Swash - Swash

Swash

Swash-ul , sau spălarea anticipată în geografie , este un strat turbulent de apă care se spală pe plajă după ce un val de intrare s- a spart. Acțiunea swash poate muta materialele plajei în sus și în jos pe plajă, ceea ce duce la schimbul de sedimente trans-mal. Scara de timp a mișcării swash variază de la secunde la minute, în funcție de tipul de plajă (a se vedea Figura 1 pentru tipurile de plajă). O ploaie mai mare apare în general pe plajele mai plate. Mișcarea swash joacă rolul principal în formarea trăsăturilor morfologice și modificările lor în zona swash. Acțiunea swash joacă, de asemenea, un rol important ca unul dintre procesele instantanee din morfodinamica litorală mai largă.

Figura 1. Clasificarea plajelor după Wright și Short (1983) care arată plaje disipative, intermediare și reflectorizante.

Există două abordări care descriu mișcările swash: (1) swash rezultat din prăbușirea găurilor de înaltă frecvență ( f > 0,05 Hz) pe fața plajei; și (2) swash caracterizat prin mișcări în picioare, cu frecvență joasă ( f <0,05 Hz). Ce tip de mișcare swash predomină depinde de condițiile valurilor și de morfologia plajei și acest lucru poate fi prezis prin calcularea parametrului de asemănare a surfului εb (Guza și Inman 1975):

Unde Hb este înălțimea întrerupătorului, g este gravitația, T este perioada de undă incidentă și tan β este gradientul de plajă. Valorile εb> 20 indică condiții disipative în care swash-ul se caracterizează prin mișcare în undă lungă. Valorile εb <2,5 indică condițiile reflectorizante în care swash-ul este dominat de găuri de undă.

Uprush și backwash

Swash-ul este alcătuit din două faze: spălare (curgere onshore) și backwash (curgere offshore). În general, praful are o viteză mai mare și o durată mai mică decât spălarea înapoi. Viteza la uscat este cea mai mare la începutul revărsării și apoi scade, în timp ce viteza la mare crește spre sfârșitul spălării înapoi. Direcția ascensiunii variază în funcție de vântul predominant, în timp ce spălarea inversă este întotdeauna perpendiculară pe linia de coastă. Această mișcare asimetrică a swash-ului poate provoca deriva lungă a țărmului, precum și transportul de sedimente trans-mal .

Morfologie Swash

Figura 2. Zona Swash și morfologia faței plajei care arată terminologia și procesele principale (Modificat din Masselink & Hughes 2003)

Zona swash este partea superioară a plajei dintre zona de plajă și zona de surf , unde se produce eroziune intensă în timpul furtunilor (Figura 2). Zona swash este alternativ umedă și uscată. Infiltrarea (hidrologia) (deasupra pânzei freatice ) și exfiltrarea (sub pânza freatică ) au loc între fluxul swash și pânza freatică a plajei. Beachface, berm, step de plajă și cuspizi de plajă sunt trăsăturile morfologice tipice asociate cu mișcarea swash. Infiltrarea (hidrologia) și transportul sedimentelor prin mișcare de swash sunt factori importanți care guvernează gradientul suprafeței plajei.

Beachface

Fața plajei este secțiunea plană, relativ abruptă a profilului plajei, care este supusă proceselor swash (Figura 2). Suprafața plajei se extinde de la bermă până la nivelul mareei joase . Suprafața plajei se află în echilibru dinamic, cu acțiune de curgere, atunci când cantitatea de transport a sedimentelor prin spălare și spălare inversă este egală. Dacă suprafața plajei este mai plată decât gradientul de echilibru, mai multe sedimente sunt transportate de către râu pentru a duce la transportul net de sedimente la uscat . Dacă suprafața plajei este mai abruptă decât gradientul de echilibru, transportul sedimentelor este dominat de spălarea inversă și acest lucru are ca rezultat transportul net al sedimentelor offshore. Gradientul de echilibru al plajei este guvernat de o relație complexă de factori, cum ar fi dimensiunea sedimentului, permeabilitatea și viteza de cădere în zona swash, precum și înălțimea undei și perioada de undă. Suprafața plajei nu poate fi luată în considerare izolat de zona de surf pentru a înțelege schimbările morfologice și echilibrele, deoarece acestea sunt puternic afectate de zona de surf și de procesele de valuri, precum și de procesele zonei swash.

Berm

Bermul este partea relativ plană a zonei swash în care acumularea de sedimente are loc la cea mai îndepărtată mișcare de swash (Figura 2). Bermul protejează plajele din spate și dunele de coastă de valuri, dar eroziunea poate apărea în condiții de energie ridicată, cum ar fi furtunile. Bermul este mai ușor de definit pe plajele cu pietriș și pot exista mai multe berme la diferite altitudini. Pe plajele cu nisip, în schimb, gradientul de plajă, bermă și față de plajă poate fi similar. Înălțimea bermei este guvernată de cota maximă a transportului sedimentelor în timpul revărsării. Înălțimea bermei poate fi prezisă folosind ecuația de Takeda și Sunamura (1982)

unde Hb este înălțimea întrerupătorului, g este gravitația și T este perioada de undă.

Pas de plajă

Pasul de plajă este o scarpă scufundată la baza feței plajei (Figura 2). Treptele de plajă cuprind în general cel mai gros material și înălțimea poate varia de la câțiva centimetri la peste un metru. Pașii de plajă se formează în cazul în care spălarea inversă interacționează cu valul incident care se apropie și generează vortex. Hughes și Cowell (1987) au propus ecuația pentru a prezice înălțimea pasului Zstep

unde „ws” este viteza de cădere a sedimentelor. Înălțimea treptelor crește odată cu creșterea înălțimii valurilor (întrerupătorului) (Hb), a perioadei de undă (T) și a dimensiunii sedimentelor.

Cuspizi de plajă

Figura 3. Morfologia cuspidelor de plajă. Uprushul divergă la coarnele cuspidiene și spălarea inversă converge în încastrările cuspidiene. (Modificat din Masselink & Hughes 2003)
Spălare pe o plajă

Cuspidul de plajă este o acumulare în formă de semilună de nisip sau pietriș care înconjoară o depresiune semicirculară pe o plajă. Acestea sunt formate prin acțiune swash și mai frecvente pe plajele cu pietriș decât nisipul. Distanța dintre cuspizi este legată de întinderea orizontală a mișcării swash și poate varia de la 10 cm la 50 m. Sedimentele mai aspre se găsesc pe „coarnele cuspidiene” cu gradient abrupt, îndreptate spre mare (Figura 3). În prezent, există două teorii care oferă o explicație adecvată pentru formarea cuspizilor ritmici de plajă: valurile de margine stând și autoorganizarea .

Model de undă de margine permanentă

Teoria undelor de margine, care a fost introdusă de Guza și Inman (1975), sugerează că swash-ul se suprapune mișcării undelor de margine staționare care călătoresc de-a lungul țărmului. Acest lucru produce o variație a înălțimii swash-ului de-a lungul țărmului și, prin urmare, duce la modele regulate de eroziune . Încordările cuspidiene se formează în punctele de erodare și coarnele cuspidiene apar la nodurile de undă de margine. Distanța dintre cuspizi de plajă poate fi prezisă utilizând modelul de undă de margine subarmonic

unde T este perioada de undă incidentă și tanβ este gradientul plajei.

Acest model explică doar formarea inițială a cuspizilor, dar nu și creșterea continuă a cuspizilor. Amplitudinea undei de margine se reduce pe măsură ce cuspizii cresc, prin urmare este un proces autolimitat.

Model de auto-organizare

Teoria autoorganizării a fost introdusă de Werner și Fink (1993) și sugerează că se formează cuspizi de plajă datorită unei combinații de feedback pozitiv care este operat de morfologia plajei și mișcarea swash încurajând neregularitatea topografică și feedback-ul negativ care descurajează acreția sau eroziunea pe cuspizi de plajă bine dezvoltate. Este relativ recent că resursele de calcul și formulările pentru transportul sedimentelor au devenit disponibile pentru a arăta că trăsăturile morfologice stabile și ritmice pot fi produse de astfel de sisteme de feedback. Distanța dintre vârful plajei, bazată pe modelul de autoorganizare, este proporțională cu întinderea orizontală a mișcării swash S folosind ecuația

unde constanta proporționalității f este c . 1.5.

Transportul sedimentelor

Transportul de sedimente trans-mal

Schimbul de sedimente trans-țărm, între zonele subaeriene și sub-apoase ale plajei, este asigurat în primul rând de mișcarea swash. Viteza de transport în zona swash este mult mai mare în comparație cu zona de surf și concentrațiile de sedimente suspendate pot depăși 100 kg / m 3 aproape de pat. Transportul de sedimente pe uscat și în larg prin swash joacă astfel un rol semnificativ în acumularea și eroziunea plajei.

Există diferențe fundamentale în transportul sedimentelor între rătăcire și spălarea inversă a fluxului de swash. Revărsatul, care este dominat în principal de turbulențe, în special pe plajele abrupte, suspendă în general sedimentele pentru transport. Viteza de curgere, concentrațiile de sedimente suspendate și fluxurile suspendate sunt cele mai mari la începutul revărsării atunci când turbulența este maximă. Apoi turbulența se disipează spre sfârșitul fluxului de pe uscat, așezând sedimentul suspendat în pat. Spre deosebire de aceasta, spălarea inversă este dominată de fluxul de foi și de transportul sedimentelor în pat. Viteza de curgere crește spre sfârșitul spălării, provocând mai multe turbulențe generate de pat, ceea ce duce la transportul sedimentelor în apropierea patului. Direcția transportului net de sedimente (pe uscat sau în larg) este în mare măsură guvernată de gradientul față de plajă.

Deriva lungă

Deriva lungă de pe mare se produce fie datorită morfologiei cuspidelor de plajă, fie datorită valurilor de intrare oblică care provoacă o mișcare puternică de-a lungul țărmului. Sub influența derivării pe mare, când nu există o fază de apă slabă în timpul curgerilor de spălare inversă, sedimentele pot rămâne suspendate pentru a duce la transportul de sedimente în larg . Eroziunea față de plajă prin procesele de swash nu este foarte frecventă, dar eroziunea poate apărea acolo unde swash-ul are o componentă semnificativă de-a lungul țărmului.

Management

Zona swash este extrem de dinamică, accesibilă și susceptibilă la activitățile umane. Această zonă poate fi foarte aproape de proprietățile dezvoltate. Se spune că cel puțin 100 de milioane de oameni de pe glob trăiesc la un metru de nivelul mediu al mării . Înțelegerea proceselor zonei swash și gestionarea înțeleaptă este vitală pentru comunitățile de coastă care pot fi afectate de pericole de coastă , cum ar fi eroziunea și valurile de furtună . Este important de reținut că procesele zonei swash nu pot fi luate în considerare izolat, deoarece sunt strâns legate de procesele zonei de surf. Mulți alți factori, inclusiv activitățile umane și schimbările climatice, pot influența, de asemenea, morfodinamica din zona swash. Înțelegerea morfodinamicii mai largi este esențială pentru un management de coastă de succes.

Construcția zidurilor maritime a fost un instrument obișnuit pentru a proteja proprietățile dezvoltate, cum ar fi drumurile și clădirile, de eroziunea de coastă și recesiune. Cu toate acestea, de cele mai multe ori, protejarea proprietății prin construirea unui dig nu realizează reținerea plajei. Construirea unei structuri impermeabile, cum ar fi un dig în zona swash, poate interfera cu sistemul morfodinamic din zona swash. Construirea unui dig poate ridica pânza freatică , crește reflexia undelor și intensifica turbulența împotriva peretelui. Acest lucru duce în cele din urmă la eroziunea plajei adiacente sau la eșecul structurii. Murațele din bolovani (cunoscute și sub denumirea de reveturi sau răsturnări) și tetrapode sunt mai puțin reflectorizante decât pereții marini impermeabili, deoarece se așteaptă ca valurile să se spargă peste materiale pentru a produce spălare și spălare inversă care nu cauzează eroziune. Deșeurile stâncoase sunt uneori așezate în fața unui perete marin în încercarea de a reduce impactul valurilor , precum și pentru a permite plajei erodate să se refacă.

Înțelegerea sistemului de transport al sedimentelor în zona swash este, de asemenea, vitală pentru proiectele de hrănire a plajelor . Swash joacă un rol semnificativ în transportul și distribuția nisipului care se adaugă pe plajă. Au existat eșecuri în trecut din cauza înțelegerii inadecvate. Înțelegerea și predicția mișcărilor sedimentelor, atât în ​​zona swash, cât și în zona de surf, sunt vitale pentru ca proiectul de hrană să aibă succes.

Exemplu

Managementul costier la Black Rock, pe coasta de nord-est a golfului Phillip, Australia, oferă un bun exemplu de răspuns structural la eroziunea plajelor, care a dus la modificări morfologice în zona swash. În anii 1930, a fost construit un zid maritim pentru a proteja stânca de recesiune la Black Rock. Acest lucru a dus la epuizarea plajei din fața zidului mării , care a fost deteriorată de furtuni repetate în timpul iernii. În 1969, plaja a fost hrănită cu aproximativ 5000 m 3 de nisip din interior, pentru a crește volumul de nisip pe plajă pentru a proteja zidul mării. Acest lucru a mărit volumul de nisip cu aproximativ 10%, cu toate acestea, nisipul a fost transportat în nord prin deriva în toamnă pentru a lăsa zidul mării expus din nou la impactul furtunilor de iarnă. Proiectul nu a reușit să țină cont de modelele sezoniere ale derivării pe mare și a subestimat cantitatea de nisip cu care să se hrănească, în special în partea de sud a plajei.

Cercetare

Se spune că desfășurarea cercetărilor morfologice și a măsurătorilor de teren în zona swash este dificilă, deoarece este un mediu superficial și aerat cu fluxuri rapide și instabile de swash. În ciuda accesibilității la zona swash și a capacității de a efectua măsurători cu rezoluție ridicată în comparație cu celelalte părți ale zonei nearshore, neregularitatea datelor a fost un impediment pentru analiză, precum și comparații critice între teorie și observație. Au fost utilizate metode variate și unice pentru măsurători de câmp în zona swash. Pentru măsurătorile de curgere a valurilor, de exemplu, Guza și Thornton (1981, 1982) au folosit un fir cu dublă rezistență de 80 m lungime întins peste profilul plajei și ținut la aproximativ 3 cm deasupra nisipului prin suporturi neconductoare. Holman și Sallenger (1985) au efectuat o investigație preliminară realizând videoclipuri cu swash pentru a digitaliza pozițiile liniei de plutire în timp. Multe dintre studii au implicat structuri de inginerie, inclusiv diguri , diguri și diguri , pentru a stabili criterii de proiectare care să protejeze structurile de depășirea în caz de crize extreme. Începând cu anii 1990, hidrodinamica swash a fost investigată mai activ de cercetătorii de pe coastă, precum Hughes MG, Masselink J. și Puleo JA, contribuind la o mai bună înțelegere a morfodinamicii din zona swash, inclusiv turbulența, viteza de curgere, interacțiunea cu apele subterane ale plajei masă și transportul sedimentelor . Cu toate acestea, lacunele de înțelegere rămân în continuare în cercetarea rapidă, inclusiv turbulența, fluxul de foi, transportul sedimentelor de bază și hidrodinamica pe plajele ultra-disipative.

Vezi si

Referințe

Note

Alte

  • Guza, RT și Inman, D. 1975, „Valuri de margine și cuspizi de plajă”. Journal of Geophysical Research, 80, pp. 2997-3012
  • Hughes, MG și Cowell, PJ 1987, „Ajustarea plajelor reflectorizante la valuri”. Journal of Coastal Research, 3, pp. 153-167
  • Takeda, I. și Sunamura, T. 1982, „Formarea și înălțimea bermelor”. Tranzacții, Uniunea Geomorfologică Japoneză, 3, pp. 145–157
  • Werner, BT și Fink, TM 1993. "Cuspizii de plajă ca modele auto-organizate". Știință, 260, pp. 968–971