海洋地理论文

1、淮 海 工 学 院毕业设计(论文)说明书题 目： 福建湄洲岛西南部对台客运 码头的淤积分析与探讨作 者： 李 明 学 号： 140413115 系 (院)： 测绘工程学院 专业班级： 海洋技术041班 指导者： 彭俊 讲师 评阅者： 吕海滨 讲师 2008 年 6 月 连 云 港毕业设计（论文）中文摘要福建湄洲岛西南部对台客运码头的淤积分析和探讨摘 要：海滩沉积物的粒度参数可以用来反映沉积物的水动力、沉积物来源和沉积物搬运趋势等环境信息。研究区域沉积物类型以沙和粉砂质沙为主；沉积物主要来源于海岸侵蚀物质的输入，随着沉积物向海方向搬运，沉积物粒度参数表现出由岸向海粒径细化、分选程度变好的变化趋势

2、。本文以岸滩固定剖面观测、沉积物搬运趋势模型、沙粒捕沙器现场观测为基础，分析造成湄洲岛对台客运码头淤积的主要原因。结果表明，由于风、浪、流共同作用，码头建成后，在其前缘形成一个淤积区，致使码头的使用受到影响。因此没有经过论证在岸边修建沿岸工程设施，结果可能会造成岸线走向发生变化，进而改变波浪的作用，使海滩出现侵蚀或淤积，成为海岸工程灾害。关键词：湄洲岛 码头淤积 沉积物搬运 沙粒捕沙器毕业设计（论文）外文摘要A study on sediment accumulation on the sea area around Meizhou islandAbstract: Grain size par

3、ameters of intertidal flat sediments are related to local sedimentary environments, such as depositional hydrodynamic conditions ,sediment sources, sediment transport .etc. The two main sediment types of Meizhou Pier are sand and silty sand .The sediments in the interidal flat mainly come from coast

4、 erosion .The sediments are sorted better towards the sea and their grain size decreases with the increasing of hydrodynamics .Based on the grain size characteristics，sediment transport model，and sediment trap measurement，the accumulation of the sediment on the sea area around Meizhou Pier is studie

5、dThe results indicate the cause and intensity of the sediment transported to the Meizhou Pier after the pier constructionBuilding engineering facilities without proving, which may change the water front , changing the character of wave , and result into erosion and deposition on the sea beach , and

6、to be a disaster of sea beach engineering.Keywords: Meizhou island；pier sediment accumulation；sediment transport；sediment trap目 录1 引言 11.1 国内外研究现状 11.2 主要研究内容 22 研究区域概况 33 研究材料与研究方法 43.1 研究材料 43.2研究方法 44 表层沉积物分析 114.1 沉积物采样点分布 114.2沉积物分布类型 124.3沉积物粒度参数分析 124.4沉积物搬运方向分析 145 岸滩固定剖面观测 166 沿岸输沙率现场测定 176

7、.1飘袋式捕沙器的介绍 186.2输沙计算 196.3应用试验研究 20结论 22致谢 23参考文献24附录1 fortran 原代码26淮海工学院二八届毕业设计（论文） 第28页 共28页1 引言沙滩是海岸带中一个敏感的地带，由于对沙滩动态平衡的特性认识不足，常会造成沙滩稳定性受到破坏。例如没有经过论证在岸边修建沿岸工程设施，结果造成岸线走向发生变化，进而改变波浪的作用，使海滩出现侵蚀或淤积，成为海岸工程灾害。本文系统了解海滩沉积物的来源、去处及运移途径，并做出定量分析，阐明其稳定性，探讨造成湄洲岛对台客运码头淤积的主要原因。为了全面了解该区淤积状况和机制，从海滩沉积物分布入手，建立沉积物搬

8、运趋势模型，并结合沙粒捕沙器现场试验，岸滩剖面重复观测综合分析，揭示湄洲岛对台客运码头淤积机制。沉积物在搬运过程中因为水动力条件和环境的变化，粒度特征也发生有规律的变化，因此通过对粒度空间变化特征的研究可以推断沉积物的输运方向，这种分析方法被称为粒度分析方法，它是揭示沉积环境和动力条件的主要手段和方法。表层沉积物粒度是潮滩沉积动力环境最明显和最直接的反映，因此研究潮间带的表层沉积物粒度分布特征，可以推断出研究区域短周期的泥沙输运方向。潮流是潮滩发育的主要因素，本文通过对该码头表层沉积物的粒度特征和泥沙输运趋势的研究，推断出该区的沉积环境和码头发育趋势，为未来合理利用沿岸及滩涂资源提供科学依据。

9、1.1 国内外研究现状早在上世纪50年代末期，国外就利用粒度参数（平均粒径、标准偏差、偏态等）及其组合特征来作为判别沉积水动力条件及沉积环境的参考依据。Folk & Ward(1957)及相关专家McCammon(1962)各自提出了对物质来源及沉积环境变化有重要指示作用的平均粒径定义。 Krumbein & F.J. Pettijohn (1938）、Folk & Ward(1957)提出了各自的峰态参数公式。Folk(1957)、Ward(1957)依据概率累积图解标准差解算建立了各自的沉积物分选性等级表。Friedman(1958， 1961，1962)研究了海滩

10、与河流沉积物的粒度参数特征。Seibold(1963)在Sharp & Fan (1963)百分数分选量度公式的基础上，利用相对分选系数判别了滨岸沙的残积物。Folk(1966)提出了自己的偏态参数公式。Chester & Royse(1968)应用粒度象研究了河道底部、泛滥平原及河漫湖和后沼泽沉积。Doeglas(1968)分析了粒度成分对判别沉积环境的指示作用。在粒度趋势分析方面，20世纪70年代以前，主要侧重于研究单个粒度参数在沉积物输送方向上的变化，1981年Mclaren首先将平均粒径、标准偏差以及偏态3个粒度参数和沉积物的输送联系起来，并提出无论是粒径变细还是变粗，

11、沉积物在输运方向上都将分选更好，偏态更正偏。1985年Mclaren和bowles在修订了原先结论的基础上，提出了在沉积物净搬运方向上可有2种粒径趋势：(1)沉积物粒径变细，分选变好并更加负偏；(2)沉积物粒径变粗，分选变好并更加正偏。沉积物的粒度是指沉积物颗粒的大小，粒度大小且与沉积物形成环境的关系极为密切。沉积物的粒度特征是沉积物物源、水动力能量、搬运距离、床底形态综合作用的结果，在沉积物粒度中包含了水动力条件和物源的信息，因而可以通过一定时间内沉积物粒度特征的变化来反演影响沉积物粒度变化的环境因素，特别是沉积场所水动力条件和物源，进而可以进行环境变化的讨论。沉积物在搬运过程中因为水动力条

12、件和环境的变化，粒度特征也发生有规律的变化，因此通过对粒度空间变化特征的研究可以推断沉积物的输运方向，从而可以揭示沉积环境和水动力条件。国内外已有众多学者根据沉积物的粒度特征来揭示沉积环境和沉积动力过程，Halls J Rr曾利用粒度参数之间的关系进行沉积环境的判断；Wang X Y等统计分析了江苏潮滩沉积物类型及粒度参数之间的相关关系；杨世伦等对长江口沉积物的粒度参数进行了统计规律研究，并据此解释了其沉积动力学特征。1981年，McLaren BE 首次对平均粒径、分选系数以及偏态3个粒度参数和沉积物的输运进行了相关研究，并于1985年在修订原先结论的基础上，和Bowles DEs 提出了在

13、沉积物净搬运方向上有两种可能的粒径趋势。20世纪90年代，Gao S等在前人一维沉积物粒径趋势模型的基础上提出了二维沉积物粒径趋势分析模型(GSTA模型)，通过定量提取沉积物的粒度参数，将其转化为沉积物搬运趋势的信息，目前这个模型已经在很多海域得到了应用和验证：法国南部亚特兰大(Atlantic)海岸、英国哥伦比亚(British Columbia)湾 、胶州湾及邻近海域 、北黄海 、海南岛博鳌港 、勃海海峡与潮汐汊道系统等海域都应用了GSTA模型进行过实证和应用研究。王颖，顾锡和1964年，高明善1981年，李先从等1981年，刘福寿1993年对渤海西岸陆上贝壳堤、滦河三角洲及其沙坝泻湖的形

14、成演化方面做了较为深入的研究；McLaren和BowLes 1985年，Gao和ColLins 1992年已将基于沉积物粒度参数统计分析的沉积动力学模型应用于沉积物搬运趋势的研究，为沉积物运动研究提供了手段。研究选取曹妃甸沙坝泻湖海岸，试图研究不同的地貌单元和整个区域的沉积物搬运趋势的特征屡对比，并分析沉积物搬运模型输出的结果同本区不同时期海图所体现的侵蚀与堆积规律之间的关系。粒径趋势分析从结果来看Gao-Collins模型在小型海湾环境中，有一定的适用性。但是粒径趋势分析是建立在沿净输运方向，沉积物的3个粒度参数变化有两种情况出现的概率较高的统计规律之上，因此分析结果仅表明沉积物的净搬运方向

15、，只是一个概念模式，并不具有净输沙率的含义。同时粒径趋势分析的理论基础是统一的搬运环境，在应用在面积既小，沉积物来源又比较复杂的地区时，要特别注意取样间隔要尽量小，在确定特征距离时不要太大，以免跨越了不同的沉积环境，造成分析结果的失真。在实测输沙率方面，Davis（1994）采用飘袋式捕沙器在美国Florida州和Georgia州沿岸实测输沙，揭示出碎波带具有以下输沙特点：碎波带内的输沙率要比碎波带以外高23数量级；在碎波带垂直岸线断面上，输沙率呈双峰分布（abimodal distribution）；沿岸输沙主要贴近海底床面，且输沙量随水柱向上呈对数级下降；在波浪冲涌带的输沙量也相当可观；贴

16、近海底床面输移的沙粒比水柱中输移者粗。1.2 主要研究内容为了全面了解该区淤积状况和机制，本文从海滩沉积物分布入手，建立沉积物搬运趋势模型，并结合沙粒捕沙器现场试验，岸滩断面重复观测综合分析，揭示湄洲岛对台客运码头淤积机制。其主要内容：(1) 沉积物调查 Mastersizer2000型激光粒度仪进行粒度分析;粒度参数计算参考福克和沃德提出的计算公式;沉积物类型命名采用谢帕德三角图;研究区域主要的沉积物类型;研究区表层沉积物有自南向北运移的趋势;水动力条件对沉积物分选性的影响;(2) 岸滩固定剖面观测(3) 沉积物搬运趋势分析：利用GSTA模型编写计算机程序;(4) 沿岸输沙率现场测定：利用飘

17、带式捕沙器实测输沙率的模型和方法，并计算出输沙率;(5) 波浪、 潮流、风沙对码头淤积的影响。2 研究区域概况湄洲湾位于福建省中部沿海，潮汐属正规半日潮，是我国东南沿海的天然港口。湄洲湾属隐蔽性和稳定较好的港湾，没有较大的河流流入，水面宽广，水深大多在10m以上，滩涂质类齐全，是发展水产养殖的良好场所。湄洲岛就位于台湾海峡西岸中部的湄洲湾口，隶属福建省莆田市湄洲镇辖区，西北距莆田市场笏石岛2km，东距乌丘屿。全岛陆域面积14.35平方公里，人口3.8万，年均气温21，海岸线长30.4公里。1998年被辟为福建省对外开放旅游经济区，1992年成国家旅游度假区。   

18、   湄洲岛地理位置优越，海陆交通便捷，离大陆仅1.8海里，东距台湾台中港72海里，南达厦门港100海里，北抵福州马尾港70海里，自古以来就是闽台交往的桥梁，已拥有轮渡码头、3000吨对台客运码头一类口岸等便捷的对外交通设施，以及通达全岛各地的公路网，并正在规划建设跨海大桥。        大自然赐予了湄洲岛得天独厚的滨海资源，岛上分布着13处金色沙滩和5公里长的海蚀地貌。 随着改革开放的深入，湄洲岛成为对台交流重要基地和海峡西岸灿烂的海上明珠。 研究区域位于湄洲湾湾口、湄洲岛西南端狗

19、头尾附近，其西部有黄干岛、大竹岛，南部为台湾海峡，研究区位置如图1所示。根据2001年8 11月的波浪观测数据，调查区附近8 11月份波浪以SSW向波浪为主，有效波高为0.19m。另据文献统计资料，湄洲湾全年以NE向和SSW向风浪为主，并有S向至SE向的外海涌浪侵入。全年强浪向为S向，次强浪向为ESE向。湄洲岛潮汐类型为正规半日潮，平均潮差为4.27m。根据2001年7月22日6点 23日8点在研究区进行的海流观测结果，该区涨潮流方向为N向，涨潮实测垂线平均流速为0.37ms，落潮流方向为S向，落潮流垂线平均流速为0.52ms。全潮单宽净输沙量为15.85td，净输沙方向为S向。图1 研究区域

20、位置3 研究材料与研究方法3.1 研究材料(1)为了解湄洲湾狗头尾附近海区的沉积物分布与粒度参数特征，2001年7月1314日在湄洲岛3000吨级对台客运码头附近海区的潮间带和浅海区采集了48个表层沉积物样品;然后洗净，烘干，进行粒度分析。(2)利用飘带式捕沙器在水文断面实测沙量数据。(3)通过指导老师以及网络获得大量相关研究文献。3.2 研究方法3.2.1 激光粒度仪与粒度分析(1) 激光粒度仪的介绍济南微纳仪器有限公司生产的JL9200型激光粒度分析仪、Winner2000型激光粒度分析仪Winner3001型干粉激光粒度分析仪；英国马尔文仪器有限公司生产的MASTERSIZER2000型

21、激光粒度仪；日本岛津仪器有限公司生产的SALD-2001型激光粒度仪。 目前市场上激光粒度仪的品牌较多，国内实验室应用较为广泛的是英国Malvern公司生产的Mastersizer2000型激光粒度仪。从理论上来看，所有激光粒度仪都是以激光衍射原理为基础制造，即当光束照射到颗粒样品后发生散射，而颗粒的大小与散射角具有一定的关系，将检测器上得到的散射角信息进行分析处理，从而得到颗粒大小的分布信息。然而即使各种仪器具有相同的原理，由于制造工艺以及仪器参数等方面的差别，不同仪器对于同一样品的测量结果仍会有一定的差异。国外学者对于不同类型仪器测量结果之间的差异已有部分研究，但此类研究在国内还未见报道。

22、粒度测量有多种方法，如直接测量法，筛分法，沉降法，显微镜法，电场感应法等，而近年来随着仪器制造技术的发展，利用激光衍射原理制造的激光粒度分析仪得到了广泛的应用，相比于传统的粒度测量方法，激光粒度仪的使用大大提高了粒度测量的工效；但是激光粒度仪仍然有其固有的缺点，如对于超过其测量范围之外的粒子的信息无法检测到，从而与传统的测量方法相比会产生低估样品中粘土百分含量的结果。然而从实际应用来看，激光粒度仪已经成为研究者进行粒度测量的首要选择，因此不同类型激光粒度仪测量结果之间对比研究的重要性已经超过其传统方法测量结果之间的对比研究。激光粒度仪都具有相同的测量原理，但是不同仪器参数和制造工艺的不同决定了

23、其性能的差异，如仪器的测量范围，检测器数目，结果计算模型等，因而在对同一样品的测量过程中会得出不同的结果，而从整个试验过程来看，也有一些人为原因会影响到测量结果。(2) 沉积物粒度分析方法 技术要求1). 粒级标准采用尤登温德华氏等比制值粒级标准(见表3)；2). 筛析法粒级间隔为1/2，必要时可加密；沉析粒级间隔为1；3). 沉积物粗端要筛分到初始粒级质量百分数小于1%(大砾石除外)；4). 采用福克和沃德粒度参数公式计算粒度参数；5). 计算粒度参数的各粒级百分数，在概率累积曲线上读取；6). 沉积物粒度分类与命名采用谢帕德的沉积物粒度三角图分类(见图2)。分析方法沉积物粒度分析，通常联合

24、使用筛析法和沉析法(吸管法)，即综合法，筛析法适用于粒径大于0.063mm的沉积物，沉析法适用于粒径小于0.063mm的物质。当粒径大于0.063mm的物质大于85%或粒径小于0.063mm的物质占99%以上时，可单独采用筛析法或沉析法。用自动化粒度分析仪(如库尔特仪)分析粒度，必需与沉析法对比合格后方能使用。1)筛析法a.原样搅拌均匀，按四分法取样，取样质量按表1估算：b分析样烘干后移入烘箱，于105恒温3h，再置于干燥器1520min，然后在感量0.00lg的天平上称量；c将样品移入玻璃杯后加蒸馏水，加20cm3的0.5mol/dm3的六偏磷酸钠(【NaP03】6)。浸泡12h使样品充分分

25、散；表1 粒度分析取样量估算表最大粒直径，mm取样最小量，kg最大颗粒直径，mm取样最小值，kg251060.519550.25132.530.1910.070.01d将分析样倒入孔径为0.063mm的小筛中，用蒸馏水反复冲洗，使小于0.063mm的物质充分冲洗入量筒中，把大于0.063mm的物质烘干称量后做筛析分析；e用孔径间隔为/2的筛子由粗到细振筛15min，将各粒级样品烘干后在感量0.0001g的天平上称量，求出各粒级的质量百分数。2). 沉析法 a将筛析法(d项)中入量筒中小于0.063mm的物质稀释至1000cm3，在吸液前读取悬液温度；b用搅拌器匀速搅拌1min(60r/min)

26、，在最后1s内轻轻提出搅拌器，沉降时间由此起算；c吸液前15s，将吸管轻轻置于悬液的特定深度，吸液时应在20s内匀速准确地吸取25cm3悬液；d将吸取的悬液置于小烧杯烘干后称量，求出各级粒级质量百分数。 粒度分析误差检验沉积物粒度分析误差检验指标见下表。检查结果有个别样品不符合表中指标时，应重做。每批分析样中，有三分之二的分析样与内检相比，结果偏高或偏低，应整批重做。表2 粒度分析允许误差范围分析方法 内检数，%校正系数同粒级频率之差平均值，Mz分选系数i综合法20300.951.05±5%0.40.3筛析法10200.991.01±5%0.150.1沉析法20300.95

27、1.05±5%0.40.3 沉积物分析采用标准1) 粒级标准本标准采用尤登温德华氏等比制值粒级标准。表3 等比制(值标准)粒级分类表粒组类型粒级名称粒径范围=-log2d代号简分法细分法mmmd岩块(R)岩块(漂砾)岩块>256 256-8R砾石(G)砾石粗砾256128 128-7CG12864 64-6中砾6432 32-5MG3216 16-4168 8-3细砾84 4-2FG42 2-l砂(S)粗砂极粗砂212000100010VCS粗砂10.510005001/21CS中砂中砂0.50.2

28、55002501/42MS细砂细砂0.250.1252501251/83FS极细砂0.1250.063125631/164VFS粉砂(T)粗粉砂粗粉砂0.0630.03263321/325CT中粉砂0.0320.01632161/646MT细粉砂细粉砂0.0160.0081681/1287FT极细粉砂0.0080.004841/2568VFT粘土(泥)(Y)粘土粗粘土0.0040.002421/5129CY0.0020.0012l1/102410细粘土<0.001<11/2048>11FY2) 沉积物粒度分类及命名沉积物粒度分类与命名采用谢帕德三角图分类法,见（图2）。图2

29、沉积物类型命名采用谢帕德三角图3) 粒度参数计算可以从累积曲线图上读出与某些累积百分数相应的颗粒直径(毫米或值)，称之为分位数值，在经过简单的数学运算，即可得出粒度参数。目前大都采用Folk & Ward提出的粒度参数. 在众多的图解法公式中Folk&Ward 公式物理意义明确，精确度很高，应用最为广泛，也是国家海洋局海洋地质调查规范(国家海洋局，1975) 规定的计算公式。下式是其计算公式：平均粒径 标准偏差偏度峰度上列各式中即相应于X%处的粒径(值)，称之为百分位数， Mz平均粒径，mm；i标准偏差，又称分选系数;SKi偏态，KG峰度; 16、50概率累积曲线上第十六、第五

30、十百分数所对应的值粒径，mm。 粒度参数研究意义平均值可以反映沉积物的平均粒度，可作为命名的基础。也代表粒度分布的集中趋势，即碎屑物质的粒度一般是趋向于围绕着一个平均的数值分布，在实际意义上，它反映了搬运介质的平均动能。在剖面或者区域上系统研究沉积物粒度，有助于划分沉积环境区、追溯物质来源。以Folk & Ward的标准偏差来说明分选性能概括粒度分布的大部分，包括粗尾和细尾部分，其有着对应的负的线性相关。因为从概率密度来看，两个百分位数和以及和在正态分布曲线上概括了更大的范围。Folk等(1957)及Friedman(1962)对于大量的不同环境产出的样品进行分析之后，提出了表4中所列

31、的分选性等级以及相应的标准偏差数值。表4 分选性等级以及相应的标准偏差值标准偏差分选性等级标 准 偏 差( 单 位)按Folk & Ward (1957)按Friedman (1962)分选极好0.350.35分选好0.350.500.350.50分选较好0.500.710.500.80分选中等0.711.000.801.40分选差1.002.001.402.00分选很差2.004.002.002.60分选极差4.002.60 峰态、偏度、标准偏差、平均粒径四个参数之间有密切的联系，如表5显示。由此表可以看出，凡是强烈偏斜的曲线，峰态也窄.最窄的曲线是中央峰的百分比非常高，分选很好，但

32、其两侧有较宽的粗的和细的尾部。表5 两种组份混合物的、及的变化及相互关系两种组份混合情况纯的粗粒组分粗细 很好，对称单峰曲线，峰态中等两种组份混合粗组份居多中等正值，不对称的双峰曲线正偏，窄峰粗细两组份相等差，对称的双峰马鞍形曲线，宽峰细组份居多中等负值， 不对称的双峰曲线，负偏，窄峰纯的细粒组份很好， 对称单峰曲线，峰态中等3.2.2 沉积物的成分与来源大多数海滩沉积物由陆源矿物碎屑石英，长石组成，这些矿物的物理性质较其他矿物稳定，因此它们可能经历了多个沉积侵蚀旋回。另外，海滩沉积物中还有少量重矿物，如角闪石，绿帘石，石榴石，磁铁矿等。以矿物碎屑为主的海滩沉积物也往往含有一些生物碎屑，如软体

33、生物介壳，有孔虫等。组成海滩的物质多来自邻近陆地，主要是河流从流域内搬运来的风化产物。海岸侵蚀是海滩物质的最直接来源，许多袋状海滩往往由基岩岬角的侵蚀产物所组成。另一物源是内陆架沉积物的向岸搬运，这在研究全新世海侵时有特别的重要意义。波浪作用的有效水深是物质向岸搬运的控制因素，除特大风暴外。虽然最初的物源来自河流，冰川或向岸搬运，但海滩物质的最终供给者还是沿岸流的纵向搬运。这种纵向（沿岸）搬运的距离可达数百千米。而研究区域的沉积物来源主要是来自陆源矿物碎屑，及沿岸流的纵向搬运带来的泥沙物质。3.2.3 计算全潮单宽输沙量（1）波能流法计算输沙率波能流法把沿岸输沙IL与波能流的沿岸分量PL联系起

34、来。波能流的沿岸分量为：PL=(Ecn)bcosabsinab (1)利用深水波n=，E=pg/8则有PL=*Cbsin2ab (2)Cb为破碎点处波速，ab为破碎点处波向角。Komar和Inman根据大量现场资料提出了IL = 0.77PL (3)而浮重输沙率IL和体积输沙率QL的关系为：IL = (ps- p)g(1- )QL (4)取空隙率=0.4，泥沙密度Ps=2650kgm3，海水密度P=1030kgm3，结合(2)、(3)、(4)式可得QL= 0.05059*Cbsin2ab (5)式中QL以m3s计，波高Hb按均方根波高Hrms计算。此式即为CERC公式，已收入美国海岸防护手册。

35、（2） 详解过程根据2001年7月22日6点 23日8点在研究区进行的海流观测结果，我们可得：有效波高H1/3=0.19m , ab=45o , 涨潮时流速Cb1=0.37m/s , 落潮时流速Cb2=0.52m/s 。根据公式： H1/3=K1/3 , Hrms=1.13 ,且在深水时K1/3=1.60 。由此计算出Hrms=(0.19*1.13)/1.60=0.134m涨潮时浮重输沙率为：IL=0.77*Cb1sin2b落潮时浮重输沙率为：IL=0.77*Cb2sin2b所以单宽净浮重输沙率为：IL=0.77*（Cb2-Cb1）sin2b单宽净输沙率为：QL=IL/(ps一p)g(1一)由

36、上式条件可得：QL=6.868*10-5m3s单宽净输沙量为6.647*10-5*24*3600*2.65*103kg/d=15.73t/d这与前文提到的单宽净输沙量为15.85 t/d较为接近,说明了CERC公式的准确性。涨潮和落潮时泥沙搬运侵蚀见（图3）。图3a 涨潮时泥沙搬运示意图图3b 落潮时泥沙搬运示意图3.2.4 GSTA模型分析根据GSTA模型，基于经验的证据，其中2种类型的粒径趋势在沉积物的净搬运方向上有较高的出现概率，即(1)沉积物在运移方向上分选变好，粒径变细且更加负偏；(2)沉积物在运移方向上分选变好，粒径变粗且更加正偏。利用本次沉积物调查数据，将每个采样点的粒度参数与其

37、周围直接邻近的各采样点进行一一比较，找出每个点所有的粒度趋势矢量，然后进行矢量合成。每个采样点进行矢量判别和合成运算后，求出采样区二维沉积物净输运矢量分布图。各个采样点的沉积物搬运矢量的计算公式如下：R(x , y) = (1)式中：R(x ,y)为采样点(x，y)处沉积物搬运趋势合矢量r(x ,y)为采样点(x，y)处的每个单位量；n为单位矢量的个数。在得出每个采样点的输运趋势矢量后，可以对其进行平滑处理，消除“噪声”影响，方法如下：Raw(x , y) = R(x ,y)+b (2)式中：Raw(x ,y)为采样点(x ,y)经平均处理后得到的消除“噪声”影响后的余矢量，称为搬运矢量；R(

38、x ,y)为采样点(x ,y)采用式(1)得到的合矢量；Rb为与采样点(x ,y)直接相邻的各采样点的合矢量；k为与采样点(x ,y)直接相邻的采样点的个数。4 表层沉积物分析4.1 沉积物采样点分布为了解湄洲湾狗头尾附近海区的沉积物分布与粒度参数特征，2001年7月1314日在湄洲岛3000吨级对台客运码头附近海区的潮间带和浅海区采集了48个表层沉积物样品，采样站位如（图4）所示。采用Mastersizer2000型激光粒度仪进行粒度分析，粒度参数计算参考福克和沃德(1957)提出的计算公式，沉积物类型命名采用谢帕德三角图。 图4 表层沉积物采样点4.2 沉积物分布类型根据沉积物粒度分析结果

39、，湄洲岛对台客运码头附近海区共存在3种沉积物类型：砂、粉砂质砂、粘土质粉砂（图5）。砂是调查区分布最广的沉积物类型，约占研究区域面积的80%，它主要分布在对台运码头区的南部，属于湄洲湾湾口区；粉砂质砂主要分布在对台客运码头区的西部，约占研究区域面积的12%；粘土质粉砂主要分布在对台客运码头区的北部，分布面积较小。图5 沉积物类型分布4.3 沉积物粒度参数分析研究区沉积物平均粒径()自南向北由06过渡，自西向东由46过渡，沉积物颗粒由粗变细，至码头东北面为最细，沉积物平均粒径等值线(图6)在研究区南部大致呈与岸线平行的方向，梯度变化缓慢，说明该区水动力条件较强，沿岸流搬运能力较好，对沿岸沉积物起

40、了较好了分选作用，沉积物粒径应是由岸到海逐渐变小；在码头西侧，等值线大致呈NS方向，梯度变化较大，码头北部等值线梯度变化最大，说明该区水动力条件较差，沿岸流的分选作用较弱，沉积物类型单一，粒径没有大的变化。从沉积物平均粒径的变化来看，研究区表层沉积物有自南向北运移的趋势。沉积物的分选系数反映沉积物与沉积环境的关系，其中水动力条件和物质来源性质尤为明显。从沉积物分选系数等值线图(图7)上以及分选程度等级表可以看出，码头西部和北部地区沉积物分选系数较大，沉积物分选差很差，表明沉积物是处于低能水动力条件下沉积形成的，而码头区及其南部地区沉积物分选系数由西到东逐渐减小，沉积物分选中等较好，表明沉积物是

41、在高能水动力条件下形成的。由上可以推知：水动力越强的地区沉积物分选系数就小，沉积物分选就越好。图6 平均粒径等值线图7 分选系数等值线由上述分析可知，码头的淤积原因主要是码头的建设破坏了该区域的水动力条件，使得沿岸流泥沙搬运大量堆积在码头。最终导致码头不能正常使用。4.4 沉积物搬运方向分析根据GSTA模型，仔细分析各变量关系， 编写计算机程序，部分代码编写（见图8），运行界面（见图9）。原代码见附录1。图8 编程部分代码图9 运行界面计算出每个采样点处的搬运矢量（表6），然后绘制出研究区沉积物净搬运矢量分布（图10）。从图10可以看出研究区南部边缘沉积物向北搬运，研究区南部沉积物有沿岸向西北

42、方向搬运的趋势，而在对台码头区北部沉积物搬运方向为自北向南，分析整个研究区沉积物整体搬运特点，码头区周边沉积物有自南、自北向码头“集中”的趋势。这与通过粒度参数特征的分析结果吻合。 图10 狗头尾海域泥沙净搬运矢量表6 各采样点处的搬运矢量采样点编号矢量大小矢量方向/o采样点编号矢量大小矢量方向/o10.14175.8250.17219.720.50183.9260.37296.531.18177.1270.49247.740.82180.1280.51259.350.61185.9290.52305.060.74179.2300.811.770.67182.2310.759.980.9718

43、1.5320.63316.990.95183.7330.50251.6100.76184.7340.43256.1110.79182.5351.168.2120.61194.6360.05206.9130.51197.4370.52320.7140.40202.5380.50254.8150.61195.2390.48251.0160.54207.7401.09359.7170.35299.0410.17334.9180.47212.1420.48296.1190.43201.9431.09259.3200.43259.1440.783.6210.51257.1450.702.0220.452

44、78.4461.04359.7230.37286.3470.789.5240.32279.1480.7410.05 岸滩固定剖面观测湄洲岛3000t级对台客运码头修建于1996年，码头示意如图11。码头建成后处于不断淤积的状态，淤积速度很快。1996年8月 1998年12月对码头引桥23根桥墩墩基和码头前沿14根桥墩墩基的高程进行逐月测量测量结果表明：1997年7月22日 1998年7月15日的一年中码头前沿淤积严重，除了1 4号桥墩处略有0.10.2m的侵蚀外，自5号向14号桥墩淤积程度依次加剧，至第14号桥墩处淤积厚度竞达6m。并根据图12码头前沿水深变化图可知：在码头前沿泥沙搬运方向是由

45、北向南，这就造成了在14号桥墩淤积最为严重，由于该处水动力较差，13到5号淤积深度逐渐减小，而1到4号则没有发生淤积现象；从图13引桥的水深变化中就可以看出：码头引桥除了第3 7号和第21 23号桥墩有轻微侵蚀外，其余桥墩则处于淤积状态，其中第1号桥墩处淤积厚度达2.8m。图11 码头布置图12 码头前沿水深变化图13 码头引桥水深变化产生码头淤积的原因主要有以下几点：1)研究区域属于湄洲湾湾口，该区水动力较强，如潮流，波能流，且流动方向是沿岸线由南向北，这些都会引起泥沙向码头输送；2)狗头尾岬常年受波浪侵蚀，带动海底砂质沉积物大致沿岸线向码头方向输送；由于码头的阻挡，悬浮沉积物大量沉降，并堆

46、积在码头附近 ，使得该处水动力减弱，致使码头产生大量淤积；由此可以看出在研究区域东北部，泥沙由北向南搬运。3)S到SE向的风可以将岸边沙不断地吹向码头，现场踏勘发现，码头货场边缘堆积的风沙有4m多高。6 沿岸输沙率现场测定为得到湄洲岛对台客运码头附近的实测输沙率资料，采用飘袋式捕沙器现场测定沿岸砂质沉积物的迁移率。测量前需对所用捕沙器定位，即在测量断面上先安放一些定位的标杆或标志，测量者携带捕沙器至指定地点，把捕沙器飘袋口对准沿岸流的方向；同时，为确保水流通畅，各个飘袋应随流顺直，最下面的飘袋金属框要平躺于海底床面。捕沙(采样)时间根据输沙量的大小，控制在不让飘袋填满沙为限。捕沙测量后，将捕沙

47、器带到沙滩上，解开飘袋，将其中捕捉的沙粒冲洗，分别收集，每个飘袋捕捉到的样品带回实验室烘干、称重和做粒度分析。6.1飘袋式捕沙器的介绍捕沙器的结构飘袋式捕沙器由若干个“网兜”组成。它们用具一定网目(筛眼)的单纤维织品缝制而成，并垂直地安置在不锈钢的框架上(图14)。为确保在测量时保持开口状态和便于拆卸，每个网兜(飘袋)的入口均拴在固定面积的金属框上。测量时输入飘袋中的沉积物颗粒，粒径大于筛眼者被捕捉。采集捕捉的沙粒用作室内分析。飘袋式捕沙器的布设见（图15）。图 14 飘袋式捕沙器的结构示意图图15 飘袋式捕沙器测定沿岸输沙率时的布设例举6.2 输沙计算(1) 飘袋口输沙通量计算如（图16）所

48、示，设每个捕沙器的飘袋总数为n， i 为捕沙器中从下往上的飘袋编号，在海底床面上的飘袋 i=1，最上面的飘袋 i =n，W(i)为飘袋i在测量时间段内捕捉的沙粒干重(kg)，w为飘袋口的宽度(m)，h为飘袋口的高度(m)，t为测量(捕沙)的时间段(min)，则飘袋 i的输沙通量为：F(i) = (kg·m-2·min-1) (1) 图（16）飘袋式捕沙器输沙测量时通量计算说明图(2) 相邻飘袋之间输沙通量计算令Fa(i)为飘袋i和飘袋i+1之间的输沙通量见（图16），由线性内插法可计算：Fa(i) = 0.5 * ( F(i) + F(i+1) ) (kg·m-2

49、·min-1) (2)(3) 捕沙器单宽输沙率T(j) = (kg·m-1·min-1) (3)式中：T(j)为从海岸线算起向海方向第j个捕沙器(图2)；a(i)为该捕沙器中飘袋i和飘袋i+1之间的距离(图3)。(4) 测量断面的平均单宽输沙率 = (kg·m-1·min-1) (4)式中：N为在测量断面布设的捕沙器总数目。(5) 测量断面的沿岸输沙率QL = L* (kg·min-1) (5)式中：L为测量断面的水平长度(m)。由于1kg的干石英沙约占体积6.3x10-4 m3。，若式(5)的单位转换成m3·a-1。，则Q

50、L = 332 * L* (m3·a-1) (6)6.3 应用试验研究(1) 风浪绕射区散射波输沙测验目前常用的计算沿岸输沙率的数值模式大多基于波能流守恒法则，将近岸破波波能流的沿岸分量与沿岸输沙率联系起来而推导的经验公式，它们只适用于计算开敞海岸由直接斜向入射的波浪所产生的总的沿岸输沙量，对于绕射区内的散射波一般视为离岸浪不予计入。但有些海岸工程环境，绕射区的输沙情况不可忽视。2001年8月18日下午6时，我们在福建湄洲岛客运码头前沿沙滩实测到了NNE向风浪的绕射区内散射波的输沙状态。当时，码头北侧海面为5级海况。如（图17）所示，测量岸段位于狗头尾连岛沙坝的西侧，其滨线大体呈北向

51、，在M8中和M8低的位置分别布设捕沙器测量。捕沙测量和粒度分析结果见表1。由表1数据，按式(13)算得T(1)位置(M8中)和T(2)(M8低)的单宽输沙率分别为0.05024kg·m-1·Min-1和0.1755kg·m-1·min-1(均为向南输沙)。据观测，该断面的碎波带宽度为20m。按式(46)算得测量断面的沿岸输沙率QL=2.258 kg·m-1·min-1=750m3 a-1。计算T(1)位置(M8中)的单宽输沙率：由表7和上述内容可得:h=0.08m,t=20min,w=0.2m,W(1)=0.1177kg,W(2)=0.003669kgF(1) = =0.1177/0.08*0.2*20=0.3678(kg·m-2·min-1) S(1)F(2) = =0.003669/0.08*0.2*20=0.0115(kg·m-2·min-1) S(2)Fa(1) = 0.5 * ( F(1) + F(2) )=(0.3