多工程和波流耦合作用下養(yǎng)護海灘的地貌演變特征

匡翠萍，韓雪健，宮立新，江林鋒

（1.同濟大學土木工程學院，上海200092；2.河北省地礦局第八地質(zhì)大隊，河北秦皇島066001）

海岸帶是極其重要的地理空間，大約20%的世界人口居住在距海岸線25km以內(nèi)的地區(qū)［1］。因為沿海地區(qū)有利于諸多人類活動，如捕魚、工業(yè)、旅游和運輸?shù)龋虼巳丝诰奂浅Ｃ黠@［2］，且沿海地區(qū)的人口增長趨勢在未來的一段時間仍然持續(xù)。然而，海岸侵蝕影響人類生活、生物多樣性、自然資源等［3–4］，是全世界沿海地區(qū)面臨的一個嚴重問題。砂質(zhì)海岸作為海岸帶重要的組成部分擁有豐富的資源和秀美的風光，是人類休閑娛樂的聚集地［5］。砂礫質(zhì)海岸占我國18 000km大陸海岸線的30%以上，其中七成以上的沙礫質(zhì)海岸存在侵蝕現(xiàn)象，其強度和范圍仍不斷增大，采取相應的防護措施刻不容緩。

多種防護措施已經(jīng)被應用到防止海岸侵蝕。這些措施經(jīng)歷了一個從硬到軟、單一到復雜的過程。起初，為了防止海岸線的侵蝕，人們采用防波堤、丁壩、人工岬角等硬防護措施。硬防護在某些特定地區(qū)是可行的，但在其他地區(qū)可能失效并可能發(fā)生二次侵蝕的問題［6］。此外，硬防護也有建設成本高、工期長等缺點［7-10］。由于硬防護的這些問題，海岸侵蝕防護逐漸轉向軟防護，如海灘養(yǎng)護。海灘養(yǎng)護通常將海中或陸上的沙源用以填補侵蝕的海灘。與硬防護相比，軟防護施工周期短，與當?shù)丨h(huán)境兼容性強，對海岸環(huán)境變化的適應性強。然而，在近岸水動力的作用下，填充的泥沙會逐漸流失，因此海灘需要長期的定期維護。基于硬防護和軟防護的利弊，最好的選擇是充分發(fā)揮其各自優(yōu)勢，將兩種措施有效地結合起來［11］。美國最早進行了海灘養(yǎng)護工程的實踐，其數(shù)量和規(guī)模均居世界首位，累計的工程總數(shù)達2 000余項［12］。歐洲各國開始應用海灘養(yǎng)護技術的時間不一，其中葡萄牙于1950年首先付諸實踐［13］。澳大利亞于1974年開始實施海灘養(yǎng)護工程，與歐美國家相比，其工程規(guī)模都較小但頻率較高［14］。海灘養(yǎng)護在中國最早始于1992年的香港淺水灣，此后在天津、上海、大連、秦皇島、青島、平潭、泉州、廈門、珠海、北海、欽州、海口等35個城市均陸續(xù)實施，總數(shù)已達100余項［15］。秦皇島從2000年開始實踐人工養(yǎng)灘技術以來，陸續(xù)實施了十余次海灘養(yǎng)護工程，除灘肩補沙和水下沙壩補沙外，采取多種輔助設施，如鵝卵石護坡、預制沙袋潛堤、拋石潛堤、人工魚礁、離岸岬頭、沙質(zhì)突堤、生態(tài)護岸等［16-20］。在多年的實踐經(jīng)驗基礎上，逐漸形成了“人工魚礁—人工沙壩—灘肩補沙”人工養(yǎng)灘生態(tài)修復模式，既保護了海灘又使岬灣的水體交換問題得到改善［21］。

海灘養(yǎng)護工程在完成后受到水上、水下各種外部動力作用，其形態(tài)和物質(zhì)組成的分布因此會發(fā)生變化，如海岸沙丘在風作用下發(fā)生運移及形態(tài)變化，水下海床在波流作用下發(fā)生沖淤變化從而改變水深。波流的作用相互影響：一方面，波浪通過輻射應力［22–23］的作用產(chǎn)生沿岸波生流和裂流等，同時波浪的存在會增大底部摩阻進而阻礙水流流動［24］、增大海表面粗糙度從而增加海氣間的動量轉化率等［25–26］；另一方面，共線的水流會使反方向傳播波浪的波長減小、波高增大，使同方向傳播的波浪波長增大、波高減小，不共線的水流會使波浪發(fā)生折射［27］，此外方向周期性變化的水流會使波浪的波高、波周期等波要素產(chǎn)生周期性變化的特征［28–29］。養(yǎng)護后的海灘泥沙組成豐富，且受到波流的共同作用，運動比較復雜，存在懸移質(zhì)和推移質(zhì)并存的運移形式。國內(nèi)外學者對波流作用下海灘養(yǎng)護后工程區(qū)域的泥沙輸運和分選過程［30–31］、地形演變［32–33］等進行了廣泛的研究。

針對秦皇島市戴河至洋河口岸灘侵蝕不斷加劇，浴場海灘質(zhì)量下降的問題，開展了基于海灘養(yǎng)護技術的海灘整治修復工程。工程（包含灘肩補沙、水下沙壩及人工岬頭）對工程臨近區(qū)域的地形地貌產(chǎn)生了一定的影響，同時離岸的人工島也增加了該區(qū)域水動力環(huán)境的復雜性。本文基于驗證良好的波流耦合水動力模型［34］、泥沙輸運及海床演變模型，探究該區(qū)域在多工程組合影響和波流耦合作用下的地貌演變特征。

1 區(qū)域概況

秦皇島市位于渤海灣與遼東灣交匯處，是著名的沿海城市。東北與遼寧接壤，西與唐山相鄰，北連承德地區(qū)，南臨渤海，萬里長城橫亙東西。西距北京270km，西南距天津220km，是北京的東大門，為東北與華北兩大經(jīng)濟區(qū)的咽喉要道。隨著區(qū)域經(jīng)濟的快速發(fā)展以及自然環(huán)境的變化，秦皇島海域的岸線、濕地和生態(tài)環(huán)境受到不同程度的污染和損害，局部海域典型生態(tài)災害頻發(fā)，這大大影響了秦皇島社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。秦皇島市政府于2016年開始實施“藍色海灣整治行動”，旨在使重點侵蝕岸灘得到有效整治修復、濕地生態(tài)環(huán)境得到明顯改善。

戴河口至洋河口岸線整治修復工程作為“藍色海灣整治行動”的重要組成部分之一，修復岸線長度約3.1km，以戴河口至仙螺島約1.4km和洋河口至海上自助餐廳約1km兩岸段為重點修復岸段，兼顧中間約700m岸段。工程內(nèi)容包括灘肩補沙、水下沙壩吹填和人工岬頭，如圖1所示。該工程于2017年4月開始實施，至2017年6月完成全部工程結構單元，施工依照先人工岬頭構筑，再灘肩補沙，最后人工沙壩吹填的順序進行。

圖1 戴河口至洋河口岸線整治修復工程平面布置Fig.1 Beach renovation and restoration project layout from Daihe Estuary to Yanghe Estuary

仙螺島是由南戴河旅游開發(fā)區(qū)管委于1999年開發(fā)建成的一座供觀光游覽的人工島，位于距岸邊1km的淺海海域。仙螺島平面形狀為矩形，長100，寬70m，面積7 000m2［35］。

灘肩補沙后高程達到1.6m以上（以85高程為基準），兩端共長約2.4km的重點養(yǎng)護岸段沙灘寬度拓寬40～60m，中間約700m岸段平均增寬10m左右。灘肩前緣向陸為坡度小于1：100的緩坡，向海坡度為1：10。灘肩補沙總方量約30×104m3。3座人工沙壩在離岸約200m處吹填而成，其中東北段布設2座，起到補充該岸段海灘泥沙以及在沿岸流作用下作為沙源對相鄰岸段海灘進行補沙的作用，西南段布設1座沙壩，主要起到對此岸段海灘泥沙進行補充的作用。每座沙壩長約450m，壩頂寬約50m，底部寬約80～100m，壩頂高程為-0.9m左右。沙壩總計吹填方量約12×104m3。在戴河口西側導流堤以南約100m外、洋河口東側導流堤以東約100m外分別構建1座潛礁式人工岬頭，形成人工岬灣，達到增加遮蔽作用，總體上又不影響觀感和水體交換的效果。其中戴河口附近的人工岬頭長約300m，洋河口附近人工岬頭長約280m，兩座人工岬頭寬度均約12m，其頂部高程均為-1.2m左右。

2 數(shù)學模型建立

MIKE21軟件由丹麥水環(huán)境研究所（DHI）研發(fā)，采用控制體積法對微分方程組離散，包含結構和非結構網(wǎng)格，主要用于海洋河流區(qū)域水動力環(huán)境的綜合模擬，可模擬河流、海岸等二維水動力環(huán)境［36］。本文使用MIKE21軟件建立基于水動力模型基礎上的泥沙輸運和海床演變模型，其中水動力模型驗證良好并且應用模型得到了工程影響下的波流動力響應特征［34］，水動力模型相關的控制方程、參數(shù)設置及驗證可參見［34］，這里不再贅述，僅對泥沙輸運和海床演變模型進行詳細介紹。

2.1 模型方程

（1）泥沙輸運方程

研究海域泥沙運動以懸移質(zhì)輸運為主時，泥沙輸運公式如下：

泥沙淤積和侵蝕公式如下：

淤積：

侵蝕：

式中：u、v分別為x、y向的水深平均流速；cˉ為水深平均泥沙濃度；εx、εy分別為x、y向的泥沙擴散系數(shù)；h為總水深；QL為源強，即單位面積的源流量；CL為源強的泥沙濃度；Ss為淤積/沖刷項；SD為淤積項，SE為沖刷項；ωs為泥沙沉降速度；Cb為近底床泥沙濃度；pd為淤積概率；τb為底床切應力；τcd為淤積臨界切應力；E為侵蝕系數(shù)；a為軟底床侵蝕指數(shù)；τce為侵蝕臨界切應力；n為硬底床侵蝕指數(shù)。

（2）海床演變方程

海床演變方程的形式為：

式中：為泥沙干密度；ηs為床面沖淤厚度（正為淤，負為沖）。

海床演變模型是根據(jù)泥沙凈沉積速率在每個時間步長內(nèi)對海底地形網(wǎng)格數(shù)據(jù)做出更新，反饋到水動力模型，可確保水動力模型的精確性。

式中：Bn為n時刻的地形數(shù)據(jù)；Bn+1為n+1時刻的地形數(shù)據(jù)；Vn為n時刻海床沖淤變化。

海床厚度與地形一樣，在同一時間進行更新。凈沉積率表示為：

式中：DN為凈沉積率；D為單位時間淤積厚度；E為單位時間沖刷厚度；Δt為時間步長。如果發(fā)生了凈沖刷（DN＜0）同時M+DN＜0（M為河床可沖刷厚度），系統(tǒng)將自動調(diào)整到?jīng)_淤平衡，即既不沖刷也不淤積，也就是M+DN=0。

2.2 模型參數(shù)

泥沙輸運和海床演變模型需要與水動力模型耦合計算，且共用一套網(wǎng)格。采用大、小雙重嵌套網(wǎng)格進行計算。大模型網(wǎng)格為整個渤海海域，以大連老虎灘至山東煙臺兩個潮位站連線為開邊界；小模型網(wǎng)格南起葡萄島以南4 km處，北至金山嘴以北5 km處，其邊界條件由渤海大模型提供。剖分后的網(wǎng)格如圖2所示，大模型節(jié)點數(shù)有14 183個，三角網(wǎng)格數(shù)有23 419個；小模型節(jié)點數(shù)為10 988個，三角網(wǎng)格數(shù)為21 067個，坐標為北京54坐標系（中央子午線經(jīng)度為120°E）。為了兼顧計算精度和計算效率，小模型網(wǎng)格由工程區(qū)向外逐漸稀疏，外海邊界附近網(wǎng)格長度為800 m，工程區(qū)附近網(wǎng)格長度為10 m。在工程區(qū)域，沙壩、人工岬頭和人工島周圍網(wǎng)格進行局部加密，以變水深刻畫沙壩地形，將人工岬頭設置為可變高度的堰模塊，人工島設置為陸地區(qū)域。泥沙輸運和海床演變模型中沉降系數(shù)、臨界起動切應力、臨界沉降切應力均采用空間變化場。經(jīng)過率定，沉降系數(shù)為5～10 m?s-1；臨界起動切應力根據(jù)唐存本公式計算得到，為0.06～0.4 N?m-2；臨界沉降切應力約為臨界起動切應力的4/9，為0.036～0.178 N?m-2。底床可沖厚度設置為2 m，泥沙初始濃度設定為0.02 kg?m-3。三個開邊界的泥沙濃度設定為0。

圖2 模型計算網(wǎng)格及水深圖Fig.2 The computational mesh and the bathymetry

2.3 模型驗證

采用河北省地礦局第八地質(zhì)大隊實測泥沙資料對模型進行驗證，實測泥沙資料采用2011年5—6月秦皇島4個泥沙測站S1、S2、S3、S4的垂向平均泥沙濃度，測站位置見圖3，驗證結果見圖4。

圖3 泥沙測站位置示意圖Fig.3 Locations of sediment observation stations

圖4 2011年5－6月秦皇島S1～S4站泥沙濃度驗證及2016年10月戴河口站泥沙濃度驗證Fig.4 Validation of sediment concentration at S1～S4 in May and June 2011 and at Daihekou Station in October 2016

采用Skill模型［37］對泥沙輸運模型效率進行了評估，Skill值的范圍在0～1之間。Skill值為1時，代表模型計算值和實測值之間完全相符；Skill值大于0.65時，表示模型計算結果為極好；Skill值在0.65～0.5之間時，表示模型計算結果為非常好；Skill值在0.5～0.2之間時，表示模型計算結果為好；Skill值小于0.2時，表示模型計算結果為差；Skill值為0時，代表模型計算值和實測值之間完全不相符。模型效率評估結果見表1，可以看出2011年5—6月及2016年10月5個測站的泥沙濃度在0.04 kg?m-3左右，泥沙模型的Skill效率評價都在非常好以上。故可將其應用于工程建設數(shù)值模擬中。

表1 泥沙輸運模型的Skill效率系數(shù)Tab.1 Skill efficiency coefficient of sediment transport model

2.4 波流耦合

地貌演變的數(shù)值模擬過程中，為了提高計算效率，通常對研究區(qū)域的水動力實測數(shù)據(jù)進行分析，統(tǒng)計分析出代表動力以表示該區(qū)域長時間的動力平均狀況。代表潮主要有單一代表潮和多個代表潮兩種選擇方法。本文考慮到戴河口—洋河口岸線海域6月份平均潮位較高，潮差較大，海洋動力作用向岸延伸至灘肩邊緣，對岸灘的塑造作用最強，故最終選擇6月的自然潮型作為代表潮進行計算。波浪所引起的底部切應力對泥沙起動具有直接影響；波浪的波生時均剩余動量產(chǎn)生波生流，對泥沙輸運具有間接影響。代表浪的選擇需要同時考慮波浪在這兩個方面的動力作用。波浪這兩方面的動力貢獻均與波高H的平方（反映波能）成比例，因此可以基于H2得到代表浪［38］。本文基于2016年實測波浪數(shù)據(jù)（期間發(fā)生了1次風暴潮），對波高的平方進行加權分別得到了代表浪的有效波高、周期和波向（見表2），其中常浪表示剔除風暴潮期間波浪序列的代表浪，強浪表示風暴潮期間波浪序列的代表浪。

表2 代表浪參數(shù)Fig.2 Parameters of representative wave

為了探究多工程組合影響和波流耦合作用下養(yǎng)護海灘的地貌演變特征，選取代表潮和代表浪耦合模式下對工程海域進行地貌演變數(shù)值模擬。一般來說海灘整治修復工程第1年的沖淤變化幅度最大，隨后逐年減少［39］，因此選擇1年為地貌演變的模擬時間。本文中由于選用參數(shù)化的代表浪來體現(xiàn)波浪作用，波流耦合采用波浪模型向潮流模型耦合的方式。也就是波浪模型計算所得到的波浪輻射應力加入到潮流模型計算中，從而影響潮流模型中的流場和潮位，再影響泥沙輸運和海床演變。

3 結果分析

3.1 泥沙分布特征

根據(jù)驗證良好的水動力模型可知［34］，工程區(qū)域的潮流為往復流，漲潮流為SW向，落潮流為NE向，流向基本與岸線平行，量級小屬于弱潮區(qū)，相較而言波浪作用更為明顯。漲急時刻的北突堤和落急時刻的南突堤背流側（岬灣內(nèi)側）均出現(xiàn)流速極小的區(qū)域。常浪向為近SSE向，強浪向為近ESE向，且常、強波浪均在人工島處發(fā)生繞射并在背面產(chǎn)生波影區(qū)。

選擇具有代表性的夏季大潮分別與常浪和強浪耦合對工程后戴河口—洋河口海域泥沙濃度分布進行模擬分析。圖5為夏季大潮與常浪耦合下工程后戴河口—洋河口海域漲落急時刻的泥沙濃度場。從整體分布上看，戴河口—洋河口海域的泥沙濃度較低。工程后沙壩靠岸側泥沙濃度場在漲落急時刻存在明顯的高濃度帶，漲急時刻由于洋河口導堤的阻擋作用，高濃度帶與工程前類似，均位于導堤東北側，但更靠近岸邊，且濃度可達0.07 kg?m-3。落急時刻高濃度帶依然縱向貫穿整個戴河口—洋河口近岸海域，但與工程前相比也更靠近岸線，且都位于水下沙壩與岸線之間海域，濃度約為0.08～0.1 kg?m-3，落急時刻高濃度帶平均泥沙濃度高于漲急時刻。水下沙壩處泥沙濃度較高，漲急時刻約為0.05 kg?m-3，落急時刻洋河口處的沙壩可達0.08 kg?m-3，落急時刻水下沙壩平均泥沙濃度高于漲急時刻。沙壩處及沙壩靠岸側區(qū)域泥沙濃度較高是由于沙壩位于岸灘前，阻擋了波浪的直接侵襲，波浪先作用在沙壩上，掀起了較多泥沙，并向位于其后的岸灘輸運。波浪是該區(qū)域泥沙懸揚的主要動力，在近SSE向波浪的作用下，漲急時人工島后北半岸線水域的波影區(qū)波浪動力較弱，加上SW向的水流搬運作用，使得該區(qū)域沒有出現(xiàn)懸沙高濃度帶。而在落急時，波浪輻射應力驅動的NE向沿岸波生流和同方向的落潮流將南半岸線附近高濃度懸沙向NE方向搬運，使得懸沙高濃度帶縱向貫穿該岸線。

圖5 夏季大潮與常浪耦合下工程后漲急和落急時刻的泥沙濃度場Fig.5 Sediment concentration fields at the maximum flood and ebb after the project under the coupled summer spring tide and the normal waves

夏季大潮與常浪耦合情景下，將工程后泥沙濃度場減去工程前的泥沙濃度場，得到圖6?？梢钥闯龉こ毯蠊こ毯Ｓ虻哪嗌碀舛扔兴黾?，特別是水下沙壩所在位置，漲急時刻最大增值可達0.04 kg?m-3，落急時刻最大增值可達0.07 kg?m-3，落急時刻大于漲急時刻。水下沙壩的構筑使得波浪在沙壩處破碎，破波紊動引發(fā)大量的泥沙懸揚，破波產(chǎn)生的波生流和潮流疊加產(chǎn)生向岸水流，引起沙壩之后的區(qū)域泥沙濃度增加。

圖6 夏季大潮與常浪耦合下工程引起的漲急和落急時刻泥沙濃度變化場Fig.6 Sediment concentration difference fields at the maximum flood and ebb due to the project under the coupled summer spring tide and the normal waves

圖7是夏季大潮與強浪耦合下工程后戴河口—洋河口海域漲落急時刻泥沙濃度場。泥沙濃度分布工程后與工程前相比很相近，區(qū)別在于工程后強浪下的泥沙濃度值整體增大，懸沙高濃度帶向外海移動至離岸200 m的位置。漲急時刻最高濃度位于洋河口導堤堤頭處，約為0.15 kg?m-3，落急時刻最高濃度位于洋河口側沙壩前，約為0.17 kg?m-3，落急時刻高濃度帶平均泥沙濃度高于漲急時刻。與常浪情況下不同，強浪下的懸沙高濃度帶處于沙壩向海側，這是由于更大的波高使得波浪在到達沙壩前已經(jīng)破碎，破波紊動引發(fā)大量泥沙懸揚。漲急時刻在接近ESE向的強浪作用下，人工島的西側產(chǎn)生波影區(qū)，使得懸沙高濃度帶在該處中斷。在落急時刻，由于落潮流的搬運作用，中斷位置向北移動，同時由于強浪下泥沙不易沉降，南突堤南部的高濃度懸沙向北運移，受到人工島的阻礙而收縮，形成南突堤和人工島之間的高濃度帶。

圖7 夏季大潮與強浪耦合下工程后漲急和落急時刻泥沙濃度場Fig.7 Sediment concentration fields at the maximum flood and ebb after the project under the coupled summer spring tide and the strong waves

圖8為夏季大潮與強浪耦合下工程引起的漲落急時刻戴河口—洋河口海域泥沙濃度變化場。強浪作用下工程對泥沙濃度的影響與常浪下類似。工程后，工程海域的泥沙濃度有所上升，增加最大處位于水下沙壩附近，漲急時刻增大值可達0.043 kg?m-3，位于戴河口西南側水下沙壩后。落急時刻增大值可達0.065 kg?m-3，位于洋河口水下沙壩處。落急時刻的泥沙濃度增加值高于漲急時刻。

圖8 夏季大潮與強浪耦合下工程引起的漲急和落急時刻泥沙濃度變化場Fig.8 Sediment concentration difference fields at the maximum flood and ebb due to the project under the coupled summer spring tides and the strong waves

3.2 地貌演變特征

利用海床沖淤演變模型對整治修復工程后的戴河口—洋河口海域進行1年的海床演變模擬。圖9為潮流和常浪耦合下工程前后研究海域1年的海床沖淤演變，相當于全年不發(fā)生風暴潮的情況。工程前情景下，南半岸線附近水域發(fā)生比較嚴重的侵蝕，最大侵蝕深度達到0.3 m。北半部分岸線附近水域由于原始地形具有沿岸多條沙壩的特征，因此出現(xiàn)與岸線平行的條狀侵蝕、淤積交錯的現(xiàn)象，在壩頂侵蝕，最大侵蝕深度達0.3 m，在槽底淤積，最大淤積厚度達0.15 m。由侵蝕范圍在岸線中段的收縮現(xiàn)象來看，人工島在一定程度上緩解了其后側的侵蝕，但是對離岸200 m范圍內(nèi)的緩解作用不明顯，灘肩區(qū)域仍然出現(xiàn)比較明顯的侵蝕。工程后情景下，三座人工沙壩處發(fā)生明顯侵蝕，沙壩1、沙壩2和沙壩3處侵蝕深度最大分別達到0.53 m、0.59 m和0.63 m。沙壩向岸側的區(qū)域除靠近水邊線的少部分灘肩區(qū)域外出現(xiàn)明顯淤積現(xiàn)象，平均淤積厚度為0.1 m，最大淤積厚度達0.18 m，由此可見沙壩有效地保護了其后側的掩護區(qū)域，且沙壩在波浪作用下侵蝕的泥沙向后側輸運喂養(yǎng)了掩護區(qū)域。南部人工岬頭1在接近SSE向常浪作用下其后側工程前情景下的侵蝕區(qū)域消失，北部人工岬頭2與沙壩間的區(qū)域侵蝕范圍減小、量級降低，由此可見人工岬頭對于海床侵蝕亦有一定的抑制作用。

在常浪中耦合1 d的強浪，計算出常-強浪與潮流耦合情景（相當于1年發(fā)生1次風暴潮）下1年后戴河口—洋河口海域工程后的沖淤演變，見圖10。工程前情境下，與圖9相比外海出現(xiàn)大面積的微侵蝕區(qū)域，沙壩周圍區(qū)域侵蝕范圍變大，程度加深。在工程后情景下，與圖9相比三座人工沙壩處侵蝕程度加深，沙壩1、沙壩2和沙壩3處侵蝕深度最大分別達到0.73 m、0.8 m和0.81 m。沙壩后側掩護區(qū)域的侵蝕面積變大，淤積面積變?。ㄆ渲袨┘缣幍那治g面積變大，程度加深），但靠近沙壩的后側淤積厚度變大，沙壩1、沙壩2和沙壩3后側淤積厚度分別達到0.2 m、0.39 m、0.27 m?？梢姡硥翁幘l(fā)生侵蝕，其后側淤積，沙壩出現(xiàn)向岸的運移現(xiàn)象。也就是在風暴潮存在的情況下雖然灘肩侵蝕現(xiàn)象變嚴重，但沙壩及人工岬頭掩護區(qū)域依舊存在大面積的淤積區(qū)域，因此工程仍具有一定的保護作用。

圖10 潮流和常－強浪耦合作用下1年的海床沖淤演變Fig.10 Annual seabed evolution in 1 year under the coupled tides and normal-strong waves

4 結論

本文基于驗證良好的波流耦合水動力模型建立泥沙輸運及海床演變模型，并結合現(xiàn)場實測資料驗證了模型的可靠性，進而探究該海域在多工程組合影響和波流耦合作用下的地貌演變特征，得到以下結論：

（1）戴河口—洋河口海域泥沙濃度整體較低，潮流和常浪耦合下的泥沙分布與潮流和和強浪耦合下的泥沙分布形式一致；平均泥沙濃度及工程前后泥沙濃度增加值落急時刻大于于漲急時刻。

（2）工程后沙壩周圍出現(xiàn)懸沙高濃度帶。常浪時由于沙壩位于岸灘前，阻擋了波浪的直接侵襲，波浪先作用在沙壩上，掀起了沙壩泥沙，向位于其后的岸灘輸運，高濃度帶位于沙壩向岸側；強浪時由于更大的波高使得波浪在還未到達沙壩處已經(jīng)提前破碎，破波紊動引發(fā)大量泥沙懸揚，高濃度帶位于沙壩向海側。

（3）工程后沙壩處發(fā)生侵蝕，沙壩向岸側發(fā)生淤積：常浪與潮流耦合作用下（代表1年內(nèi)不發(fā)生風暴潮）沙壩處侵蝕深度最大達0.63 m，沙壩向岸側最大淤積厚度達0.18 m；常、強浪與潮流耦合作用下（代表1年內(nèi)發(fā)生1次風暴潮），沙壩處侵蝕深度最大達0.81 m，沙壩向岸側最大淤積厚度達0.39 m?？梢姡こ淘谟袩o風暴潮的情況下均能起到保護海灘的作用，達到修復海岸的目的。

作者貢獻說明：

匡翠萍：項目及基金負責人，研究方法，模擬方案，數(shù)據(jù)分析，論文修改；

韓雪?。簲?shù)值模擬，數(shù)據(jù)分析，論文撰寫；

宮立新：現(xiàn)場實測，論文撰寫；

江林鋒：數(shù)值模擬，數(shù)據(jù)分析，論文撰寫。