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1、第五章沙質(zhì)海岸的泥沙運(yùn)動(dòng)————《海岸動(dòng)力學(xué)》目錄第一節(jié)概述第二節(jié)波浪作用下的推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)第三節(jié)波浪作用下的懸移質(zhì)運(yùn)動(dòng)第四節(jié)波流共同作用下的泥沙運(yùn)動(dòng)第五節(jié)近岸區(qū)泥沙運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)及沿岸輸沙率第一節(jié)概述章節(jié)導(dǎo)讀：無(wú)粘性泥沙的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（動(dòng)力因素）波導(dǎo)近岸流波浪海岸粘性泥沙組成的淤泥質(zhì)海岸無(wú)粘性泥沙組成的沙質(zhì)（包括卵石）海岸河流挾帶的泥沙顆粒海岸沉積物組成鄰近海岸上的沙丘帶來(lái)的泥沙鄰近海蝕崖的碎片、殘骸第一節(jié)概述典型的海岸帶剖面了解泥沙運(yùn)動(dòng)方式的沿程變化第一節(jié)概述泥沙運(yùn)動(dòng)方式沿程變化泥沙運(yùn)動(dòng)方式的沿程變化深水：底部v水=0→床面泥沙靜止淺水：底部v水增大，
2、破波點(diǎn)達(dá)到max泥沙啟動(dòng)，床面泥沙作推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)沙紋形成，附近泥沙懸浮沙文消失，發(fā)生泥沙層移運(yùn)動(dòng)第一節(jié)概述波浪運(yùn)動(dòng)泥沙可分為推移質(zhì)和泥沙質(zhì)沙質(zhì)海岸泥沙運(yùn)動(dòng)不僅與波浪的水質(zhì)點(diǎn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)有關(guān)，還與波導(dǎo)近岸流、潮流、潮汐水面變化，風(fēng)和波浪引起的增水、床面地形等因素有關(guān)第一節(jié)概述凈輸沙定量計(jì)算近岸區(qū)輸沙率兩個(gè)方向分量沿岸輸沙：預(yù)測(cè)海灘長(zhǎng)期變化、大規(guī)模海岸變形的主要因素向岸—離岸泥沙搬運(yùn)：控制海灘剖面短期變化的主要因素第二節(jié)波浪作用下的推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)一、波浪作用下的泥沙起動(dòng)臨界判數(shù)1（“少量動(dòng)”&“普通動(dòng)”）與單向水流比，波浪水流的特點(diǎn)：為振動(dòng)水流，作用力有水
3、流的拖曳力、水流加速度引起的附加質(zhì)量力。后者小很多；沿水深的分布由勢(shì)流運(yùn)動(dòng)方程決定，床面附近有一層薄薄的邊界層。無(wú)粘性顆粒在波浪作用下的起動(dòng)臨界條件可以根據(jù)波浪水流對(duì)泥沙的拖曳力和泥沙自重產(chǎn)生的穩(wěn)定力相互平衡的關(guān)系來(lái)確定。第二節(jié)波浪作用下的推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)D≤0.5mm底部邊界層為層流D＞0.5mm底部邊界層為紊流水質(zhì)點(diǎn)軌跡速度最大值與軌跡半徑的關(guān)系M=泥沙起動(dòng)驅(qū)動(dòng)力/重力引起的穩(wěn)定力=泥沙在波浪作用下的最大水平拖曳力：Tm=kτmD2=k1ρfwum2D2第二節(jié)波浪作用下的推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)不同周期情況下泥沙起動(dòng)時(shí)的近底軌跡速度最大值第二節(jié)波浪作用下的推
4、移質(zhì)運(yùn)動(dòng)T=15s時(shí)不同粒徑泥沙在不同水深條件下起動(dòng)時(shí)的波高泥沙移動(dòng)的界限水深波浪由深入淺，近底水質(zhì)點(diǎn)速度越來(lái)越大，對(duì)床面的切應(yīng)力也越來(lái)越大，開(kāi)始發(fā)生運(yùn)動(dòng)的水深就是界限水深不同粒徑泥沙在不同波高時(shí)的泥沙移動(dòng)界限水深hr：第二節(jié)波浪作用下的推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)判數(shù)2：無(wú)因次床面剪切力表示的希爾茲參數(shù)穩(wěn)定希爾茲曲線和振蕩流實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較波浪中水質(zhì)點(diǎn)速度隨時(shí)間變化，因而對(duì)泥沙起動(dòng)起控制作用的是其床面切應(yīng)力的最大值ψm=τm/(ρs-ρ)gD=fwρum2/(ρs-ρ)gD=fwM/2臨界值：ψc=f(uw*D/ν)ψmc=f(S*)ψ＞ψmc泥沙運(yùn)動(dòng)ψ＜ψm
5、c泥沙靜止第二節(jié)波浪作用下的推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)二、推移質(zhì)輸沙率(如何從穩(wěn)定流公式中獲得振蕩流輸沙公式)愛(ài)因斯坦—布朗公式的推廣愛(ài)因斯坦假定——建立無(wú)因次輸沙率Φ與希爾茲參數(shù)ψ的關(guān)系準(zhǔn)穩(wěn)定流模型僅考慮沙粒阻力——引起表面沙粒運(yùn)動(dòng)推移的主要因素實(shí)質(zhì)：假定推移質(zhì)泥沙運(yùn)動(dòng)與瞬時(shí)振蕩流條件同步，忽略泥沙慣性力拜格諾能量輸沙模型第二節(jié)波浪作用下的推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)二、推移質(zhì)輸沙率(如何從穩(wěn)定流公式中獲得振蕩流輸沙公式)第二節(jié)波浪作用下的推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)三.沙紋形成及尺度———英曼沙紋分區(qū)1.殘留沙紋（M＜Mc）的深水區(qū)，結(jié)構(gòu)殘缺不全；2.漩渦沙紋（0＜M＜40），沙紋發(fā)展主要
6、階段，沙紋高度η和波長(zhǎng)λ均增大，陡度（η/λ≈0.15）保持常數(shù)；3.過(guò)度沙紋（40＜M＜240），沙紋逐漸消失，波長(zhǎng)不變；4.沙紋消失（M≥240），泥沙過(guò)渡到平坦床面，作層移運(yùn)動(dòng)第二節(jié)波浪作用下的推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)沙紋尺度的試驗(yàn)曲線a)沙紋的相對(duì)波長(zhǎng)λ/D與相對(duì)位移振幅的關(guān)系曲線b)沙紋相對(duì)高度η/D與相對(duì)位移真服的關(guān)系曲線——(Morgridge&Kamphais)第二節(jié)波浪作用下的推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)沙紋阻力沙紋對(duì)水流的影響通常反映在粗糙度中粗糙度計(jì)算：r=25Hr2/Lr————Swart僅在沙紋陡度為最大（η/λ=0.15）時(shí)，粗糙度r才等于沙紋高
7、度的4倍，沙紋陡度較小時(shí)，粗糙度小于4η床面對(duì)水流的阻力組成：沙粒阻力：水流過(guò)泥沙顆粒時(shí)形成；沙紋阻力：水流越過(guò)沙紋頂峰，水流與床面分離，形成漩渦產(chǎn)生對(duì)水流的附加阻力第三節(jié)波浪作用下的懸移質(zhì)運(yùn)動(dòng)一.沙紋床面上的懸沙運(yùn)動(dòng)σt=±90o，流速轉(zhuǎn)向；σt=0o和180o，流速最大值沙紋峰頂位置上含沙量峰值出現(xiàn)在-90o和+90o;兩相位之間較小的沙峰數(shù)量取決于水質(zhì)點(diǎn)軌跡直徑d0與沙紋波長(zhǎng)Lr.第三節(jié)波浪作用下的懸移質(zhì)運(yùn)動(dòng)二.波浪作用下懸沙濃度分布引起泥沙懸浮的動(dòng)力是水流的紊動(dòng)；波浪水體內(nèi)紊動(dòng)的兩個(gè)來(lái)源：表面波的破碎、近底波浪水流在沙紋背后形成的漩渦
8、以及其躍起與分解垂直向上的泥沙通量是由垂向紊動(dòng)擴(kuò)散作用引起；只要泥沙濃度隨著離床面距離的增加而減小，存在濃度梯度dS/dz,則水流紊動(dòng)摻混作用總是將泥沙從高濃度區(qū)向
