二、泥沙的纵向运动与泥沙流

（一）泥沙的纵向运动

外海波浪进入浅水区到达海岸时，其传播方向往往与岸线斜交，这时每一泥沙质点所受到的波浪作用和重力的切向分量就不在一条直线上，在两种力的合力作用下泥沙沿海岸有一定的位移，这就是泥沙的纵向运动。按泥沙所在的位置，可分出海底（水下岸坡）泥沙和海岸（海滩）泥沙，前者的运动取决于波浪水质点运动轨迹的特性，而后者的运动取决于击岸浪流水体的运动特性。

  1. 海底泥沙的纵向运动。

当波向线和海岸线斜交时，由于重力沿坡面的切向分量的影响，水下岸坡上每个泥沙质点通过一个波后其移动的方向总要和原波浪方向有一定的偏离（图 8-24）。假定水下岸坡剖面已达均衡状态，且等深线垂直水下岸坡倾斜方向。当波峰通过时，因重力影响，质点移动到 2 位置，即偏离了波浪传

播方向。当波谷通过时，在波浪力和重力的合力作用下泥沙质点移动到了 3 位置。这样，经过一个波浪周期后，泥沙从 1 移到了 3。经过一段时间后， 泥沙质点沿岸坡移动了一段距离，图中 1，3，5，7，9 表示泥沙质点总的移动方向。

在中立带泥沙质点仅作平行海岸的纵向位移。在中立带以上岸坡，泥沙质点除沿岸位移外，还向岸方上移。在中立带以下岸坡，泥沙质点在纵向移动的同时还离岸下移（图 8-25）。

  1. 海岸泥沙的纵向运动。

波浪到达岸边完全破碎后形成激浪流，沿海滩表面以进（冲）流和退（回） 流形式运动。进流主要受惯性力作用，在运动中力求保持原有方向沿坡向上， 而重力则使其运动方向稍有偏离。退流主要由重力控制，沿海滩斜坡最大倾斜方向向下。这样，海岸泥沙的运动轨迹就是一条抛物线形状（图 8-26）。

  1. 泥沙纵向运动的速度。

泥沙纵向运动的速度与水下岸坡的坡度、泥沙粒径和波浪入射角有关。前苏联学者早期的研究认为，在岸坡坡度较大的深水岸边，海滩通常由粗大物质（砾石）组成，沉积物沿岸的纵向运动速度比海底的快好几倍。在平浅的沙质海岸，沿岸输沙主要发生在波浪破碎带和激浪流作用区。由于波浪动力分带明显，在破浪带、碎浪带和冲激带内泥沙的纵向运动过程十分复杂。研究表明，在破浪带附近，泥沙的纵向运动速度达最大值。在碎浪带，有许多因素使这一带的泥沙产生矢量的合运动。泥沙运动的方向主要取决于波浪速度和沿岸流流速之间的平衡状况。在冲激带，当沿岸流的流速超过 2 英尺/ 秒（0.6 米/秒）时，泥沙运动主要受沿岸流控制。当沿岸流流速小于 1 英尺

/秒（0.3 米/秒）时，泥沙的纵向运动受波浪方向控制（图 8

泥粒径的差别也影响泥沙移动的速度。一般来说，粒径小的泥沙比粗的移动快。在波浪能量较恒定情况下，以百分含量最高的那种粒径泥沙移动最快。

波浪入射角α大小对泥沙纵向运动的速度影响很大。当α很小时，波浪通过浅水区的路程增大，大量波能消耗在底部的摩擦上。当α等于 90°时， 虽然波能达最大，但泥沙只有横向移动而没有纵向位移。早在 1789 年，法国学者兰布拉尔就从理论上证实了当波浪入射角为 45°时泥沙纵向移动有最

大速度（图 8-28）。假设：①波能与浅水区（水下岸坡）的宽度成反比；② 波浪由外海进入浅水区后波向不变。图 8-31 中，DB 为波浪与海岸斜交时通过浅水区岸坡的长度，BAC 为泥沙质点在海滩上的运动轨道，BE 为浅水区（水下岸坡）的宽度，α为波浪入射角。由于波浪在浅水区所经过的路程越

K

远，能量消耗越大，所以AB长度与BD长度成反比，也即AB = BD ，K为比

BE

例系数，∵BD = sinα ∴AB =

Ksinα BE

K 2

，BC = ABcosα =

Ksinα cosα，为BE

求BC最大值，对α求微分，得 （cos2α - sin 2α） = 0，从上式得出

BD

tgα=1，也即α=45°。

当入射角α = 45°时，用ϕ来表示。近来研究也表明，当波浪的入射角

为 45°时，平行于海岸的波能分量使沿岸输沙量达最大值：

Et=Eosinαocosαo（Lb/Lo）

式中，Et 为输沙量，Eo 为深水区波能，Lb 为岸边（破浪带）波长，Lo 为深水区波长，αo 为深水区入射角。

（二）泥沙流

在海岸带经常有大量的泥沙受到波浪与流的搬运作用，如果这种泥沙的运动在长时间内定向沿岸移动时就形成了泥沙流。泥沙流具有大致相同的方向和稳定的流量，它可以在整个海岸带（包括水下岸坡与海滩部分）上进行， 也可以在海岸的某个部位进行，这决定于波浪力、泥沙的粒径和数量。砾石质泥沙流的宽度较窄，仅数十米左右；砂质的可达数百米至数千米，淤泥质的最宽，可达数十千米到上百千米。

泥沙流具有以下的特征（要素）： 1.容量（输沙能力）。

指泥沙在波浪和流的作用下，单位时间内所能搬运的最大沉积物量。容量随波浪入射角和波能而变化，当波浪入射角为 45°时（等于ϕ ），容量达最大，大于或小于这一角度，容量都会变小。

  1. 强度（输沙量）。

指单位时间内实际通过一定断面的泥沙量。泥沙流的强度由波浪要素、波浪入射角及该岸段泥沙的数量等因素所决定。

  1. 饱和度。

为泥沙流的强度与容量之比。如果两者相等，则泥沙流处于饱和状态， 全部波能消耗在搬运泥沙上；如果容量大于强度，泥沙流处于未饱和状态， 有一部分波能会用于海岸或水下岸坡的侵蚀作用；如果容量小于强度，部分泥沙将沉积下来。

泥沙流的延续性与海岸轮廓有很大的关系，当海岸方向发生转折时，会使泥沙流的容量和饱和度发生变化，产生相应的堆积或侵蚀作用。当泥沙流受到远伸入较深水中的陡崖的阻拦，或遇到深的河口三角港或港湾以及海底斜坡远未达到均衡剖面状态时，都可使泥沙流速度急剧减小或完全停顿。图8-29 为当泥沙流处于饱和状态时，由于岸线与波向线的交角α变化而产生的

侵蚀和堆积，图中有正号区域为侵蚀区，负号区域为堆积区。图 8-30 为当泥

沙流处于不饱和状态时，由于岸线与波浪方向线的交角α变化而产生的侵蚀和堆积，正、负号含义同前，图中的阴影区为饱和区。

泥沙流要素的改变而引起的侵蚀和堆积作用，对岸线变化、堆积地貌的形成以及港口、航道的淤积有重大的影响。