沙向岸输移，而在波谷时段泥沙离岸 输移，但是在一个周期内净输沙却有可能是离岸方向。这一现象得到了一系列往复流水道 （oscillatory water tunnel ）和大型波浪水槽实验(O’Donoghue and van de