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海岸动力学5
第五章沙质海岸的泥沙运动
第一节、概述
第二节、波浪作用下的推移质运动
第三节、波浪作用下的悬移质运动
第四节、波流共同作用下的泥沙运动
第五节、近岸区泥沙运动特点及沿岸输沙率
在床面水质点速度的沿程增大过程中,观测到:
(1)泥沙开始起动,床面上泥沙作推移质运动;
(2)沙纹形成,沙纹附近形成泥沙悬浮;
(3)沙纹逐渐消失,发生泥沙层移运动。
(4) 波浪破碎后,波浪破碎引起强列紊动,泥沙大量悬浮,泥沙运动最为活跃。
(5) 在上爬带,泥沙在上冲水流和下冲水流的作用下作层移运动。
向岸—离岸方向泥沙搬运是控制海滩剖面短期变化的主要因素,而沿岸输沙则是预测海滩长期变化和大规模海岸变形的主要因素。,
为预测岸滩演变,需对净输沙进行定量计算。
近岸区输沙率
向岸—离岸方向
沿岸方向
另一个描述泥沙起动的判数是以无因次床面剪切力来表示的希尔兹参数
泥沙起动时希尔兹参数临界值为沙粒雷诺数的函数
为波浪摩阻流速
波浪摩阻系数.
沙粒雷诺数
马德逊(Madsen)和格兰特(Grant)(1976)提出,用S*代替沙粒雷诺数。S*这个参数只取决于泥沙和水体性质与水流作用力无关。
,,S*近似为11,在这个值附近,
二、推移质输沙率
当希尔兹参数ψ>ψc时泥沙起动,相应就会形成推移质输沙。在纯粹余弦波动作用下,在一个周期内,正反向输沙量相等,净输沙为零。因此,常采用半周期平均输沙率来表示波浪作用下的推移质运动。
当然波浪由于地形等因素影响,通常会产生一个较小的稳定净流,引起泥沙净搬远。
大多数稳定流输沙率公式都是建立无因次输沙率Φ和谢尔兹参数ψ的关系,即Φ=Φ(ψ)。
把准稳定流的思想和临界起动概念应用于具有水流不对称性的二阶斯托克斯波输沙情况,可得到一个波周期内泥沙有一个沿波浪传播方向的净运动
(二)拜格诺能量输沙模型
从水流在推移泥沙时做功这个概念出发,拜格诺(Bagnold)提出能量输沙模型,
输沙率可表示为“载沙量”和水流速度的乘积.
载沙量正比于已经被水动力作用所支撑处于输送准备状态的沙量。这个模型在波流共同作用下的输沙率,特别在沿岸输沙计算中,获得很大的成功。
qb=“载沙量”×uD
三、沙纹形成及尺度
天然海床中存在许多大小和形状不同的地形结构。较大的地形结构如沙坝等,控制了近岸流的形态,
小尺度地形结构主要是指床面沙纹,它们对边界层结构、近底紊动强度和泥沙运动产生较大的影响。沙纹对水流的影响通常反映在粗糙度中。