Жағалау толқындарының әсерінен туындайтын су ағыны

Кіріспе

Толқын бұзылғаннан кейін жағаға шашырап шығатын судың күшті қабаты.

Су тасқыны, немесе географиядағы алдыңғы жуу, – толқын бұзылғаннан кейін жағаға шашырап шығатын судың күшті қабаты. Су тасқынының әрекеті жағажай материалдарын жағажайдың бойымен жоғары-төмен жылжытады, нәтижесінде жағалау арқылы шөгінді алмасу жүзеге асады. Су тасқыны қозғалысының уақыт өлшемі жағажай түріне байланысты секундтан минутқа дейін өзгереді (жағажай түрлері үшін 1-суретті қараңыз). Көбінесе жазық жағажайларда күшті су тасқыны байқалады. Су тасқыны қозғалысы морфологиялық нысандардың қалыптасуында және олардың су тасқыны аймағындағы өзгерістерінде маңызды рөл атқарады. Су тасқыны кең жағалау морфодинамикасындағы бірден-бір процестердің бірі ретінде де маңызды рөл атқарады. Су тасқыны қозғалысын сипаттаудың екі тәсілі бар: 1) жағажай бетіндегі жоғары жиілікті толқындардың құлауынан туындаған су тасқыны; 2) тұрақтанған, төмен жиілікті қозғалыспен сипатталатын су тасқыны. Су тасқынының қай түрі басым екені толқын жағдайына және жағалау морфологиясына байланысты, және оны серф ұқсастығы параметрін есептеу арқылы болжауға болады (Guza & Inman 1975): мұнда толқынның бұзылу биіктігі, гравитация, соққы толқынының периоды және жағалаудың градиенті. мәндері шашырауыш жағдайларды көрсетеді, онда су тасқыны тұрақты ұзын толқын қозғалысымен сипатталады. мәндері толқын бұрғылары басым болатын рефлексиялық жағдайларды көрсетеді.

Өрлеу және кері жуу

Су тасқыны екі фазадан тұрады: көтеріліс (жағалауға қарай ағын) және кері ағын (теңізге қарай ағын). Әдетте, көтеріліс жылдамдығы кері ағыннан жоғары және ұзақтығы қысқа болады. Жағалауға қарайғы жылдамдық көтеріліс басталғанда ең жоғары шағына жетеді, содан кейін төмендейді, ал теңізге қарайғы жылдамдық кері ағын аяқталғанда артады. Көтеріліс бағыты басым желге байланысты өзгереді, ал кері ағын әрқашан жағалауға перпендикуляр болады. Су тасқынының осы асимметриялық қозғалысы жағалау бойымен ағынға және жағалауға көлденең шөгінділердің тасымалдануына себеп болуы мүмкін.

Суаш морфологиясы

Су тасқыны аймағы – жағалаудың серф аймағы мен арт жағалау арасындағы жоғарғы бөлігі, онда дауыл кезінде күшті эрозия процестері жүзеге асады (2-сурет). Су тасқыны аймағы кезекпен ылғалданып, құрғайды. Инфильтрация (гидрология) (жер асты суы деңгейінен жоғары) және эксфильтрация (жер асты суы деңгейінен төмен) су тасқыны ағыны мен жағажайдың жер асты суы деңгейі арасында болады. Жағажай беті, жағажай қыры, жағажай сатысы және жағажай иілімдері – су тасқыны қозғалысымен байланысты типтік морфологиялық нысандар. Инфильтрация (гидрология) және су тасқыны қозғалысы арқылы шөгінділердің тасымалдануы жағажай бетінің еңістігін анықтайтын маңызды факторлар болып табылады.

Жағажай бет

Жағажай беті – жағажай профилінің жазық, салыстырмалы түрде тік бөлігі, ол су тасқыны процестеріне ұшырайды (2-сурет). Жағажай беті беткейден төменгі жарық деңгейіне дейін созылады. Жағажай беті, егер судың көтерілуі мен кері ағылы арқылы шөгінді тасымалының мөлшері тең болса, динамикалық тепе-теңдікте болады. Егер жағажай бетінің еңісі тепе-теңдік градиентінен кем болса, көтерілу арқылы көбірек шөгінді тасымалданады, нәтижесінде жағалауға шөгінділердің таза жиналуына себеп болады. Егер жағажай бетінің еңісі тепе-теңдік градиентінен жоғары болса, шөгінді тасымалы кері ағылымен басым болады, бұл шөгінділердің теңізге қарай тасымалдануына әкеледі. Тепе-теңдік жағажай еңісі шөгіндінің мөлшері, өткізгіштігі және су тасқыны аймағындағы құлау жылдамдығы, сондай-ақ толқын биіктігі мен толқын периоды сияқты факторлардың күрделі байланысымен анықталады. Морфологиялық өзгерістер мен тепе-теңдікті түсіну үшін жағажай бетін серф аймағынан бөлек қарастыруға болмайды, себебі оларға серф аймағы мен толқындардың процестері, сондай-ақ су тасқыны процестері күшті әсер етеді. Су тасқыны аймағындағы тасымалдау жылдамдықтары серф аймағына қарағанда әлдеқайда жоғары, ал суға толы шөгіндінің концентрациясы төсектің жанында 100 кг/м³-ден асып кетуі мүмкін. Су тасқыны аймағының процестерін түсіну және тиімді басқару, эрозия және дауыл сияқты жағалаудағы қауіптерге ұшырауы мүмкін жағалау қауымдастықтары үшін маңызды. Бұл аймақтың процестерін бөлек қарастыруға болмайды, өйткені олар серф аймағының процестерімен тығыз байланысты. Адамның қызметі мен климаттың өзгеруі сияқты көптеген факторлар да су тасқыны аймағындағы морфодинамикаға әсер етуі мүмкін. Жағалауды тиімді басқару үшін кең ауқымды морфодинамиканы түсіну өте маңызды. Теңіз қабырғаларын салу жолдар мен ғимараттар сияқты дамыған мүлікті жағалау эрозиясынан және тозудан қорғаудың жиі қолданылатын тәсілі болып табылады. Алайда, көбінесе теңіз қабырғасын салу арқылы мүлікті қорғау жағажайды сақтап қалуға мүмкіндік бермейді. Су тасқыны аймағында теңіз қабырғасы сияқты өткізбейтін құрылымды салу су тасқыны аймағындағы морфодинамикалық жүйеге кедергі келтіруі мүмкін. Теңіз қабырғасын салу жер асты суының деңгейін көтеруі, толқынның шағылысуын арттыруы және қабырғаға қарсы турбулентті күшейтуі мүмкін. Бұл, әдетте, іргелес жағалаудың эрозиясына немесе құрылымның бұзылуына әкеледі. Тас қамалдар (ревементтер немесе рипрап деп те аталады) және тетраподтар өткізбейтін теңіз қабырғаларына қарағанда аз шағылыстырады, өйткені толқындар материалдардан өтіп, эрозияға себеп болмайтын су тасқыны мен кері ағылы тудырады деп күтіледі. Толқынның әсерін азайту және эрозияға ұшыраған жағажайдың қалпына келуіне мүмкіндік беру үшін кейде теңіз қабырғасының алдына тас қалдықтары орналастырылады. Жағажайларды толықтыру жобалары үшін шөгінді тасымалдау жүйесін түсіну де маңызды. Су тасқыны жағажайға қосылатын құмды тасымалдау мен таратуда маңызды рөл атқарады. Бұрынғы қателіктердің себебі жеткіліксіз түсінік болған. Жағаға жақын аймақтың басқа бөліктеріне қарағанда су тасқыны аймағына қол жетімділік пен жоғары ажыратымдылықпен өлшеулер жүргізу мүмкіндігіне қарамастан, деректердің бұзылуы талдауға және теория мен байқау арасындағы маңызды салыстырулар жасауға кедергі келтіреді. Су тасқыны аймағындағы далалық өлшемдер үшін әртүрлі және ерекше әдістер қолданылған. Мысалы, толқынның жоғарылауын өлшеу үшін Гуза мен Торнтон (1981, 1982) жағажайдың үстінен созылған және құмнан 3 см жоғары ұсталған 80 м ұзындықтағы екі кедергілі сымды қолданды. Холман мен Салленгер (1985) су тасқынының бейнелерін түсіріп, уақыт өте келе су сызығының орналасуын цифрландыру арқылы зерттеу жүргізді. Көптеген зерттеулерде теңіз қабырғалары, жағажайлар және су бұрандалары сияқты инженерлік құрылымдар қолданылды, олар құрылымдарды экстремалды жоғарылаулардан қорғайтын жобалау критерийлерін белгілеуге мүмкіндік берді. 1990 жылдан бері Hughes M. G., Masselink J. және Puleo J. A. сияқты жағалау зерттеушілері су тасқыны гидродинамикасын белсенді түрде зерттеді, бұл турбуленттілік, ағын жылдамдықтары, жағажайдың жер асты суларымен өзара әрекеттесуі және шөгінді тасымалы сияқты су тасқыны аймағындағы морфодинамиканы жақсырақ түсінуге үлкен үлес қосты. Алайда, турбуленттілік, табақ ағыны, төсек жүктемесі шөгінділерінің тасымалы және өте шашыраңқы жағалаулардағы гидродинамика сияқты су тасқыны зерттеулерінде әлі де түсініксіздіктер бар.

The beachface is the planar, relatively steep section of the beach profile that is subject to swash processes (Figure 2). The beachface extends from the berm to the low tide level. The beachface is in dynamic equilibrium with swash action when the amount of sediment transport by uprush and backwash are equal. If the beachface is flatter than the equilibrium gradient, more sediment is transported by the uprush to result in net onshore sediment transport. If the beachface is steeper than the equilibrium gradient, the sediment transport is dominated by the backwash and this results in net offshore sediment transport. The equilibrium beachface gradient is governed by a complex interrelationship of factors such as the sediment size, permeability, and fall velocity in the swash zone as well as the wave height and the wave period. The beachface cannot be considered in isolation from the surf zone to understand the morphological changes and equilibriums as they are strongly affected by the surf zone and shoaling wave processes as well as the swash zone processes. The transport rates in the swash zone are much higher compared to the surf zone and suspended sediment concentrations can exceed 100 kg/m3 close to the bed. Understanding the swash zone processes and wise management is vital for coastal communities which can be affected by coastal hazards, such as erosion and storm surge. It is important to note that the swash zone processes cannot be considered in isolation as it is strongly linked with the surf zone processes. Many other factors, including human activities and climate change, can also influence the morphodynamics in the swash zone. Understanding the wider morphodynamics is essential in successful coastal management. Construction of sea walls has been a common tool to protect developed property, such as roads and buildings, from coastal erosion and recession. However, more often than not, protecting the property by building a seawall does not achieve the retention of the beach. Building an impermeable structure such as a seawall within the swash zone can interfere with the morphodynamics system in the swash zone. Building a seawall can raise the water table, increase wave reflection and intensify turbulence against the wall. This ultimately results in erosion of the adjacent beach or failure of the structure. Boulder ramparts (also known as revetments or riprap) and tetrapods are less reflective than impermeable sea walls, as waves are expected to break across the materials to produce swash and backwash that do not cause erosion. Rocky debris is sometimes placed in front of a sea wall in the attempt to reduce the wave impact, as well as to allow the eroded beach to recover. Understanding the sediment transport system in the swash zone is also vital for beach nourishment projects. Swash plays a significant role in transportation and distribution of the sand that is added to the beach. There have been failures in the past due to inadequate understanding. Despite the accessibility to the swash zone and the capability to take measurements with high resolution compared to the other parts of the nearshore zone, irregularity of the data has been an impediment for analysis as well as critical comparisons between theory and observation. Various and unique methods have been used for field measurements in the swash zone. For wave run up measurements, for example, Guza and Thornton (1981, 1982) used an 80m long dual resistance wire stretched across the beach profile and held about 3 cm above the sand by non conducting supports. Holman and Sallenger (1985) conducted run up investigation by taking videos of the swash to digitise the positions of the waterline over time. Many of the studies involved engineering structures, including seawalls, jetties and breakwaters, to establish design criteria that protect the structures from overtopping by extreme run ups. Since the 1990s, swash hydrodynamics have been more actively investigated by coastal researchers, such as Hughes M. G., Masselink J. and Puleo J. A., contributing to the better understanding of the morphodynamics in the swash zone including turbulence, flow velocities, interaction with the beach groundwater table, and sediment transport. However, the gaps in understanding still remain in swash research including turbulence, sheet flow, bedload sediment transport and hydrodynamics on ultra dissipative beaches.

Басқа

Гузза, Р. Т. және Инман, Д. 1975, "Жаға толқындары және жағажай шұңқырлары". Геофизикалық зерттеулер журналы, 80, б. 2997–3012.
Хьюз, М. Г. және Коуэлл, П. Дж. 1987, "Толқындарға бейімделген жартасты жағалаулар". Жағалау зерттеулер журналы, 3, б. 153–167.
Такеда, И. және Сунамура, Т. 1982, "Бермдердің қалыптасуы және биіктігі". Жапон геоморфологиялық одағының еңбектері, 3, б. 145–157.
Вернер, Б. Т. және Финк, Т. М. 1993, "Жағажай шұңқырлары өздігінен ұйымдасқан үлгілер ретінде". Ғылым, 260, б. 968–971.