[科普中國]-海岸和近岸過程

簡介

海岸的近岸過程主要考慮對海岸的侵蝕作用，按照動(dòng)力機(jī)制與過程，主要有以下四個(gè)方面：長重力波運(yùn)動(dòng)與海岸侵蝕；近岸環(huán)流、波增水、底流運(yùn)動(dòng)與岸灘侵蝕；海灘碎波帶地形動(dòng)力狀態(tài)與岸灘侵蝕方式；波生沿岸流、沿岸輸沙與海岸長期變化。1

分類長重力波運(yùn)動(dòng)與海岸侵蝕長重力波指的是低于通常的風(fēng)浪、涌浪頻帶。典型頻率介于0.04-0.004 Hz的低頻波動(dòng)。研究表明長重力波是近岸波能的重要組成部分，其能量陸水深減小而増大.在高能風(fēng)暴浪作用期間，在碎波帶內(nèi)長量力波能量并不受到波破碎的強(qiáng)烈耗損。此低頻波占據(jù)控制作用，而且大量的離岸泥沙運(yùn)發(fā)生在長重力頻帶，是造成海岸嚴(yán)重侵蝕井威脅海岸工程設(shè)施的主板驅(qū)動(dòng)力。

近岸環(huán)流、波増水、底流運(yùn)動(dòng)與岸灘侵蝕對波浪在碎波帶內(nèi)傳播的探索性模型試驗(yàn)和觀察證明了近岸環(huán)流系統(tǒng)的復(fù)雜性、其中包括了由波浪風(fēng)驅(qū)動(dòng)形成的剪切流、渦流、不穩(wěn)定性本要素，尤其重要的是，此環(huán)流并非只是由解析上所證明的入射所驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)定平均流，近岸帶波、流、地形之間的互反饋耦含過程使得驅(qū)動(dòng)力和地形變化無互為因果關(guān)系。

有關(guān)現(xiàn)場觀測發(fā)配破碎波驅(qū)動(dòng)的沿岸流通常是不穩(wěn)定的。這一不穩(wěn)定性即是所謂的剪切，具有1～10 min的周期性。均方根速度可達(dá)散10cm/s。風(fēng)暴浪期間，剪切不穩(wěn)定性可能變沿岸流在垂直海岸方向的結(jié)構(gòu)并可能產(chǎn)生強(qiáng)渦流，破浪導(dǎo)致的波動(dòng)輻射應(yīng)力梯度產(chǎn)生的波増水可成向海的底部回流。而且波増水的沿岸梯度可驅(qū)動(dòng)裂流，因此可能是造成風(fēng)暴期間岸灘侵蝕的機(jī)制之一。

海灘碎波帶地形動(dòng)力狀態(tài)與岸灘侵蝕方式在對澳大利亞眾多砂質(zhì)海岸地形動(dòng)力過程深入研究基礎(chǔ)上，歸納出6種海灘-碎波帶地形動(dòng)力狀態(tài)；高度耗散性、高度反射性和中間狀態(tài)(包括沿岸砂壩凹槽狀態(tài)、韻律砂壩和海灘、橫向砂壩和裂流、砂脊細(xì)溝或者低潮臺(tái)地四種狀態(tài)），進(jìn)而提出了與海灘-碎波帶地形動(dòng)力狀態(tài)相聯(lián)系的灘肩沖越、裂環(huán)流元沿灘遷移、長重力波増水后濱切割等三種侵蝕方式。

波生沿岸流、沿岸輸沙與海岸長期變化這一方面的研究成果主要是應(yīng)用海岸動(dòng)力學(xué)原理，考慮近岸水下地形、岸線形態(tài)和人工建筑物對波浪的折射、映射作用、根據(jù)沿岸波能流和沿岸波高不等的沿岸輸沙效應(yīng)，建立海岸長朋演變的數(shù)學(xué)模型。通過對現(xiàn)狀岸線變化的數(shù)值模擬預(yù)測在海岸波動(dòng)力自然作用過程和人類海岸建筑物干涉下的海岸線長朗演變趨勢，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)信的岸線演變模式多為一線模式。國內(nèi)研究也主要集中在一線模型。2

海岸侵蝕終極平衡形態(tài)規(guī)律研究人員通過對大量原型海灣的觀測歸納和實(shí)驗(yàn)室的反復(fù)試驗(yàn)研究·提出了一系列經(jīng)驗(yàn)公式來擬合平衡海灣的平面形態(tài)，對海岸的終極侵蝕和堆積狀況進(jìn)行預(yù)測，比較典型的有對數(shù)螺線模式、雙曲正切根式、拋物線模式等，平衡形態(tài)規(guī)律在海岸長朝侵蝕演變預(yù)測與防災(zāi)護(hù)岸工程、創(chuàng)造接近自然的平衡海岸形態(tài)與環(huán)境為目標(biāo)方面得到了廣泛的應(yīng)用。1

研究意義海岸帶環(huán)境保護(hù)與資源開發(fā)利用是未來解決人口増長、陸地資源枯竭、環(huán)境污染和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)優(yōu)先戰(zhàn)略選擇，然而，近幾十年來由于全球氣候變化、入海河流、海岸動(dòng)力和人類活動(dòng)曾因景之間復(fù)雜的耦合作用。全球海岸普遍遭受侵蝕，已經(jīng)制約、威脅巷海岸帶經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，進(jìn)入21世紀(jì)以來。全球氣候變化異常日益顯現(xiàn)。全球性海平面上升將導(dǎo)致海岸侵蝕后退、有可能加大的風(fēng)暴潮強(qiáng)度及頻度還將進(jìn)一步加大海岸侵蝕強(qiáng)度，岸線進(jìn)退及其形態(tài)演變趨勢已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注和高度重視。聯(lián)含國環(huán)境規(guī)劃署在1991年發(fā)布的"當(dāng)前全球環(huán)境狀況"中就指出，全球變暖將加速海平面升高，會(huì)引起嚴(yán)重的社會(huì)經(jīng)濟(jì)后果、會(huì)威脅低洼島嶼及沿海地區(qū)，聯(lián)合國教科文組織十分重視海岸侵蝕對臨海區(qū)域經(jīng)濟(jì)與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的威脅，專設(shè)一海岸區(qū)域和小島嶼(CSI)環(huán)境與發(fā)展項(xiàng)目。資助監(jiān)測海岸侵蝕與演變、資料分析、資源評估。目前，海岸侵蝕機(jī)制及演變趨勢已經(jīng)成為海岸帶陸海相互作用研究的重要內(nèi)容。2