Swash

Swash

Swash , или промывка в географии , - это бурный слой воды, который смывается с пляжа после того, как набегающая волна разбилась. Поворотный механизм может перемещать пляжные материалы вверх и вниз по пляжу, что приводит к обмену наносов между берегами. ^[1] Шкала времени перекоса варьируется от секунд до минут в зависимости от типа пляжа (типы пляжей см. На Рисунке 1). На более пологих пляжах обычно бывает более сильная волна. ^[2]Перекос играет первостепенную роль в формировании морфологических признаков и их изменении в зоне перекоса. Перекос также играет важную роль как один из мгновенных процессов в более широкой морфодинамике побережья.

Рис. 1. Классификация пляжей Райта и Шорта (1983), показывающая диссипативные, промежуточные и отражающие пляжи.

Есть два подхода, которые описывают движения перекоса: (1) перекат, возникающий в результате обрушения высокочастотных отверстий ( f > 0,05 Гц) на поверхности берега; и (2) перекат, характеризующийся стоячими низкочастотными ( f <0,05 Гц) движениями. Какой тип перекоса преобладает, зависит от волновых условий и морфологии пляжа, и это можно предсказать, вычислив параметр сходства прибоя εb (Guza & Inman 1975):

${\ displaystyle \ epsilon b = {\ frac {4 \ pi ^ {2} Hb} {2gT ^ {2} \ tan ^ {2} \ beta}},}$

Где Hb - высота разлома, g - сила тяжести, T - период падающей волны, а tan β - градиент пляжа. Значения εb> 20 указывают на диссипативные условия, при которых перекос характеризуется стоячим длинноволновым движением. Значения εb <2,5 указывают на условия отражения, в которых преобладают волнистые отверстия. ^[3]

Верхняя и обратная промывка [ править ]

Swash состоит из двух фаз: восходящего потока (прибрежный поток) и обратной промывки (морской поток). Как правило, восходящий поток имеет более высокую скорость и более короткую продолжительность, чем обратный поток. Береговые скорости максимальны в начале подъема, а затем уменьшаются, тогда как прибрежные скорости возрастают к концу обратной промывки. Направление восходящего потока меняется в зависимости от преобладающего ветра, тогда как обратный поток всегда перпендикулярен береговой линии. Это асимметричное движение перекоса может вызвать дрейф вдоль берега, а также перенос наносов через берег . ^{[4] [5]}

Морфология перекоса [ править ]

Рис. 2. Зона перекоса и морфология берега с указанием терминологии и основных процессов (модифицировано из Masselink & Hughes 2003)

Зона перекоса - это верхняя часть пляжа между задним берегом и зоной прибоя , где во время штормов происходит интенсивная эрозия (рис. 2). Зона перекоса попеременно влажная и сухая. Инфильтрация (гидрология) (выше уровня грунтовых вод ) и эксфильтрация (ниже уровня грунтовых вод ) происходит между встречным потоком и уровнем грунтовых вод на пляже. Лицо пляжа, берма, ступенька и выступы пляжа - типичные морфологические особенности, связанные с наклонным движением. Инфильтрация (гидрология) и перенос наносов за счет наклонного движения являются важными факторами, определяющими уклон берега. ^[4]

Beachface [ править ]

Поверхность пляжа - это плоский, относительно крутой участок профиля пляжа, подверженный процессам сваливания (рис. 2). Пляж простирается от бермы до уровня отлива . Поверхность пляжа находится в динамическом равновесии с наклонным действием, когда количество переносимых отложений за счет подъема и обратной промывки одинаково. Если поверхность пляжа более плоская, чем градиент равновесия, подъемным потоком переносится больше наносов, что приводит к чистому переносу наносов на берег.. Если береговая поверхность круче, чем градиент равновесия, перенос наносов определяется обратной промывкой, и это приводит к чистому переносу наносов в море. Равновесный градиент береговой линии определяется сложной взаимосвязью таких факторов, как размер отложений, проницаемость и скорость падения в зоне перекоса, а также высота волны и период волны. Поверхность берега нельзя рассматривать изолированно от зоны прибоя, чтобы понять морфологические изменения и равновесия, поскольку на них сильно влияют процессы зоны прибоя и волн обмеления, а также процессы зоны наклона. ^{[4] [5]}

Берм [ править ]

Берма - это относительно плоская часть зоны перекоса, где накопление наносов происходит в самом дальнем от берега перекосе (рис. 2). Берма защищает задний берег и прибрежные дюны от волн, но эрозия может происходить в условиях высоких энергий, таких как штормы. Бермы легче определить на галечных пляжах, и на разных высотах может быть несколько берм. Напротив, на песчаных пляжах градиент заднего берега, бермы и берега может быть одинаковым. Высота бермы определяется максимальной высотой переноса наносов во время подъема. ^[4] Высота бермы может быть спрогнозирована с помощью уравнения Такеда и Сунамура (1982).

${\ displaystyle Zberm = 0,125Hb ^ {5/8} (gT ^ {2}) ^ {3/8},}$

где Hb - высота прерывателя, g - сила тяжести, а T - период волны.

Шаг на пляже [ править ]

Ступенька к пляжу представляет собой подводный уступ у основания берега (рис. 2). Ступеньки на пляже обычно состоят из грубейшего материала, а высота может варьироваться от нескольких сантиметров до более метра. Ступеньки на пляже образуются там, где обратная промывка взаимодействует с набегающей падающей волной и генерирует вихрь. Хьюз и Коуэлл (1987) предложили уравнение для предсказания высоты ступеньки Zstep

${\ displaystyle Zstep = {\ sqrt {HbTws}},}$

где ws - скорость падения наносов. Высота ступеньки увеличивается с увеличением высоты волны (прерывателя) (Hb), периода волны (T) и размера осадка. ^[4]

Пляжные выступы [ править ]

Ограда пляжа представляет собой скопление песка или гравия в форме полумесяца, окружающее полукруглое углубление на пляже. Они образуются в результате перекоса и чаще встречаются на галечных пляжах, чем на песке. Расстояние между выступами зависит от горизонтальной протяженности перекоса и может составлять от 10 см до 50 м. Более грубые отложения обнаруживаются на крутых склонах, обращенных к морю, «рогах бугров» (рис. 3). В настоящее время существуют две теории, обеспечивающие адекватное объяснение образования ритмических бугров пляжа: стоячие краевые волны и самоорганизация . ^[4]

Модель стоячей волны [ править ]

Теория стоячей кромочной волны, введенная Гуза и Инманом (1975), предполагает, что перекос накладывается на движение стоячих кромочных волн, которые распространяются вдоль берега. Это приводит к изменению высоты перекоса вдоль берега и, как следствие, к регулярным структурам эрозии . Заливы бугров образуются в точках эрозии, а выступы выступов возникают в узлах краевых волн. Расстояние между выступами пляжа можно предсказать, используя модель субгармонической краевой волны.

${\ displaystyle \ lambda = {\ frac {g} {\ pi}} T ^ {2} tan \ beta,}$

где T - период падающей волны, а tanβ - градиент пляжа.

Эта модель объясняет только начальное формирование бугров, но не продолжающийся рост бугорков. Амплитуда краевой волны уменьшается по мере роста выступов, следовательно, это самоограничивающийся процесс. ^[4]

Модель самоорганизации [ править ]

Теория самоорганизации была введена Вернером и Финком (1993) и предполагает, что бугорки пляжа образуются из-за комбинации положительной обратной связи, которая управляется морфологией пляжа и качающегося движения, поощряющего топографическую неравномерность и отрицательную обратную связь, которая препятствует срастанию или эрозии на поверхности. хорошо развитые пляжные выступы. Сравнительно недавно стали доступны вычислительные ресурсы и формулы переноса наносов, чтобы показать, что стабильные и ритмичные морфологические особенности могут быть получены с помощью таких систем обратной связи. ^[4] Расстояние между выступами пляжа, основанное на модели самоорганизации, пропорционально горизонтальной протяженности перекоса S с использованием уравнения

${\ displaystyle \ lambda = fS,}$

где коэффициент пропорциональности f равен c . 1.5.

Транспорт осадка [ править ]

Перекрестный перенос наносов [ править ]

Перекрестный обмен наносов между субаэральной и субводной зонами пляжа в основном обеспечивается за счет перекоса. ^[6] Скорость переноса в зоне перекоса намного выше, чем в зоне прибоя, а концентрации взвешенных отложений могут превышать 100 кг / м ³ вблизи дна. ^[4] Таким образом, перенос наносов на суше и на море с помощью перекоса играет значительную роль в нарастании и эрозии пляжа.

Существуют фундаментальные различия в переносе отложений между восходящей и обратной промывкой наклонного потока. Восходящий поток, в котором в основном преобладает турбулентность ствола скважины, особенно на крутых пляжах, обычно задерживает отложения для транспортировки. Скорости потока, концентрации взвешенных отложений и потоки взвешенных частиц максимальны в начале подъема, когда турбулентность максимальна. Затем турбулентность рассеивается к концу берегового потока, оседая взвешенный осадок на дне. В противоположность этому, в обратной промывке преобладают листовой поток и перенос наносов. Скорость потока увеличивается к концу обратной промывки, вызывая большую турбулентность, создаваемую слоем, что приводит к переносу наносов около слоя. Направление чистого переноса наносов (на сушу или на море) в значительной степени определяется градиентом берега.^[5]

Береговой дрейф [ править ]

Дрейф вдоль берега из-за перекоса происходит либо из-за морфологии выступа пляжа, либо из-за косых набегающих волн, вызывающих сильное наклонное движение вдоль берега. Под воздействием берегового дрейфа, когда нет фазы стоячей воды во время обратной промывки, отложения могут оставаться взвешенными, что приводит к их переносу с берега . Эрозия береговой линии, вызванная перекосом, не очень распространена, но эрозия может происходить там, где наклонная поверхность имеет значительный прибрежный компонент.

Управление [ править ]

Зона автомата перекоса очень динамична, доступна и восприимчива к человеческой деятельности. Эта зона может быть очень близка к развитым объектам. Говорят, что не менее 100 миллионов человек на Земле живут в пределах одного метра от среднего уровня моря . ^[7] Понимание процессов зоны перекоса и разумного управления жизненно важны для прибрежных сообществ, которые могут быть затронуты прибрежными опасностями , такими как эрозия и штормовые нагоны.. Важно отметить, что процессы зоны перекоса нельзя рассматривать изолированно, поскольку они тесно связаны с процессами зоны прибоя. Многие другие факторы, включая деятельность человека и изменение климата, также могут влиять на морфодинамику в зоне перекоса. Понимание более широкой морфодинамики необходимо для успешного управления прибрежными районами.

Строительство морских стен было обычным средством защиты застроенной собственности, такой как дороги и здания, от береговой эрозии и рецессии. Однако чаще всего защита собственности путем строительства дамбы не позволяет сохранить пляж. Построение непроницаемой конструкции, такой как морская дамба в зоне перекоса, может нарушить морфодинамическую систему в зоне перекоса. Строительство дамбы может поднять уровень грунтовых вод , увеличить отражение волн и усилить турбулентность у стены. В конечном итоге это приводит к эрозии прилегающего пляжа или разрушению конструкции. ^[8]Валунные валы (также известные как облицовка или каменная наброска) и четвероногие обладают меньшей отражающей способностью, чем непроницаемые морские стены, поскольку ожидается, что волны будут разбиваться о материалы, вызывая перекат и обратный поток, не вызывающий эрозии. Каменистые обломки иногда помещают перед морской стеной, чтобы уменьшить воздействие волн , а также для восстановления разрушенного пляжа. ^[9]

Понимание системы переноса наносов в зоне перекоса также жизненно важно для проектов по уходу за пляжами . Swash играет важную роль в транспортировке и распределении песка, добавляемого на пляж. В прошлом были неудачи из-за недостаточного понимания. ^[9] Понимание и прогнозирование движения наносов как в зоне крутых волн, так и в зоне прибоя, жизненно важно для успеха проекта питания.

Пример [ править ]

Управление прибрежным районом Блэк-Рок, на северо-восточном побережье залива Филлип, Австралия, является хорошим примером структурной реакции на эрозию пляжа, которая привела к морфологическим изменениям в зоне перекоса. В 1930-х годах была построена морская стена, чтобы защитить утес от рецессии у Блэк-Рока. Это привело к истощению пляжа перед морской стеной , который был поврежден повторяющимися штормами в зимнее время. В 1969 году площадь пляжа составила около 5000 м ^3.песка с суши, чтобы увеличить объем песка на пляже для защиты морской стены. Это увеличило объем песка примерно на 10%, однако осенью песок был унесен северным дрейфом, и морская стена снова подверглась воздействию зимних штормов. В проекте не учитывались сезонные закономерности берегового дрейфа и недооценивалось количество песка для питания, особенно в южной части пляжа. ^[9]

Исследование [ править ]

Говорят, что проведение морфологических исследований и полевых измерений в зоне перекоса является сложной задачей, поскольку это мелкая и аэрированная среда с быстрыми и неустойчивыми потоками перекоса. ^{[5] [10]} Несмотря на доступность зоны перекоса и возможность проводить измерения с высоким разрешением по сравнению с другими частями прибрежной зоны, нерегулярность данных была препятствием для анализа, а также для критических сравнений между теорией и наблюдение. ^[5]Для полевых измерений в зоне перекоса использовались различные уникальные методы. Например, для измерения наката волн Гуза и Торнтон (1981, 1982) использовали 80-метровый провод с двойным сопротивлением, протянутый поперек профиля пляжа и удерживаемый на высоте около 3 см над песком с помощью непроводящих опор. Холман и Салленджер (1985) провели предварительное расследование, сняв на видео перекос, чтобы оцифровать положение ватерлинии с течением времени. Во многих исследованиях были задействованы инженерные сооружения, в том числе дамбы , причалы и волнорезы , чтобы установить критерии проектирования, которые защищают сооружения от переполнения при экстремальных накатах. ^[2]С 1990-х годов гидродинамика перекоса более активно исследуется прибрежными исследователями, такими как Hughes MG, Masselink J. и Puleo JA, что способствует лучшему пониманию морфодинамики в зоне перекоса, включая турбулентность, скорости потока, взаимодействие с грунтовыми водами пляжа. столовый и отстойный транспорт . Тем не менее, пробелы в понимании все еще остаются в исследованиях перекоса, включая турбулентность, пластовой поток, перенос наносов и гидродинамику на ультра-диссипативных пляжах. ^[5]

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Примечания [ править ]

Другое [ править ]

• Гуза, Р. Т. и Инман, Д. 1975, "Краевые волны и выступы пляжа". Журнал геофизических исследований, 80, стр. 2997–3012.
• Хьюз, М.Г. и Коуэлл, П.Дж. 1987, «Приспособление отражающих пляжей к волнам». Журнал прибрежных исследований, 3, стр. 153–167.
• Такеда И. и Сунамура Т. 1982, "Формирование и высота берм". Транзакции, Японский геоморфологический союз, 3, стр. 145–157.
• Вернер Б.Т. и Финк Т.М. 1993. «Пляжные выступы как самоорганизующиеся модели». Science, 260, pp. 968–971.