受波浪冲刷影响的人造沙滩剖面发育的实地调查

《Ethics, Medicine and Public Health》：Field investigation of the profile development of artificial sandy beach impacted by wave overwash

人工海滩越流侵蚀对形态演变的影响及准稳定剖面预测方法研究。通过18个月现场观测发现，低矮堤坝和宽后滩导致越流发生，堤坝顶形成向陆迁移的沉积体，中沿岸段堤坝高程增加0.3-1.2米，体积增量达5-35%。提出考虑浪动力与越流双重作用的准稳定剖面理论模型，建立基于初始形态、补沙粒度及浪水位时序数据的预测方法。

　　本研究围绕中国东海日照海岸的人工沙滩进行，探讨了其在填充后受到极端海浪冲击时的形态演变行为。该人工沙滩的堤坝设计相对较低，为波浪越堤提供了可能，从而影响了沙滩的形态变化。在为期18个月的现场观测期间，堤坝被极端波浪冲刷超过的次数达到了7次，共计43小时。这一现象表明，人工沙滩在长期的海浪作用下，其形态变化与自然沙滩有所不同，尤其是在波浪越堤的条件下，沙滩的形态调整呈现出独特的特征。

与传统的新建沙滩通常表现出侵蚀性反应不同，本研究发现，该人工沙滩的堤坝顶部在某些区域出现了堆积现象，并向内陆迁移。这种变化主要发生在沿岸方向上沉积物交换较少的中段区域，这些区域的堤坝高度增加了0.3至1.2米，同时，高于平均高潮位的体积增加了5%到35%。这些结果表明，人工沙滩的形态变化不仅受到波浪条件的影响，还与水位变化密切相关。此外，研究还发现，每个段落的具体形状与波浪和水位条件之间存在紧密联系。

在实际的海岸工程中，沙滩填充是一项常见的措施，旨在减轻海岸侵蚀和洪水风险。随着海平面上升和气候变化导致的风暴增强，沙滩填充的重要性愈发凸显。近年来，该技术不仅被用于防止海岸侵蚀，还被广泛应用于建设旅游沙滩和恢复海岸的生态功能。在这些应用中，保持干燥的沙滩是主要目标，因为它既能满足旅游需求，又能发挥生态作用。然而，人工沙滩的形态变化是一个复杂的过程，受到多种因素的影响，包括波浪的强度、水位的变化以及沉积物的特性等。

沙滩填充后的形态演变通常遵循一定的规律。在自然平衡状态下，沙滩的形态会形成一个相对稳定的结构，包括波浪作用区的陡峭坡度和浅水区的弯曲形状。然而，当人工沙滩的堤坝较低时，波浪越堤的现象会更加频繁，从而改变了传统的形态演变模式。在这种情况下，沉积物不仅会被波浪冲刷到深水区，还会部分被输送到背岸区域，形成新的沉积结构。这一过程可能导致沙滩的形态更加复杂，同时也对沙滩的稳定性提出了更高的要求。

本研究关注的是人工沙滩在经历多次波浪越堤事件后，其形态如何演变。传统的沙滩形态研究多集中于单次风暴事件的影响，而较少考虑长期的形态变化。因此，本研究试图通过现场观测和理论分析，建立一种能够描述人工沙滩在波浪越堤作用下的准稳定形态的模型。这种模型不仅考虑了波浪和水位的条件，还结合了沉积物的特性以及时间序列数据，从而为预测人工沙滩的长期演变提供了新的思路。

为了更好地理解人工沙滩的形态演变，研究团队在日照海岸的工业港口进行了现场观测。该区域的自然沉积物主要为砂质淤泥，粒径范围在0.03至0.07毫米之间。潮汐类型为半日潮，平均潮差为3米，春潮潮差可达4.7米。根据历史数据，该地区的平均年有效波高为0.4米，主波周期约为5秒。这些数据表明，该区域的海浪条件相对温和，但在特定情况下，如风暴期间，海浪冲击可能会显著增强。

在对海浪和水位的分析中，研究团队采用了“越堤”这一术语，用于描述波浪对人工沙滩的冲击过程。同时，他们将“washover”定义为越堤导致的背岸沉积现象。通过现场观测，研究团队发现，越堤事件的发生频率与海浪的高度和水位的高低密切相关。特别是在高水位条件下，波浪的冲击可能更倾向于向内陆输送沉积物，从而改变了沙滩的形态。

为了更好地描述人工沙滩在多次越堤事件后的形态变化，研究团队提出了一种基于现场观测和理论假设的准稳定形态模型。该模型考虑了波浪和水位的综合影响，并结合了沉积物的输移特性，以预测人工沙滩的长期演变趋势。相比于复杂的数值模型，这种理论模型具有更高的计算效率，能够更方便地应用于实际工程中，为沙滩填充的规划和管理提供科学依据。

本研究的成果不仅对人工沙滩的形态演变提供了新的认识，还为海岸工程的规划和管理提供了理论支持。通过分析多次越堤事件对沙滩形态的影响，研究团队发现，人工沙滩的形态调整不仅受到短期风暴事件的影响，还与长期的海浪和水位条件密切相关。此外，研究还指出，人工沙滩的背岸区域在形态演变中起到了关键作用，其较高的位置和较大的空间为沉积物的堆积提供了条件，从而影响了沙滩的整体稳定性。

研究团队在分析过程中发现，人工沙滩的形态变化具有一定的规律性，特别是在多次越堤事件后，沙滩的形态趋于稳定。这一稳定状态不仅表现为堤坝高度的增加，还表现为背岸区域的沉积物堆积。这些变化表明，人工沙滩在经历多次越堤事件后，能够逐渐适应新的环境条件，形成一种相对稳定的形态结构。然而，这一过程并非一蹴而就，而是需要一定的时间和条件的积累。

此外，研究还探讨了人工沙滩形态变化的预测方法。通过结合现场观测数据和理论模型，研究团队提出了一种基于初始形态、填充粒径以及波浪和水位时间序列的预测方法。该方法能够更准确地描述人工沙滩在长期演变中的形态变化趋势，为海岸工程的规划和管理提供了科学依据。相比于传统的数值模型，这种方法在计算效率和应用范围上具有明显优势，能够更广泛地应用于不同类型的海岸环境。

在实际应用中，人工沙滩的形态变化对海岸防护和生态恢复具有重要意义。通过预测人工沙滩的长期演变趋势，可以更好地评估沙滩填充的效果，包括沉积物体积的保持和干燥沙滩面积的变化。这些信息对于制定合理的海岸管理策略至关重要，尤其是在应对气候变化带来的海平面上升和风暴增强的背景下。

总之，本研究通过现场观测和理论分析，揭示了人工沙滩在多次越堤事件后的形态演变规律。研究发现，人工沙滩的形态变化不仅受到短期风暴事件的影响，还与长期的海浪和水位条件密切相关。此外，研究还提出了一种基于现场观测和理论假设的准稳定形态模型，为人工沙滩的长期演变提供了新的预测方法。这些成果对于海岸工程的规划和管理具有重要的参考价值，尤其是在应对气候变化和海平面上升的背景下，能够为人工沙滩的设计和维护提供科学依据。