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,有來自海浪和海洋近岸波的因素,來自潮流和淺海海流的因素，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。
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。
