琼州海峡沿岸海滩地貌动力过程及其风暴响应研究

Previous researches on the beach processes were performed either on time or on space, which decreases the comparability of conclusions, even results in conflicting conclusions，especially about the beach morphodynamics of headland beaches and fletch-limited beaches. Qiongzhou Strait is about 80km long and 29.5km mean wide which has various waves, tide ranges, sediment sizes, and forms complex.and diversiform morphodynamic environmental settings. These characteristics of Qiongzhou Strait show it is an excellent study site for the comparative study on beach temporal and spatial evolutions..This project plan to be carried out with the method of combining long-term continuous observations (over 3 years) and typical event observations e.g. storms event, Based on field observation of morphodynamic factors such as waves, tides, winds, sediments, topography, the project makes use of statistic methods and numerical methods to study space-time evolution process of Qiongzhou Strait’s beach and storms effect on it. The project will mainly solve the following problems: (1) Morphodynamics propagating and variations along the Qiongzhou.Strait; (2) With the background of monsoon climate, Qiongzhou Strait’s beach evolution temporal and spatial characteristics, differences and influencing factors and checking the universality of existing beach evolution theoretical models; (3) The temporal and spatial differences and mechanisms of beach responding to the storms. With statistic methods and theoretical analysis, establishing the conceptual models and empirical relationship of the beach responding to storms and exploring the beach erosion mechanism. All these are frontiers of beach morphodynamic studies and are advocated by many coastal researchers, which are important to enrich the beach processes theory and to.reveal the processes of South China headland beaches.

先前的海滩过程研究分别对时间和空间展开，使得研究成果之间的可对比性受到限制，甚至相互冲突，特别是在岬间海滩和有限风区海滩地貌动力过程和模式上众说纷纭。琼州海峡沿岸环境复杂多样，为海滩过程研究提供了一个可从时间和空间上同时开展对比研究的优良样本。.本项目采用长期连续观测和典型过程详细观测相结合的方法，通过系统的波、流、潮汐、风、泥沙、地形等地貌动力要素观测，并结合数值计算方法，对琼州海峡沿岸海滩时空演变过程及其风暴响应开展研究，重点探究以下理论问题：（1）琼州海峡沿岸地貌动力要素的传播和变化特征；（2）琼州海峡沿岸地貌动力过程的时间和空间特征、差异及影响因素，并探讨现有海滩演变理论模式的在华南岬间海滩的适用性；（3）风暴作用下海滩响应的时空差异及成因机制，通过数据驱动模型建立风暴作用下海滩响应的模式及经验关系，并探讨海滩侵蚀机理。该研究对丰富海滩过程理论和加深华南岬间海滩认识有重要意义。

本项目按计划对琼州海峡及附近海岸的海滩演变进行面上的长期监测与极端事件（台风）作用下的地形动力过程系统观测，建立了琼州海峡海滩剖面、沉积物等地形动力要素的长期时间序列和极端波况下的高频地形变化时间序列。通过研究得到主要成果包括：（1）经典的海滩状态分类模型仅考虑波浪、泥沙粒径或潮汐的特征在一定程度上能表征海滩状态特征，但在一些受地质控制的海滩会出现不吻合的情况。地质背景（珊瑚礁、海湾开口方向、海滩开敞度等）等可以通过影响海洋动力环境、沉积物的可用性及丰度从而决定着海滩地貌形态，是海滩分类不可忽视的因素。该结果丰富了对海滩状态基本理论的认识。（2）系统揭示了地形动力要素对华南弧形海滩平面形态的影响。结果表明地质地貌背景是控制海滩平面形态的决定性因素。同时潮差改变了波浪作用基面，对弧形海滩的平面形态也有重要的影响。该结果对海岸工程建设（特别是海滩修复工程）中开展岸线长期演变预测有指导意义。（3）系统深入的开展了海滩对台风的响应特征研究。海滩对台风响应受到岬角和湾口朝向、大小等因素影响, 各海滩及同一海滩的不同岸段剖面变化表现出差异性。琼州海峡的形态对风暴增水有重要影响，从而对海滩风暴响应产生影响。台风过程中海滩既有侵蚀侵蚀过程也有恢复过程作用，与台风的旋进路线有密切关系，一般研究仅通过台风前后的地形变化对比是无法观测到的，在海滩风暴响应机理研究中应该予以特别注意。（4）海滩地形对波浪响应作用主要受到波陡、不规则因子和谱宽度参量的影响。其中波陡是最重要的影响因子。从机理上深入揭示了海滩地形对波浪内在结构的响应特征。（5）发现全球经验公式对沉积物入海通量的估算被高估了1-2个数量级，认为建立经验公式时输入特征值的差异是造成全球经验公式高估沉积物入海通量的主要原因。进而提出了修正公式，计算精度得到明显改善，其相对误差范围为7%-24%。