第七章海岸地貌1课件.ppt
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- 第七 海岸 地貌 课件
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1、第七章 海岸地貌(Coastal Landforms)海岸是陆地与海洋相互作用的有一定宽度的地带,其上界是风暴浪作用的最高位置,下界为波浪作用开始扰动海底泥沙处。现代海岸带由陆地向海洋可划分为滨海陆地、海滩和水下岸坡三部分(图9-1)。(Backshore)是高潮位以上至风暴浪所能作用的区域。在此范围内有海蚀崖、沿岸沙堤及潟湖低地等,它们大部分时间暴露在海水面以上,只在特大风暴时才被海水淹没,这一地带又称。高潮位和低潮位之间的地带,称,主要是海滩(Beach)(沙滩和岩滩)或潮滩(tidal flat)(粘土和细粉砂)。是低潮位以下到海浪作用开始掀起海底泥沙处,即大约是1/2波长水深的位置。水
2、下岸坡在平均海面高度以下,只受的作用,又称。其实,海陆相互作用的痕迹不仅表现在现代海岸带内,在相邻的陆上或海底也有保存。残留在陆上的古海岸带是一些抬升了的海蚀阶地以及由沿岸堤构成的海积平原等;在海底水下的古海岸带是在低海面时形成的,如溺谷、岩礁、浅滩等。n 海岸动力作用 海岸动力作用有波浪、潮汐、海流和河流等。其中以为主,只在有潮汐海岸对地貌起塑造作用,对海岸的地貌作用也没有波浪和潮汐作用那样显著,只局限在河口地带。波浪作用(Wave)潮汐作用(Tide)海流作用 海啸(Tsunami)波浪作用(Wave)p 深水区波浪在深水中的波浪水质点作等速圆周运动,水质点沿轨道运动一周,波形往前移动一个
3、波长的距离。同一波峰的平面延伸联线称波峰线,垂直波峰线的方向为波浪运动方向。波峰处水质点的速度水平分量最大,方向与波浪传播方向一致,垂直分量为零;波谷处的水质点速度水平分量也最大,但其方向与波浪传播方向相反,垂直分量也等于零。处在水质点运动轨迹的圆心线的位置,水质点运动速度的水平分量为零,垂直分量最大,在波峰前方向上运动,在波峰后方向下运动(图9-2)。影响波浪的因素:1.风速 2.风时(duration)3.风距(fetch-distance over which the wind blows)在风距足够大,风时足够长时:H(波高)=0.025v(风速)2 H(波高)=0.36/F(fetc
4、h)强风暴造成的波高通常超过15米,最高纪录达34米(1933年2月测于南太平洋)。T(周期)=L(波长)/V(波速)Airy 方程:L=(gT2/2)(tanh(2d/L)d=water depth tan h=the hyperbolic tangent(双曲正切:tanhx=(ex-e-x)/(ex+e-x)g=gravity 当d/L大于1/4时,(tan h(2d/L)1.0,L=(gT2/2)=1.56T2 V(波速)=L(波长)/T(周期)=1.56T 意义:波浪一方面沿着海面向前传递,同时也向下部水层传递。水质点的圆轨迹半径沿水平方向相等,而在垂直方向上随水深增加,半径减小。当
5、水深按等差级数增加时,波高或水质点运动圆周半径按等比级数减小(图9-3)。在海面以下一个波长的深度处,水质点运动轨道的直径只有海面波的1/512。因此外海传来的波浪进入水深小于1/2波长的浅水区时,波浪中的水质点才比较明显地扰动海底,通常把。小于此深度的波浪性质发生变化,形成浅水波。p 浅水区波浪(Wave changes in shallow water)在一个波浪周期中,当波峰通过时,水质点向岸移动,速度较快,所需时间较短;当波谷通过时,水质点向海运动,速度较慢,所需时间较长。同一波浪周期中,水质点向海和向岸运动的速度差和时间差,愈向岸表现得愈显著,波浪的外形变得极不对称,波浪的前坡变陡,
6、后坡变缓,波峰变窄,波谷拉长。当波浪进入浅水区时,显著变化。,从而得出如下关系:gdgdp 波浪破碎(Breakers)波浪向岸传播过程中随着水深的变浅,波浪外形发生变化,波形也将破碎。浅水波破碎的临界水深理论上近似一个波高,但在比较平缓的水下岸坡,浅水波变形更加剧烈,在2个波高水深处就开始破碎。浅水波向岸传播过程中,波峰局部破碎现象可以发生若干次,使波能分散地消耗在宽广的水下岸坡上,最后到达岸边的波浪已很微弱。相反,在较陡的水下岸坡,由于水深变化大,波浪不会急速变形,在一个波高水深处才能发生破碎,再生的波浪很快到达岸边,形成强大的激浪流,曾测到激浪流的压力达到30 t/m2,它们在惯性力作用
7、下沿坡向上产生进流,然后在重力作用下沿坡向下产生退流。由于进流带来的上涌水体大量渗透到海滩砂砾中以及水流摩擦的影响,退流水量和速度小于进流水量和速度。p 波浪折射(Wave refraction)波浪进入浅水区后,由于波浪前进方向与岸线斜交或海底地形的起伏变化,都会随着水深的减小而使波浪传播速度改变,在一个波峰线上,有些段运动速度快,有些段运动速度慢,波峰线发生弯曲,称为(图9-5)。在,海底等深线与海岸线大致平行,当波浪从深海向岸传播,其波峰线与岸线斜交,靠近岸的一段波峰线先进入浅水区,传播速度减慢,使波浪发生折射,波峰线与岸线的夹角逐渐变小,趋向与岸线平行,波浪作用能量降低(图9-5a)。
8、在,水下地形等深线的走向与岸线走向一致,波浪从外海垂直岸线向岸边传播,当进入浅水区时,由于海底地形不平而影响海水深度变化,使同一波峰线运动速度发生改变,波峰线发生弯曲,使波浪折射。潮汐作用潮汐是在太阳和月球引力作用下发生的海面周期性涨落现象。在很多地方为半日潮 在一昼夜有两次高潮和两次低潮,也有地方发育全日潮。潮汐作用主要表现在两方面,一是潮汐的涨落,使海面发生周期性的垂直运动,海面涨落过程称为涨潮和落潮,当海面涨到最高位和降到最低位时,称高潮位和低潮位,高潮和低潮的高差叫。二是使海面水体产生水平方向整体运动,形成,涨潮时向岸流动的海水为,落潮时向海流动的海水称。当月球在地球赤道的延长线上时,
9、地表各点应有-。当月球偏离赤道延长线,其中一次高潮和低潮减弱,出现两次。当月球偏离赤道沿线更甚,一个太阳日中只出现。A Spring tide-大潮、春潮B Neap tide-小潮、最低潮潮汐作用(Tide)潮流在海岸、河口或海湾内为往返流动。由于。在河口区的潮流,涨潮流与河水流向相反,落潮流与河水流向一致,因而落潮时的下行潮流水量大于涨潮时的上行潮流水量。此外,由于潮流咸水和河流淡水的密度不同,涨潮流沿底层上涌,淡水沿表层下行,在底层形成咸水楔,它可对上游河流相当长的一段水流起顶托作用。在海峡和岛屿之间,由于地形变窄,潮差大,潮流流速也加大,尤其在海峡两端可以形成强大的潮流。当潮流流速为1
10、0-20cm/s时,就可掀起粉砂淤泥,当潮流流速达到250-300cm/s时,可搬运大石块,并把海底冲出很深沟槽。潮流作用能在潮间带形成潮滩、潮沟,在水下浅滩形成潮流沙脊和潮流通道。海流的形成可由风的作用、气压梯度、海水的密度和温度、江河淡水注入以及潮汐等影响所致。有些海流有定向性,每年大致向一个方向流动,流速和水量没有多大变化,也有一些海流方向和流速不固定。大部分海流从海洋到达海岸带沿途受海底摩擦、地形阻碍以及波浪、潮汐和河流水流的顶托,其作用已非常微弱。对海岸地貌塑造作用有影响的是河流入海带来淡水或降水使海面倾斜产生的海流,称排流、风作用形成的风海流以及潮流。排流带出淡水和泥沙,自河口向海
11、伸出,影响海岸地貌发育;风海流随深度加大而流速减小,但在海岸带风海流可使泥沙掀起、搬运。海流作用海啸是由突发的海底错动、海底滑坡、海底火山喷发、或滑入海洋中的陆上滑坡引起的巨型波浪。海啸波浪非常巨大,发源于局部并向四周传播,如同将石块投入水池一样。由构造错动海底,伴随地震的大型波浪又称。海啸与风成波浪相比有独特之处。海啸有很长的波长,通常达100-200km,在深水中只有很低的波高,常低于1 m,周期可达10-30分钟(暴风浪的周期为15-30秒)。海啸在深水中的传播很快,如果波长为100 km,周期为20分钟,则速度可达300 km/hr(V=L/T)。海啸波长远大于海底的深度。例如,海底的
12、平均深度大约为3000 m,100 km的波长为海水深度的?倍。根据速度随深度的平方根发生变化V=,则在3000m深处海面,波浪速度可达600 km/hr。海啸通常根据海底地震发生的时间和两点之间的海水深度来预报。gd海啸(Tsunami)在大洋中海啸由于波长大和波高小不易被觉察,但当海啸进入浅水区或到达海岸带,波高迅速增大,可达到10 米以上。通常,海啸到达海岸带时表现为海面适度的上升或下降,然后为才是破坏力巨大的巨浪。有时海啸波谷首先到达,造成海面的迅速下降,在浅水海岸带造成大面积海底出露。这种奇异的海底暴露,使大量海洋生物暴露,无警觉的居民与游客被吸引进入暴露的海滩,结果被后来的巨浪吞没
13、。海啸的波高很大。在夏威夷Lanai岛因巨型水下滑坡产生的海啸使珊瑚和海滩沉积被发现于高出海面375米处(Moore and Moore,1988)。1957年7月9日由Fairweather断层活动引起的地震触发了3107m3滑坡体进入Lituya海湾,产生525 m高的波浪,波浪冲向海湾对岸,并以165 km/hr速度由Lituya海湾咆哮而出。三条渔船上的渔民见证了这一过程。一条船随波浪翻越了海湾口的沙嘴,一条船也随波浪运动,但仍流在湾口内;第三条船在海啸中失踪。波浪冲毁海岸土壤和植被,形成525-33米高的破坏界限。虽然在给定地点海啸很少发生,但一旦发生,则具有很强的破坏性。历史上纪录
14、表明,全球每十年平均有57次海啸。1990-99年共纪录了28次海啸,其中10次与环太平洋俯冲活动及其伴随的地震有关。给人类教训最深的当属2004年12月26日在东南亚发生的同震断层活动引起的海啸,它造成20万人口死亡。n 海岸地貌(Coastal landforms)波浪侵蚀和堆积过程中对海岸进行塑造,形成海岸侵蚀地貌和堆积地貌。p 海岸侵蚀地貌 波浪侵蚀作用在基岩海岸最明显。基岩岸的水深大,外来的波浪能直接到达岸边,将大部分能量消耗在对岩壁的冲击上。波高6m、波长50m的波浪,对每平方米岩壁的压力达15t左右,最高可达30t。波浪水体的巨大压力及被其压缩的空气对岩石产生强烈的破坏,尤其对有
15、裂隙发育的岩石更为明显。被破坏的岩屑砂砾随波浪研磨基岩,加快了海蚀作用的速度。海水对岩石的溶蚀能力比淡水强,不仅碳酸盐岩能溶于海水,海水对正长岩、角闪岩、黑曜岩、玄武岩等都有很强的溶蚀作用,其溶蚀速度比淡水大3-14倍。海岸经过冲刷、研磨和溶蚀形成各种海蚀地貌。海蚀崖的下部,大致与海面高度相等处,在波浪的不断冲掏下形成凹槽,叫海蚀穴(wave-cut notch)。深度比宽度大的叫海蚀洞(sea caves)。在节理发育或夹有软弱岩层的基岩中,海蚀洞可达几十米深,山东石岛沿花岗岩节理发育的海蚀洞长20-30 m,高16 m。海蚀穴顶的岩石因下部掏空而不断崩塌,崩塌物若很快被波浪冲走,则重新发育
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