人工礫石海灘變化及輸移率研究

于 躍，蔡 鋒，張 挺，戚洪帥，劉建輝

(1.福州大學(xué) 土木工程學(xué)院，福建 福州 350116; 2.國(guó)家海洋局 海島研究中心，福建 平潭 350400; 3.國(guó)家海洋局 第三海洋研究所，福建 廈門 361005)

人工礫石海灘變化及輸移率研究

于 躍1，蔡 鋒2，張 挺1，戚洪帥3，劉建輝2

(1.福州大學(xué) 土木工程學(xué)院，福建 福州 350116; 2.國(guó)家海洋局 海島研究中心，福建 平潭 350400; 3.國(guó)家海洋局 第三海洋研究所，福建 廈門 361005)

在我國(guó)采用礫石海灘在某些強(qiáng)動(dòng)力區(qū)域進(jìn)行海灘養(yǎng)護(hù)是一種新的嘗試，具有很好的適用性。以廈門天泉灣人工礫石灘為研究對(duì)象，對(duì)2015年至2016年間10條海灘剖面開展了5次周期性監(jiān)測(cè)，通過綜合分析，得出在人工礫石灘竣工完成后的一年時(shí)間內(nèi)，灘肩外沿線、岸線及灘面底角的砂礫分界線大幅度后退，灘肩寬度變窄；灘肩外沿線明顯隆起，形成灘肩脊線；灘面坡度變大，且上游側(cè)海灘的灘面普遍比下游側(cè)海灘的灘面陡，一年后，岸灘整體變化趨于穩(wěn)定。針對(duì)礫石灘不斷向西南方向運(yùn)移的現(xiàn)狀，采用Leo C.van Rijn輸移率公式計(jì)算礫石灘年平均輸移率，并通過測(cè)量斷面法、體積變化量法對(duì)Leo C.van Rijn公式計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，得出礫石灘年平均輸移率的范圍約為1 015.66～2 392.5 m3/a。

人工礫石灘；形態(tài)演化；輸移率；廈門天泉灣

隨著全球氣候變化、海平面上升、入海河流輸沙減少、近岸工程建設(shè)等自然過程和人類活動(dòng)的加劇，海岸侵蝕日益嚴(yán)重[1]。海灘養(yǎng)護(hù)作為生態(tài)型的一種軟質(zhì)海岸工程手段日益成為緩解海岸侵蝕問題和保護(hù)海岸的重要選擇，是目前國(guó)際上較為流行的方法[2-6]。海灘養(yǎng)護(hù)不僅能夠有效地解決海岸侵蝕問題，而且通過自身的動(dòng)態(tài)調(diào)整使周圍海岸泥沙沖淤達(dá)到自然平衡狀態(tài)，可極大地改善海岸環(huán)境和生態(tài)環(huán)境[2-6]。

可靠地估算沉積物沿岸輸移率在維護(hù)海灘長(zhǎng)期穩(wěn)定性與海灘養(yǎng)護(hù)工程的建設(shè)具有極大的重要性。目前，應(yīng)用最廣泛的輸移率公式是CERC公式，但是此公式只應(yīng)用于砂質(zhì)海灘[7]。Kamphuis[8]系統(tǒng)地研究了顆粒粒徑與灘面坡度的影響，得出了更為精確的沿岸沉積物輸運(yùn)方程，但也僅適用于沙灘。Mil-Homens等[9]基于大量的野外調(diào)查數(shù)據(jù)對(duì)Kamphuis公式進(jìn)行了修正，大多數(shù)數(shù)據(jù)點(diǎn)是砂質(zhì)地區(qū)，沒有采用礫石海灘。Tomasicchio等[10]基于大量數(shù)據(jù)擬合出一套適用于不同粒徑的沉積物沿岸輸移方程組，但此公式未進(jìn)行獨(dú)立驗(yàn)證。Leo C.van Rijn[11]綜合考慮沉積物粒度、波周期、剖面形狀對(duì)沿岸輸移的影響，運(yùn)用CROSMOR模型計(jì)算砂質(zhì)、礫石海灘的沿岸輸移速率，并將計(jì)算結(jié)果參數(shù)化，得出一個(gè)修正公式，適用于0.1～100 mm粒徑范圍內(nèi)的沉積物，并對(duì)修正公式進(jìn)行了獨(dú)立驗(yàn)證，但并未應(yīng)用于強(qiáng)潮強(qiáng)動(dòng)力海岸。廈門天泉灣人工礫石灘是我國(guó)首個(gè)人工建造的礫石海灘，有關(guān)礫石灘的沿岸輸移數(shù)據(jù)鮮見報(bào)道。鑒于我國(guó)在這方面的工作存在明顯不足，通過對(duì)天泉灣人工礫石灘養(yǎng)護(hù)后剖面形態(tài)變化分析，總結(jié)礫石海灘的演變模式，并根據(jù)礫石海灘的輸移速率提出海灘養(yǎng)護(hù)周期，希冀為我國(guó)未來的類似海岸防護(hù)與海灘養(yǎng)護(hù)提供參考與指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廈門島東南海岸天泉灣岸段，西起水上運(yùn)動(dòng)中心東側(cè)，東至白石炮臺(tái)西側(cè)，岸線長(zhǎng)度632 m，坐標(biāo)范圍：24°25′05.78″N～24°25′31.14″N，118°07′20.39″E～118°07′42.69″E(圖1)。天泉灣人工礫石灘于2014年5月竣工，結(jié)合本區(qū)域現(xiàn)狀，為有利于養(yǎng)護(hù)區(qū)域海灘的穩(wěn)定性，實(shí)施養(yǎng)護(hù)全長(zhǎng)為632 m，灘肩設(shè)計(jì)高程為4.0 m的礫石灘。鋪設(shè)剖面分三層，表層為500 mm厚5～10 cm鵝卵石，次層為800 mm厚無級(jí)配鵝卵石，底層為二片石，坡度為1∶5?；靥?～10 cm卵石約11 116 m3，無級(jí)配卵石約21 490 m3，二片石約24 524 m3，共計(jì)57 130 m3石料。

研究區(qū)春、夏兩季以SE向風(fēng)為主，秋、冬兩季以NE向風(fēng)為主，每年5～6月常有較強(qiáng)的NE或SW向風(fēng)，平均風(fēng)力3～4級(jí)，最大5～6級(jí)，瞬時(shí)極大風(fēng)力可達(dá)7～8級(jí)。根據(jù)2008年11月～2009年11月實(shí)測(cè)波浪資料，全年的波向主要集中在SE～S向，所占頻率達(dá)90.05%，其中以SSE向最多，所占頻率為43.75%，為常浪向；次浪向?yàn)镾E，所占頻率37.15%。春、夏、秋三季常浪向均為SSE向，頻率分別占45.28%、35.9%和57.99%；冬季常浪向?yàn)镾E向，頻率占45.89%。春、夏兩季強(qiáng)浪向?yàn)镾E向，秋季和冬季強(qiáng)浪向?yàn)镾SE向。研究區(qū)潮汐類型為正規(guī)半日潮，多年平均潮差為4.01m，歷年最大潮差達(dá)6.92 m，潮汐動(dòng)力作用非常明顯，屬于強(qiáng)潮強(qiáng)動(dòng)力海岸[12]。

圖1 研究區(qū)位置Fig.1 Location of the study area

2 資料與分析方法

2.1剖面測(cè)量

以監(jiān)測(cè)期選定的典型剖面樁點(diǎn)作為放樣起點(diǎn)，利用RTK進(jìn)行海灘剖面形態(tài)周期性測(cè)量，從2015年3月至2016年5月共開展了5次海灘剖面測(cè)量，測(cè)量時(shí)間選擇在當(dāng)日最低潮，每次測(cè)量沿著放樣剖面線行進(jìn)，行進(jìn)時(shí)左右偏差距離不大于10 cm，每條剖面測(cè)量?jī)纱?。通過疊加不同時(shí)期的剖面形態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，研究其變化特征。

2.2有效波高、波周期的計(jì)算

根據(jù)廈門海洋站1995～2005年實(shí)測(cè)潮位統(tǒng)計(jì)資料、廈門氣象臺(tái)1980～2007年風(fēng)速風(fēng)向統(tǒng)計(jì)資料，以及廈門珍珠灣2008年11月～2009年11月波浪觀測(cè)資料，結(jié)合海岸地形資料通過SWAN模型模擬計(jì)算天泉灣整體波浪場(chǎng)分布。為更加準(zhǔn)確地反映局部地形變化，在對(duì)該區(qū)域的地形概化和數(shù)值差分過程中，采用最大邊長(zhǎng)約10 m的小尺寸三角形網(wǎng)格，區(qū)域以外則采用最大邊長(zhǎng)約100 m的大網(wǎng)格。模型計(jì)算時(shí)，時(shí)間步長(zhǎng)取為60 s，波浪破碎的破波參數(shù)γ=0.8，繞射系數(shù)取為1，繞射步長(zhǎng)也取為1。折射、繞射變形后波周期保持不變。

2.3礫石灘輸移率測(cè)量與計(jì)算

首先，根據(jù)計(jì)算出的有效波高、波周期及礫石灘相關(guān)特征資料，采用Leo C.van Rijn公式計(jì)算礫石灘年平均輸移率；然后，對(duì)礫石灘運(yùn)移區(qū)進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)，運(yùn)用測(cè)量斷面法與體積變化量法對(duì)Leo C.van Rijn公式計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，綜合考慮不同方法造成誤差的影響。最后，得出人工礫石灘的年平均輸移率范圍。

3 結(jié) 果

3.1人工礫石灘剖面形態(tài)變化

人工礫石灘的10條監(jiān)測(cè)剖面位置如圖1所示，本文選取其中5條作為典型剖面，對(duì)比分析不同時(shí)期TQW_P2、TQW_P3、TQW_P5、TQW_P7、TQW_P8剖面變化圖，見圖2，并計(jì)算得出每條剖面的灘肩寬度變化量及灘面坡度變化情況。在人工礫石灘竣工完成的一年時(shí)間內(nèi)，礫石灘形態(tài)變化劇烈，整體上表現(xiàn)出灘肩外沿線、岸線及灘面底角的砂礫分界線大幅度后退(從圖中可以清楚的看到每條剖面線在平均海平面附近存在明顯的拐角，即是砂礫分界線點(diǎn))；灘肩寬度明顯變窄；灘肩外沿線明顯隆起，形成灘肩脊線；灘面坡度變大。

2015年3月對(duì)礫石灘監(jiān)測(cè)剖面進(jìn)行第一次測(cè)量，與竣工時(shí)剖面相比，施工灘肩普遍向岸侵蝕，其中TQW_P2 、TQW_P3剖面灘肩寬度減少5 m左右，所處區(qū)域侵蝕最為嚴(yán)重，整個(gè)海灘呈現(xiàn)東側(cè)侵蝕較弱，西側(cè)侵蝕稍強(qiáng)的態(tài)勢(shì)，見圖3。相較于2015年3月，2015年8月的剖面數(shù)據(jù)顯示，5條監(jiān)測(cè)剖面中有4條剖面的灘肩寬度增加，僅TQW_P3剖面繼續(xù)蝕退，但侵蝕速率與前一年相比較明顯下降，可以看出，五個(gè)月的時(shí)間內(nèi)，礫石灘剖面的灘肩寬度整體變化不大，東側(cè)剖面灘肩寬度增長(zhǎng)量略大于西側(cè)剖面。2015年8月至10月，5條典型剖面全部侵蝕，灘肩寬度大幅度減小，蝕退量在8.9%～26.3%的范圍內(nèi)，其中礫石灘西側(cè)TQW_P2剖面蝕退距離最大。2016年1月數(shù)據(jù)表明，5條監(jiān)測(cè)剖面灘肩寬度全部增長(zhǎng)，TQW_P2、TQW_P5剖面灘肩寬度變化量在10%左右，其余三條剖面變化較小，增長(zhǎng)量在0～4%的范圍內(nèi)，在這段時(shí)間內(nèi)礫石灘表現(xiàn)整體較穩(wěn)定，灘肩寬度變化較弱。2016年5月對(duì)研究區(qū)進(jìn)行最后一次測(cè)量，與2016年1月數(shù)據(jù)相比較，僅有TQW_P7剖面的灘肩寬度減小了0.8 m ，TQW_P2、TQW_P8剖面灘肩寬度增長(zhǎng)幅度最大，漲幅在20%左右，TQW_P3、TQW_P5剖面灘肩寬度增長(zhǎng)量在10%以內(nèi)，變化相對(duì)較弱，可見礫石灘整體上還是處于緩慢調(diào)整的狀態(tài)，灘肩寬度在緩慢增加。

礫石灘灘面坡度變化數(shù)據(jù)圖表明，剖面坡度變化量范圍較大，不同階段的變化趨勢(shì)有著較大的差別，見圖4。2015年10月與8月相比較，礫石灘的灘面坡度總體上變緩，僅有TQW_P5剖面變陡，坡度變化范圍為-20.8%～4.4%，其中TQW_P1、TQW_P2剖面處的灘面坡度變化最大，變化量在-20%左右。2016年5月與1月相比較，礫石灘兩側(cè)剖面的灘面坡度變化有著明顯的差異，東側(cè)海灘的灘面坡度變化量多為負(fù)值，坡面變緩，而西側(cè)海灘的灘面坡度變化量多為正值，說明坡面變陡，且總體上東側(cè)海灘的坡度變化幅度比西側(cè)海灘的稍大。

圖2 人工礫石灘剖面形態(tài)變化Fig.2 Comparison of beach profiles

圖3 礫石灘剖面灘肩寬度變化示意Fig.3 Berm width changes of beach profiles

圖4 礫石灘剖面坡度變化示意Fig.4 Slope changes of beach profiles

3.2人工礫石灘輸移率測(cè)量與計(jì)算

在波浪、潮汐共同因素的作用下，人工礫石灘不斷地向西南方向運(yùn)移，平面形態(tài)一直發(fā)生改變，運(yùn)移區(qū)平面形態(tài)類似于楔形狀。運(yùn)移區(qū)礫石分為兩部分：一部分堆積在沙灘上層；另一部分掩埋在沙灘下層，形成沙礫混合體。表層礫石面積約為4 681.26 m2，水平直線長(zhǎng)度約為273.62 m，見圖5。

圖5 礫石灘運(yùn)移區(qū)照片F(xiàn)ig.5 Photos of the transport area

3.2.1 Leo C.van Rijn公式法

Leo C.van Rijn[10]通過大量的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)野外調(diào)查數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)波浪周期、礫石粒徑、灘面坡度等因素對(duì)卵礫石的沿岸輸移率有著決定性的影響，基于CROSMOR模型的驗(yàn)證結(jié)果建立卵礫石沿岸輸移率公式：

式中：Qt為卵礫石沿岸輸移速率(m3/s)，tanβ為灘面坡度，Hs,br為破波帶的有效波高(m)，θbr為破波帶的波向角度，d50為卵礫石的中值粒徑(m)，g為重力加速度(m/s2)。

圖6 波浪場(chǎng)計(jì)算范圍示意Fig.6 The range of wave field calculation

該區(qū)波浪以風(fēng)浪為主，所以可以通過風(fēng)速推求波浪有效波高。工程區(qū)域的水深變化較大，深槽、潮溝、水下沙壩、潮流淺灘相間分布，波浪在傳播過程中發(fā)生了折射、繞射以及淺水變形等，波高、波向都有很大變化。為了更加精確地模擬工程區(qū)的波浪場(chǎng)特征，波浪場(chǎng)數(shù)值模擬區(qū)域包括廈門灣擴(kuò)大海域和工程區(qū)局部海域[11]，見圖6，同時(shí)對(duì)SWAN模型計(jì)算的有效波高結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，見圖7。

圖7 有效波高驗(yàn)證Fig.7 The verification of Hs

波浪場(chǎng)數(shù)值模擬的主要方向包括E、SE、S、SW向。模型計(jì)算時(shí)，采用的初始風(fēng)、波浪條件考慮了在計(jì)算主方向順時(shí)針22.5°角度上的歸并。具體采用資料見表1和表2，各方向年平均實(shí)測(cè)波浪場(chǎng)計(jì)算水位采用平均水位(85高程0.36 m)。

表1 采用的風(fēng)條件Tab.1 The wind conditions in study area

表2 采用的初始邊界處波浪條件Tab.2 The wave condition at the initial boundary

由上述確定的計(jì)算參數(shù)、計(jì)算公式及數(shù)值模式，對(duì)E(ESE)、SE(SSE)、S(SSW)向采用外海開邊界波浪條件進(jìn)行波浪傳播變形計(jì)算，計(jì)算時(shí)對(duì)主方向順時(shí)針22.5°范圍內(nèi)多方位入射計(jì)算，以尋找最不利波浪入射方向，其它影響方向按照風(fēng)成浪方法計(jì)算。取水深約0.6 m的近岸破波水深點(diǎn)為代表點(diǎn)，計(jì)算結(jié)果見表3，各方向Hs波高等值線分布見圖8。

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可知式(1)各參數(shù)取值：灘面坡度tanβ=0.2；重力加速度g=9.8 m/s2；礫石中值粒徑d50=0.06 m；將SE和SW向的有效波高分別帶入式(1)中計(jì)算不同方向上的礫石年輸移率(表4)，從而得到礫石灘的年凈輸移率為Qnet=1 349.7m3/a。

表3 天泉灣代表點(diǎn)波浪計(jì)算結(jié)果Tab.3 The wave calculation results of the representative points

表4 不同方向上礫石年輸移率統(tǒng)計(jì)表 m3/aTab.4 The annual transport rate of gravels in different directions m3/a

圖8 Hs波高等值線分布Fig.8 Wave height distribution in study area

3.2.2 測(cè)量斷面法

2016年5月對(duì)礫石灘運(yùn)移區(qū)進(jìn)行了實(shí)地勘測(cè)?？睖y(cè)過程中用6條剖面線將礫石灘運(yùn)移區(qū)大致平均分成7個(gè)區(qū)域，每條剖面線間隔約為40 m(圖9)。

圖9 礫石灘運(yùn)移區(qū)勘測(cè)剖面Fig.9 Survey profiles in migration area

沿著每條剖面線，每隔5 m作為一個(gè)測(cè)量點(diǎn)，用鐵鏟向下挖取沙灘掩埋的礫石，直至挖到?jīng)]有礫石出現(xiàn)，用標(biāo)尺測(cè)量其深度，然后畫出6條剖面線上掩埋在沙灘下面的礫石斷面圖，得到的斷面面積即為每條剖面下掩埋礫石的單寬體積量，P1至P6剖面的單寬體積量分別為：8.2、7.15、5.35、3.69、2.45及1.86 m3/m?？紤]砂礫混合時(shí)，礫石統(tǒng)計(jì)所占體積比例約為0.75，則掩埋在沙灘下礫石的體積量為861 m3。通過測(cè)量得到沙灘上層礫石堆積平均厚度為25 cm，則沙灘上層礫石體積量為1 170.32 m3。綜上可得，礫石灘運(yùn)移區(qū)礫石總體積量為2 031.32 m3，則年輸移率為1 015.66 m3/a。

3.2.3 體積變化量法

根據(jù)測(cè)量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，繪制竣工時(shí)及2016年5月礫石灘地形圖，見圖10，圖中X、Y軸分別表示大地坐標(biāo)的經(jīng)度、緯度方向，Z軸表示高程。在同一基準(zhǔn)面上計(jì)算兩個(gè)時(shí)期礫石灘的總體積差值，即為人工礫石灘的總侵蝕量，從而得到礫石灘年平均侵蝕量為2 392.5 m3/a。

圖10 人工礫石灘不同時(shí)期地形Fig.10 Topographic maps in different periods

4 討 論

4.1形態(tài)演變

通過對(duì)比分析10條典型剖面形態(tài)演化圖，總結(jié)強(qiáng)潮強(qiáng)動(dòng)力作用下人工礫石灘的剖面形態(tài)演化模式，見圖11。礫石灘竣工后，礫石呈較為松散的堆積體狀態(tài)，在經(jīng)過一年時(shí)間的波浪、潮汐等水動(dòng)力推動(dòng)作用下，礫石不斷地被擠壓，空隙率減小，導(dǎo)致灘肩外沿線、岸線及灘面底角的砂礫分界線大幅度后退，灘肩寬度明顯變窄，灘面坡度變大；當(dāng)波浪拍擊礫石灘面時(shí)，可帶動(dòng)較多的卵礫石向上翻滾至灘肩頂部區(qū)域，而在回流過程中，由于滲流、消能等因素，波浪能量減弱不足以從灘肩區(qū)域?qū)⒌[石帶回，導(dǎo)致在灘肩區(qū)域發(fā)生隆起形成灘脊?？⒐赡旰螅[石灘與外界動(dòng)力環(huán)境的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)基本形成，礫石呈擠壓態(tài)，灘肩寬度基本保持不變，但在灘脊區(qū)域存在明顯的侵蝕區(qū)，灘脊礫石減少，灘底角區(qū)域也有所侵蝕，這表明在沿岸流的作用下，礫石灘存在較大的輸移量。

圖11 人工礫石灘剖面形態(tài)變化模式Fig.11 The morphological change of beach profile

4.2輸移率計(jì)算

在波浪、潮汐、人類活動(dòng)等因素的共同作用下，礫石灘不斷地向西側(cè)岸段輸移，已形成明顯的運(yùn)移區(qū)域。本文首先采用Leo C.van Rijn公式進(jìn)行理論計(jì)算礫石灘年平均輸移率，然后利用實(shí)地勘測(cè)法、體積變化量法對(duì)理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，見表5。

通過計(jì)算結(jié)果可以得出：實(shí)地勘測(cè)的計(jì)算結(jié)果與Leo C.van Rijn公式計(jì)算結(jié)果相差不大，誤差在可控范圍內(nèi)；采用Surf軟件的體積變化量法與前面兩種方法相比較，誤差較大。由于在進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)時(shí)，無法對(duì)所有掩埋在沙灘下面的礫石進(jìn)行測(cè)量，所以其結(jié)果一定比實(shí)際值偏小。體積變化量法造成較大誤差的原因主要有兩個(gè)：第一，計(jì)算出的侵蝕量是整個(gè)礫石灘的累積侵蝕量，包括礫石灘西側(cè)運(yùn)移區(qū)域與礫石灘下部被沙灘掩埋區(qū)域兩個(gè)部分，計(jì)算值比實(shí)際值偏大很多；第二，礫石灘竣工后，卵礫石處于自然堆積狀態(tài)，孔隙率較大，經(jīng)過兩年時(shí)間的波浪、潮汐及人類活動(dòng)等外界動(dòng)力不斷作用，卵礫石堆積體孔隙率逐漸減小，導(dǎo)致兩次體積量差值變大。結(jié)合上述分析，Leo C.van Rijn公式法計(jì)算值介于測(cè)量斷面法、體積變化量法計(jì)算結(jié)果之間，所以本文認(rèn)為該人工礫石灘的年平均輸移率范圍為1 015.66～2 392.5 m3/a。

表5 礫石灘年平均輸移率 m3/aTab.5 The annual average transport rate of gravel beach m3/a

4.3養(yǎng)護(hù)周期

廈門天泉灣人工礫石灘鋪設(shè)各種卵礫石共計(jì)57 130 m3。從人工海灘養(yǎng)護(hù)周期的角度出發(fā)，養(yǎng)灘壽命是指當(dāng)沉積物流失量占養(yǎng)護(hù)總量的50%時(shí)所用的時(shí)間[2]，當(dāng)沉積物流失量占一定比例時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，以避免海灘遭受較為嚴(yán)重的侵蝕。假設(shè)礫石灘年平均輸移率(可能最大值)為2 392.5 m3/a，則本研究區(qū)礫石灘的養(yǎng)灘壽命為11年，但是為了更加有效保護(hù)海灘及研究區(qū)的景觀效果，可提前對(duì)礫石灘進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，及時(shí)對(duì)運(yùn)移區(qū)礫石進(jìn)行回收利用，重新鋪設(shè)到礫石灘侵蝕量較強(qiáng)的區(qū)域，以確保海灘的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

5 結(jié) 語

1) 從剖面形態(tài)來看，整體上表現(xiàn)出如下特征：灘肩外沿線、岸線及灘面底角的砂礫分界線大幅度后退，灘肩寬度明顯變窄，灘肩外沿線明顯隆起，形成灘肩脊線，灘面坡度變大；從坡度變化來看，東側(cè)海灘的灘面普遍比西側(cè)海灘的灘面陡，且變化幅度相對(duì)較大。

2) 礫石灘竣工一年后灘肩寬度大幅后退，在灘肩區(qū)域隆起形成灘脊，底角區(qū)域向海延伸，形成比較平緩的剖面形態(tài)；竣工兩年后，灘肩寬度基本保持不變，但是在灘脊區(qū)域存在明顯的侵蝕區(qū)，灘脊礫石減少，灘底角區(qū)域也有所侵蝕，這表明礫石灘存在較大的運(yùn)移量。

3) 采用Leo C.van Rijn公式法、測(cè)量斷面法、體積變化量法計(jì)算礫石灘年平均輸移率，計(jì)算結(jié)果分別為1 349.7、1 015.66及2 392.5 m3/a。Leo C.van Rijn公式法計(jì)算值介于測(cè)量斷面法、體積變化量法計(jì)算結(jié)果之間，得出該人工礫石灘的年平均輸移率范圍為1 015.66～2 392.5 m3/a。根據(jù)礫石灘的年輸移率，預(yù)測(cè)人工礫石海灘的壽命超過10年。

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Study on evolution and transport rate of artificial gravel beach

YU Yue1,CAI Feng2,ZHANG Ting1,QI Hongshuai3,LIU Jianhui2

(1.College of Civil Engineering,Fuzhou University,Fuzhou 350116,China; 2.Island Research Center,SOA,Pingtan 350400,China; 3.Third Institute of Oceanography,SOA,Xiamen 361005,China)

The adoption of the artificial gravel beach in macro-tide and strong hydrodynamic coast is a new attempt of beach protection in China.During the period between 2015 and 2016,ten beach profiles were measured and five regular monitoring activities were conducted along the beach in Tianquan Bay,Xiamen.The results indicate that the edge of beach berm,shoreline and the boundary of gravel and sand changed obviously one year after the completion of the artificial gravel beach project.The width of beach berm became narrower,the elevation of berm crest increased with a dome formation,and the beach slope became steeper and showed a variation that the beach slope in the upstream became steeper than it in the downstream.After one year’s evolution,the beach morphology tended to be stable.To study the gravel transportation of the artificial gravel beach,the Leo C.van Rijn formula was used to calculate the average annual transport rate,and the result was verified by beach profile measurement and volume change.The result shows that the annual average transport rate of gravel beach is about 1 015.66～2 392.5 m3/a.

artificial gravel beach; beach morphological evolution; transport rate; Tianquan Bay

TV148

A

10.16483/j.issn.1005-9865.2017.05.009

1005-9865(2017)05-0079-09

2016-04-22

國(guó)家海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)資助項(xiàng)目(200905008，201405037)；國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目(41406070)

于 躍(1990-)，男，吉林白城人，碩士研究生，主要從事海岸動(dòng)力地貌過程研究。E-mail：hdyjzx861656@163.com

蔡 鋒。E-mail：fcai800@126.com