海岸動力過程

海岸動力過程是海洋水體作用於海岸的動力過程。

基本介紹

  • 中文名:海岸動力過程
  • 外文名:haiandongliguocheng
  • 類別:動力過程
  • 對象:海岸
介紹
海洋水體作用於海岸的動力過程。包括堆積、侵蝕、泥沙輸移和形態各異的海岸地貌單元的塑造等過程。引起這些過程的動力,有來自海浪海洋近岸波的因素,來自潮流淺海海流的因素,還有來自徑流和風等方面的因素。海岸的動力過程,與海岸帶的地形地貌和地質有密切的關係,故不同類型的海岸,產生動力過程的主要因素迥然相異。例如:基岩海岸在波浪作用下,岬角遭受強烈的侵蝕,而在海灣則因海流對泥沙的搬移而發生堆積;泥質海岸受潮流和波浪的共同作用,交替發生侵蝕和堆積。
海岸地貌的塑造  進入海岸帶的波浪的能量,除因與海岸和海底的摩擦而消耗的一部分外,其餘都消耗在對海岸的侵蝕和對泥沙的搬移上。因此,海浪是塑造海岸地貌的最主要的動力因素。逼近海岸的波浪的能量甚大,曾記錄到每平方厘米海岸承受著 3公斤以上的壓力,也觀察到波浪將離海面7米高處的7噸半的石塊移動了24米遠,將23~25米深的海底重達6~13噸的石塊移動等情況。在峻峭的海岸上,帶著巨大能量的海岸波浪直接作用於海岸,壓縮岩石節理處和孔穴中的空氣,在波浪離開岩體的瞬間,岩壁與波浪水體之間處於真空狀態,使岩石因節理和孔穴處的空氣突然膨脹而破裂和剝落,這對多孔隙石灰岩海岸的破壞作用十分明顯。質地緻密的花崗岩海岸,在波浪卷帶的礫、砂、甚至冰粒同時作用下,遭到破壞。動量甚大的礫、砂、冰粒向海岸衝擊時,猶如威力巨大的子彈雨,也使海岸迅速破壞而形成海蝕穴、海蝕洞、海蝕崖等地貌單元。進入淺水的波浪,因水深的變化和海岸形態的影響,發生折射和繞射。在曲折的海岸段、岬角向海凸出處和海灣向陸內凹處,波浪的折射使岬角岸段的波能集中,破壞力更突出,因而這類由侵蝕所塑造的海岸地貌,通常就出現在那裡。
泥沙的挾帶和轉移  近底部的流體,若加速度超過使泥沙顆粒起動並懸浮的臨界值時,就能挾帶泥沙。被挾帶的泥沙顆粒的運動軌道不封閉時,就產生泥沙的輸移。從外海傳到海岸的波浪,因它對海底的強烈紊動,使底部泥沙由滾動到躍移,部分懸浮而隨波輸移,所以海底出現由泥沙推移運動而產生的沙段。進入淺水的波浪,因能量的積聚,波高增大,波長減小,波形也不對稱,水質點的運動軌跡不再是封閉的,故在每個波浪的周期中,水質點有一個淨位移,其大小和方向是水深和波浪參數的函式。海底附近水質點的運動軌跡,由原來對稱於中心的往復運動,變為不對稱的往復運動,使底部泥沙沿波浪前進的方向輸移。對某一水深斷面而言,向岸傳播的波浪,因水質點淨位移而產生的水的質量傳輸,在水深與波長之比值較大時,表層和底層有向岸的水質量傳輸,中間層則發生向海的水質量傳輸;當水深與波長之比值較小時,有表層向海、底層向岸的水質量輸移。由於質量傳輸遍及整個水層,故產生懸移質泥沙與底部推移質泥沙的向岸或向海的運動。波浪在破碎之前,形狀劇變,接近於孤立波的波速,底部質點的運動速度加大,使底部泥沙向岸的運動更加顯著。波浪變形和向岸的質量傳輸,使泥沙向岸運動;沿岸坡的泥沙顆粒受重力分量和回流的影響,又向海移動。當向岸和向海推移的距離相等時,泥沙顆粒不發生淨位移,就塑造了理想的海岸平衡剖面。但在實際的岸灘上,只有相對穩定的平衡剖面。平衡剖面與波浪參數、岸灘坡度和泥沙顆粒的大小有關。
波浪在前濱已經破碎,它劇烈地擾動著海底的泥沙。波浪破碎的形態,隨岸灘的坡度和波陡而不同,可分為崩波、卷波和激散碎波,它們對岸灘泥沙運動的作用程度也不盡相同,其中以卷波破碎時產生的水流的能量最大。當捲曲的波峰下落時,岸灘被衝擊而形成凹槽,在破碎點的外側形成了平行於海岸的沿岸沙壩。崩波不斷掀起岸灘泥沙,在向岸運動過程中,將泥沙堆積在岸邊。波浪對泥沙的挾帶和輸移,構成了如海岸沙壩和海灘平衡剖面等地貌單元。
波浪的作用  斜向入射的波浪進入海濱地帶後,在破波帶引起一股與岸線平行的平均流。波浪破碎以後,可將與濱線斜交的碎波的能量分解為平行和垂直於海岸的兩個分量,前者的傳遞是產生沿岸流的原因。波浪破碎時因紊流、底摩擦、滲透、粘滯等造成的消耗,使破碎帶的波浪構成一個非守恆的體系,因此可通過對過剩動量的轉換來進行解釋和計算。由沿岸流挾帶和輸移泥沙而形成的沿岸漂砂,使沙質海岸發育了沙嘴或由沙嘴環抱平靜水域的瀉湖。沿岸漂沙與波浪要素、岸灘坡度、破波峰線與濱線交角等有關,當交角為40°~50°時,沿岸輸砂量可達最大值。
波浪向岸的質量傳輸,可以引起沿岸的波浪湧水,同時產生垂直方向的環流包,即破碎波的兩個向海環流包和兩個向岸環流包。由破碎波進入破碎帶的流體質量向海回流,也可能集中而出現離散分布的高速裂流。由波浪運動引起的質量傳輸、沿岸流、裂流以及裂流頭處的水體擴散等沿岸流動,構成了水平的環流包,其水體一側向岸運動,一側向海運動,並沿岸呈規則排列,環流包引起的泥沙運動,形成了由灘角或灘尖間隔作韻律排列的地貌,這種近岸的流系以及韻律地貌的形成機制,也有用入射波激起的沿岸邊緣波理論進行解釋的。
波浪力和波浪流對海岸的破壞作用,在出現暴風浪時最為顯著。風暴增水所引起的水面升高,擴展了暴風浪向陸作用的範圍。有一次暴風浪,使薩福克海岸2米高的崖壩蝕退27米,使12米高的海崖後退12米;而在某些低平的沙質海岸,一次風暴可使海崖後退了一公里。海岸在風暴中被侵蝕的物質,一部分被帶到水下岸坡堆積起來,改變了水下沙壩的高度;一部分由沿岸流輸移而發育成沙嘴,並改變了沙嘴的方向,同時,海岸的韻律地貌也因環流包的強度和大小的變化而有相應的變化,使灘角的間距明顯增大。暴風浪過後,波浪向岸的質量傳輸所引起的泥沙向岸輸移,又緩慢地重新塑造成與此時的波浪相適應的海灘形態。
潮流的作用  海岸附近的潮流是海岸泥沙輸移和擴散的主要動力。由波浪掀動而懸浮的泥沙,和由潮流對岸灘底部的剪下應力作用所起動的泥沙,被旋轉潮流挾帶而向周圍的水體擴散,在平靜的海域環境下沉降和堆積,或由往復潮流來回搬移,在潮流的流速小於挾沙流速時沉降下來。潮流的作用在由粉砂或粘土組成的泥質海岸上最為明顯。泥質海岸的泥沙顆粒,在潮流的流速增大到泥沙的止動流速時,泥沙尚不能起動,直到流速超過起動流速以後,始進入運動狀態;當流速減小到沉降流速時,泥沙顆粒並不立即沉降到底部,仍由潮流挾帶,經過一段時間,繼續運移一段距離之後才降到底部。泥沙顆粒的這種沖刷滯後效應和淤積滯後效應,因潮流的流速隨離岸距離的減小而減小,故泥沙被挾帶到海岸,而發育了寬淺平緩的泥質海灘。中國的淤泥質海岸的有些岸段,因潮流輸移泥沙而引起的潮灘堆積,每潮可淤積2毫米左右。然而,每到風浪季節,波浪對泥質海灘不斷沖刷,以後又由潮流堆積,形成了泥質海灘的年間變化,並存在著準平衡或淤漲的泥質海岸。
徑流的作用  徑流挾帶著大量的泥沙在河口外擴散和沉積,是海岸淤漲的主要物質來源之一,在河口外發育著河口三角洲或三角港。河口的動力作用,除徑流以外,還有潮汐、潮流、鹹水與淡水的密度差和由波浪引起的水體輸送等,形成了河口的水流系統。在以徑流為主的河口,徑流輸出的淡水和潮流向河口方向輸入的鹹水呈高度成層型,有鹽水楔逆徑流方向伸展,在楔面處有絮凝作用,造成泥沙集中沉降,形成了水底隆起的河口攔門沙
海流的作用  海洋的大尺度流動如墨西哥灣流、黑潮、赤道流等,其水體的體積雖然非常巨大,但它們遠離海岸,不是影響海岸變化的重要因素。淺海的風生海流,流動太弱,僅疊加在潮流作用之上,使泥沙定向輸移,可造成局部淤積。
風的作用  在沙丘海岸上,風對沙丘的應力,造成海灘細沙的向岸搬移和陸上沙丘的向海輸送,使海岸發生向岸或向海的遷移變化。
海岸的動力過程,使海岸附近的泥沙頻繁輸移,此坍彼漲,既可以堵塞航道和港口,也可以使海岸淤漲。研究海岸的動力作用過程和海岸在它作用下的變化規律,對於海岸帶資源的利用等,都具有十分重要的意義。

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