沙质海岸的泥沙运动.ppt

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1、第五章沙质海岸的泥沙运动————《海岸动力学》目录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第一节概述章节导读：无粘性泥沙的运动规律（动力因素）波导近岸流波浪海岸粘性泥沙组成的淤泥质海岸无粘性泥沙组成的沙质（包括卵石）海岸河流挟带的泥沙颗粒海岸沉积物组成邻近海岸上的沙丘带来的泥沙邻近海蚀崖的碎片、残骸第一节概述典型的海岸带剖面了解泥沙运动方式的沿程变化第一节概述泥沙运动方式沿程变化泥沙运动方式的沿程变化深水：底部v水=0→床面泥沙静止浅水：底部v水增大，

2、破波点达到max泥沙启动，床面泥沙作推移质运动沙纹形成，附近泥沙悬浮沙文消失，发生泥沙层移运动第一节概述波浪运动泥沙可分为推移质和泥沙质沙质海岸泥沙运动不仅与波浪的水质点往复运动有关，还与波导近岸流、潮流、潮汐水面变化，风和波浪引起的增水、床面地形等因素有关第一节概述净输沙定量计算近岸区输沙率两个方向分量沿岸输沙：预测海滩长期变化、大规模海岸变形的主要因素向岸—离岸泥沙搬运：控制海滩剖面短期变化的主要因素第二节波浪作用下的推移质运动一、波浪作用下的泥沙起动临界判数1（“少量动”&“普通动”）与单向水流比，波浪水流的特点：为振动水流，作用力有水

3、流的拖曳力、水流加速度引起的附加质量力。后者小很多；沿水深的分布由势流运动方程决定，床面附近有一层薄薄的边界层。无粘性颗粒在波浪作用下的起动临界条件可以根据波浪水流对泥沙的拖曳力和泥沙自重产生的稳定力相互平衡的关系来确定。第二节波浪作用下的推移质运动D≤0.5mm底部边界层为层流D＞0.5mm底部边界层为紊流水质点轨迹速度最大值与轨迹半径的关系M=泥沙起动驱动力/重力引起的稳定力=泥沙在波浪作用下的最大水平拖曳力：Tm=kτmD2=k1ρfwum2D2第二节波浪作用下的推移质运动不同周期情况下泥沙起动时的近底轨迹速度最大值第二节波浪作用下的推

4、移质运动T=15s时不同粒径泥沙在不同水深条件下起动时的波高泥沙移动的界限水深波浪由深入浅，近底水质点速度越来越大，对床面的切应力也越来越大，开始发生运动的水深就是界限水深不同粒径泥沙在不同波高时的泥沙移动界限水深hr：第二节波浪作用下的推移质运动判数2：无因次床面剪切力表示的希尔兹参数稳定希尔兹曲线和振荡流实验结果的比较波浪中水质点速度随时间变化，因而对泥沙起动起控制作用的是其床面切应力的最大值ψm=τm/(ρs-ρ)gD=fwρum2/(ρs-ρ)gD=fwM/2临界值：ψc=f(uw*D/ν)ψmc=f(S*)ψ＞ψmc泥沙运动ψ＜ψm

5、c泥沙静止第二节波浪作用下的推移质运动二、推移质输沙率(如何从稳定流公式中获得振荡流输沙公式)爱因斯坦—布朗公式的推广爱因斯坦假定——建立无因次输沙率Φ与希尔兹参数ψ的关系准稳定流模型仅考虑沙粒阻力——引起表面沙粒运动推移的主要因素实质：假定推移质泥沙运动与瞬时振荡流条件同步，忽略泥沙惯性力拜格诺能量输沙模型第二节波浪作用下的推移质运动二、推移质输沙率(如何从稳定流公式中获得振荡流输沙公式)第二节波浪作用下的推移质运动三.沙纹形成及尺度———英曼沙纹分区1.残留沙纹（M＜Mc）的深水区，结构残缺不全；2.漩涡沙纹（0＜M＜40），沙纹发展主要

6、阶段，沙纹高度η和波长λ均增大，陡度（η/λ≈0.15）保持常数；3.过度沙纹（40＜M＜240），沙纹逐渐消失，波长不变；4.沙纹消失（M≥240），泥沙过渡到平坦床面，作层移运动第二节波浪作用下的推移质运动沙纹尺度的试验曲线a)沙纹的相对波长λ/D与相对位移振幅的关系曲线b)沙纹相对高度η/D与相对位移真服的关系曲线——(Morgridge&Kamphais)第二节波浪作用下的推移质运动沙纹阻力沙纹对水流的影响通常反映在粗糙度中粗糙度计算：r=25Hr2/Lr————Swart仅在沙纹陡度为最大（η/λ=0.15）时，粗糙度r才等于沙纹高

7、度的4倍，沙纹陡度较小时，粗糙度小于4η床面对水流的阻力组成：沙粒阻力：水流过泥沙颗粒时形成；沙纹阻力：水流越过沙纹顶峰，水流与床面分离，形成漩涡产生对水流的附加阻力第三节波浪作用下的悬移质运动一.沙纹床面上的悬沙运动σt=±90o，流速转向；σt=0o和180o，流速最大值沙纹峰顶位置上含沙量峰值出现在-90o和+90o;两相位之间较小的沙峰数量取决于水质点轨迹直径d0与沙纹波长Lr.第三节波浪作用下的悬移质运动二.波浪作用下悬沙浓度分布引起泥沙悬浮的动力是水流的紊动；波浪水体内紊动的两个来源：表面波的破碎、近底波浪水流在沙纹背后形成的漩涡

8、以及其跃起与分解垂直向上的泥沙通量是由垂向紊动扩散作用引起；只要泥沙浓度随着离床面距离的增加而减小，存在浓度梯度dS/dz,则水流紊动掺混作用总是将泥沙从高浓度区向