CN105824993A - 一种人造沙滩补沙养护工程建设的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人造沙滩补沙养护工程建设的方法，包括；原有工程海域的能量布局改变；工程海域泥沙平面输移的运动分析；人工沙滩横剖面泥沙运动及其平衡状态分析；工程结构高程及稳定性研究；人工沙滩及沙滩补沙、养护施工流程；人工沙滩泥化波浪参数标准。本发明有利于寻找人造沙滩或人工补沙能较长期稳定存在的水动力格局；有助于确定补沙的必要性和提出合适的补沙方案，并对设计方案的调整提出指导；提出合理的设计修改意见和维护方案；人工沙滩及沙滩补沙、养护施工流程对各工程手段及结构在实际施工中的流程提出建议，为工程顺利实施提供帮助；给出了人工沙滩泥化的临界波浪参数的获取建议和参考标准，有助避免沙滩泥化的情况。

Description

一种人造沙滩补沙养护工程建设的方法

技术领域

本发明属于人造沙滩的建设及近岸沙滩的补沙、养护工程技术领域，尤其涉及一种人造沙滩补沙养护工程建设的方法。

背景技术

沙滩作为人们休闲娱乐的理想地点之一，满足了人们亲近自然、放松身心的生活要求。滨海旅游项目也因此成为促进城市旅游发展，带动地方经济的重要增长点。然而，一些滨海城市由于自身地质、动力条件或早期城市规划等原因造成天然沙滩缺失或受损、沙滩侵蚀及沙滩质量不高等问题，影响城市景观和旅游业发展。因此，一些城市提出建造人工沙滩或进行沙滩补沙、养护工程的想法和规划。人工沙滩的建造及沙滩养护涉及海洋动力、地质等多方面的因素，是十分复杂的工程。我国虽有人工沙滩建设及沙滩养护的先例，但总体而言数量不多，且并未形成一套具有较广泛适应性的建设技术方案，而形成这样一套方案对人工沙滩的建设和沙滩的养护有重要指导意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种人造沙滩补沙养护工程建设的方法，旨在解决天然沙滩缺失或受损、沙滩侵蚀及沙滩质量不高而目前人造沙滩未形成一套具有较广泛适应性的建设技术方案的问题。

本发明是这样实现的，一种人造沙滩补沙养护工程建设的方法，该人造沙滩补沙养护工程建设的方法包括以下步骤：

对原有工程海域的能量布局改变：通过潜堤、防波堤、丁坝、挡沙堤、离岸堤、导流堤工程结构和人工开挖的工程手段改变原有海域能量布局；

潜堤用于提前削弱波浪，并对泥沙的外移拦截；防波堤用于削弱波浪能量，丁坝用于调整水流和养滩，挡沙堤用于拦截泥沙运动；离岸堤用于堤后泥沙淤积，导流堤工程结构用于改变水流流向；人工开挖工程手段根据工程环境和工程要求进行,如：淤泥丰富的区域需在补沙前进行开挖清淤、水动力过弱的区域可进行适当开挖以增大水深增强水动力；

对原有工程海域的能量布局改变的效果分析：对已通过工程结构和手段进行能量布局改变的工程海域进行改变效果的分析，所述分析采用数值计算；所述数值计算通过软件Mike21、Dleft3D等进行计算；

对工程海域泥沙平面输移的运动分析：对已通过工程结构和手段进行能量布局改变的工程海域进行平面泥沙输移的运动分析，所述运动分析采用数值计算；所述数值计算通过软件Mike21、Dleft3D、XBeach等进行计算；

对人工沙滩横剖面运动及其平衡状态分析：对不同水动力、促淤工程条件下沙滩横剖面泥沙在垂直岸线方向的运动进行数值计算，数值计算通过软件XBeach、SBeach、CShore等进行计算；

对工程结构高程及稳定性分析：根据交通部规范计算算法或物理模型试验对工程结构稳定性分析，根据工程结构顶部的越浪量对工程结构的高程分析；

对人工沙滩及沙滩补沙、养护施工：施工单位按照防波堤、挡沙堤、潜堤、填沙的施工顺序进行具体施工并进行后续养护。

进一步，所述对原有工程海域的能量布局改变中丁坝包括长丁坝和短丁坝，长丁坝用于偏转水流使其趋向对岸挑流；短丁坝用于局部调整水流和促淤养滩，所述离岸堤中离岸线较近的泥沙从岸线处向离岸堤淤积，离岸较远的泥沙从离岸堤内侧向岸线淤积。

进一步，所述对原有工程海域的能量布局改变中通过建立二维平面的Mike21数值模型进行大、小潮常海况和风暴潮极端海况水动力计算；

对原有工程海域的能量布局改变的分析方法为：

首先，对根据工程海域原具体能量布局和工程目标初步分析得到的工程设计进行Mike21的建模。

对原有工程海域能量布局改变的分析主要经过以下几个过程：

运用Mike21的水动力模块，选择包含工程海域在内的更广阔海域作为数值模型的建模区域；

根据工程海域实测地形进行网格和模型底地形的建立；

依照初步确定的工程设计方案对模型底地形进行修改；

依照设计方案在相应位置添加工程结构，如：防波堤、丁坝、潜堤、挡沙堤等等；

在模型海域边界上添加边界条件作为模型的环境驱动力；

设置数值模拟的总时间区间或总时长，同时设置合适的计算时间步长，合适的时间步长的选择建议见下方说明；

设置模型结果的输出要求，如输出时间间隔等；

运算模型，提取结果；

分析提取的模型结果，并将该设计方案下海域能量布局的改变与预期设想进行比较，由此可发现现有设计方案下的工程措施对工程海域能量布局的影响，并根据现有模拟结果进行工程设计的调整；

对调整后的方案重复以上建模和计算的过程并分析新方案的数值结果，经过这样的反馈调节过程直至达到预想的能量布局效果；

所述进行建模区域选择时，数值模型的建模区域要尽量大于工程研究区域，确保模型计算时的边界效应不会影响到研究区域，同时边界尽量选择在深水位置；

大、小潮常海况和极端海况数值测试的方法路线大致相似，区别在于模型边界条件的选取和模拟时间区间的选取；

所述模型海域边界条件，在进行常海况数值测试时，除需在各海域边界上选取适当点添加该处潮汐参数(如：振幅、赤角等)，此外，添加根据当地波候分析确定的当地常波浪的参数(有效波高、周期、波向等)。模拟时间区间的选取上，小潮模拟选择小潮期对应的时间，大潮模拟选择大潮期对应的时间，潮汐边界的参数不需要改变；

所述的模型海域边界条件，在进行极端海况数值测试时，除需在各海域边界上选取适当点添加该处潮汐参数(如：振幅、赤角等)外，还需添加根据当地波候分析确定的当地极端波浪的参数(有效波高、周期、波向等)。极端波浪参数可以按100年一遇或50年一遇的波浪标准进行简单的参数确定。极端海况的计算还可根据历史上的危险台风状况，选取对工程破坏力最大的台风状况进行风场添加。并在时间区间上选择大潮期作为模拟区间，以模拟多种极端不利情况下的海域能量布局情况；

所述的时间步长的选择以实际计算时模型可收敛为标准进行确定；

通过该步计算可预测工程海域的能量分布情况，获得工程区域波高、周期、波向、流速等水动力情况的分布和大小情况，对于分析工程设计能否达到预期效果有指导意义，并且是调整方案并测试方案效果的有效手段。

进一步，所述对工程海域泥沙平面输移的运动分析中建立改变能量布局后的Delft3D数值模型，进行补沙后的泥沙运动计算；

所述对工程海域泥沙平面输移的运动分析方法为：

首先，对根据原工程海域环境和工程目标初步分析得到的工程设计进行Delft3d的建模；

工程海域泥沙平面输移的运动分析所经历的过程与海域能量布局分析的过程基本一致，区别主要在于数值计算中包含的物理过程存在不同：

运用Delft3d水流、波浪和泥沙软件模块，选择包含工程海域在内的更广阔海域作为数值模型的建模区域，区域选择除需避免模型边界效应对研究区域的影响外；

根据工程海域实测地形进行网格和模型底地形的建立；

依照对工程海域泥沙平面输移的运动分析确定的工程设计方案对模型底地形进行修改并在相应位置添加工程结构；

在模型海域边界上添加边界条件作为模型的环境驱动力；

设置数值模拟的总时间区间或总时长，同时设置计算时间步长；

设置模型结果的输出要求，如输出时间间隔等；

运算模型，提取结果；

分析提取的模型结果，并将该设计方案下预测得到的泥沙平面输移运动情况与预期设想进行比较，由此可发现现有设计方案下的工程措施对泥沙平面输移运动情况(即工程区域内底床冲淤的分布)的影响，并根据现有模拟结果进行工程设计的调整；

对调整后的方案重复以上建模和计算的过程并分析新方案的数值结果，经过这样的反馈调节过程直至达到预想的泥沙平面输移情况；

大、小潮常海况和极端海况数值测试的方法路线与海域能量布局改变的部分基本相同，区别在于模型边界条件还需添加泥沙边界，故对于多数不易得知泥沙浓度的工程情况，边界处泥沙浓度设为平衡状态(模型选项)，或将海域边界选在泥沙浓度很低的深水处，将边界浓度设为0；

通过该步计算可预测工程区域不同位置平面泥沙运动的数量和方向、获得工程区域平面冲淤的分布和量级，对于分析工程设计能否达到预期效果，了解人工沙滩是否需要补沙及补沙量，和预测后期人工沙滩的养护方法有直接的指导。若通过数值计算经发现工程区域中间挡沙堤的挡沙效果还不够，可考虑在方案设计中加长挡沙堤，再进行数值计算，比较数值结果与工程预期，一直调整方案至达到预期目标。

进一步，所述对人工沙滩横剖面运动及其平衡状态分析中通过建立不同水动力条件下的XBeach数值模型进行数值计算并进行分析，

所述对人工沙滩横剖面运动及其平衡状态分析方法为：

首先，对根据原工程海域环境和工程目标初步分析得到的工程设计进行XBeach建模。

人工沙滩横剖面运动及平衡状态分析所经历的过程与工程区域平面泥沙输移运动分析的过程基本一致，区别主要在于数值计算中侧重的方面不同：

选择工程关键位置的横剖面作为数值模型的研究对象，并依边界处的波浪条件将模型边界点选在据沙滩起始点3倍波长以上的深水处；

根据选取的横剖面的地形进行网格和模型底地形的建立；

依照对人工沙滩横剖面运动及其平衡状态分析确定的工程设计方案对模型底地形进行修改并在相应位置添加工程结构；

在模型海域边界点上添加波浪、潮汐(水位)、泥沙边界条件作为模型的环境驱动力，具体建议与前两部分给出的建议相同；

设置数值模拟的总时长，同时设置CFL数(计算时间步长设置项)；

设置模型结果的输出要求，如输出时间间隔、输出变量等；

运算模型，提取结果；

分析提取的模型结果，并将该设计方案下预测得到的岸滩横剖面冲淤情况与预期设想进行比较，由此可发现现有设计方案下的工程措施对岸滩横剖面泥沙运动情况的影响，并根据现有模拟结果进行工程设计的调整；

对调整后的方案重复以上建模和计算的过程并分析新方案的数值结果，经过这样的反馈调节过程直至达到预想的岸滩横剖面泥沙运动情况；

通过该步计算可预测岸滩横剖面上泥沙的运动情况，获得岸滩横剖面的冲淤分布及量级，对于分析工程设计能否达到预期效果，了解岸滩的平衡状态，和确定沙滩顶部的干滩宽度有直接指导意义。其中，获得岸滩的平衡状态对人工沙滩建设坡度和沙滩补沙后坡度的确定有十分重要的意义，而沙滩坡度的确定对人工沙滩及补沙工程成功十分重要。当人工沙滩横剖面计算发现当前设计下沙滩顶部的干滩宽度无法达到预期，应考虑对方案做出加高潜堤高程并将潜堤向外移动的修改，尝试潜堤具有不同高程和位于不同位置的组合，并针对方案调整进行模型的修改进行新一轮的计算，以分析新的方案是否合适，直至方案调整到合适为止。

通过运用以上一系列数值模型对工程方案进行各方面计算，并运用计算结果预测分析设计方案的实现结果，有利于及时调整设计方案，更有效地获得合适的工程设计方案，降低人工沙滩或补沙养滩工程的失败率，且数值模型计算相较传统物理模型试验具有经济、所需时间短、条件受限小的优点，故对受经济和条件限制而无法开展物理模型试验的人工沙滩或补沙养护工程而言具有优势。

进一步，所述对工程结构高程及稳定性分析中通过挡浪墙稳定性和高程进行实验分析，运用压力传感器测定挡浪墙上所受最大波浪水平力、与最大水平波浪力同步的波浪垂直力、挡浪墙底部浮托力及各项点压力分布和同步的最大倾覆力矩；采用重现期为100a、50a、10a的波浪和设计高水位、极端高水位情况下的越浪量，测定挡浪墙高程。

本发明另一目的在于提供一种对挡浪墙稳定性和高程进行实验的装置，该挡浪墙稳定性和高程进行实验的装置包括波高仪和压力传感器，所述压力传感器多点分布在挡浪墙不同深度位置和挡浪墙底部，其中，水位变动处压力传感器的布置应重视，所述压力传感器用于测定挡浪墙上所受最大波浪水平力、与最大水平波浪力同步的波浪垂直力、挡浪墙底部浮托力及各项点压力分布和同步的最大倾覆力矩；波高仪用于测量水面波浪情况以便对边界波浪进行控制，所述波高仪和压力传感器均与外部检测显示装置连接。

本发明另一目的在于提供一种人工沙滩及沙滩补沙、养护施工方法，包括以下步骤：

首先组织需要清淤或需要开挖的工；

然后，建设防波堤起基础掩护作用的工程结构；

再者，进行工程平面效果形态所需工程结构的施工，如抛填等，具体工程结构依具体工程环境和工程要求不同；

再进一步，根据人工沙滩剖面坡度大于自然岸滩坡度的情况在沙滩坡脚修建潜堤；

最后，实施人工沙滩的填沙或沙滩补沙。

本发明提供的建设的方法主要包括以下几个方面：①原有工程海域的能量布局改变；②工程海域泥沙平面输移的运动分析；③人工沙滩横剖面(垂直岸线剖面)泥沙运动及其平衡状态分析；④工程结构高程及稳定性研究；⑤人工沙滩及沙滩补沙、养护施工流程；⑥人工沙滩泥化波浪参数标准。

原有工程海域的能量布局改变通过潜堤、防波堤、丁坝、离岸堤、导流堤等工程结构和人工开挖等工程手段改变原有海域能量布局，有利于寻找人造沙滩或人工补沙能较长期稳定存在的水动力格局。

工程海域泥沙平面输移的运动分析通过对能量布局改变的工程海域分别进行补沙前和补沙后泥沙运动的分析，了解工程海域的沙滩平面形态变化，有助于确定补沙的必要性和提出合适的补沙方案，并对设计方案的调整提出指导。

人工沙滩横剖面运动及其平衡状态分析可以研究不同水动力条件下沙滩横剖面泥沙在垂直岸线方向的运动，获得其平衡状态的剖面，以此计算工程泥沙可能的流失情况，提出合理的设计修改意见和维护方案。

工程结构高程及稳定性研究在建设方案确定后对需要进行安全论证的工程结构进行安全性分析，保障了工程安全性。

人工沙滩及沙滩补沙、养护施工流程对各工程手段及结构在实际施工中的流程提出建议，为工程顺利实施提供帮助。

人工沙滩泥化波浪参数标准，给出了人工沙滩泥化的临界波浪参数的获取建议和参考标准，有助避免沙滩泥化的情况。

附图说明

图1是本发明实施例提供的人造沙滩补沙养护工程建设的方法流程图；

图2是本发明实施例提供的挡浪墙稳定性和高程进行实验的装置示意图；

图中：1、波高仪；2、压力传感器。

图3是本发明实施例提供的海域能量布局改变的Mike21数值模型示意图；

图4是本发明实施例提供的海域泥沙平面运动分析的Delft3D数值模型示意图；

图5是本发明实施例提供的人工沙滩横剖面泥沙运动及平衡分析的XBeach数值模型示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细描述。

如图1所示：一种人造沙滩补沙养护工程建设的方法，该人造沙滩补沙养护工程建设的方法包括以下步骤：

S101：对原有工程海域的能量布局改变：通过潜堤、防波堤、丁坝、挡沙堤、离岸堤、导流堤工程结构和人工开挖工程手段改变原有海域能量布局；具体采用的工程手段、工程结构及布局依具体工程环境和工程要求进行设计；

改变工程海域能量布局的各工程结构，其大致作用：潜堤可以提前削弱部分波浪，并对泥沙的外移起到一定的拦截作用；防波堤削弱波浪能量，为部分区域起掩护作用；丁坝主要起调整水流和养滩，淤填滩岸的作用，其中，长丁坝可起到偏转水流使其趋向对岸的挑流作用；短丁坝主要起局部调整水流和促淤养滩，保护河岸的作用；挡沙堤可拦截泥沙运动；离岸堤可促进堤后泥沙淤积，其中，离岸线较近的，泥沙从岸线处向离岸堤淤积，离岸较远的，泥沙从离岸堤内侧向岸线淤积；导流堤主要起改变水流流向的作用；

S102：对工程海域泥沙平面输移的运动分析：对已通过工程结构和手段进行能量布局改变的工程海域进行平面泥沙输移的运动分析，所述运动分析采用数值计算或物理模型试验；具体采用的操作依具体工程实际确定；

对工程海域泥沙平面输移的运动分析，数值计算所需软件依工程实际情况进行选择，常用软件有Mike21、Dleft3D、XBeach(较小尺度)等，本发明以Dleft3D为例；

对工程海域泥沙平面输移的运动分析，物理模型实验应根据当地水动力和气象条件的分析结果，选择代表性和极端条件，对依工程实际地形进行缩放的模型进行作用，依此分析工程海域泥沙平面输移的运动；

S103：对人工沙滩横剖面运动及其平衡状态分析：对不同水动力、促淤工程条件下沙滩横剖面泥沙在垂直岸线方向的运动进行经验、数值计算或物理模型实验分析；具体采用的操作依具体工程实际确定；

对人工沙滩横剖面运动及其平衡状态分析，数值计算所需软件依工程实际情况进行选择，常用软件有XBeach、SBeach、Cshore等，本发明以XBeach为例；

对工人工沙滩横剖面运动及其平衡状态分析，物理模型实验应根据当地水动力和气象条件的分析结果，选择代表性和极端条件，对依工程实际地形进行缩放的模型进行作用，依此分析工程海域泥沙平面输移的运动；

S104：对工程结构高程及稳定性分析：根据交通部规范计算算法(无条件开展试验时)或物理模型试验对工程结构稳定性分析，根据工程结构顶部的越浪量对工程结构的高程分析；

S105：对人工沙滩及沙滩补沙、养护施工：施工单位按照防波堤、挡沙堤、潜堤、填沙的施工顺序进行具体施工并进行后续养护。

所述对原有工程海域的能量布局改变中丁坝包括长丁坝和短丁坝，长丁坝用于偏转水流使其趋向对岸挑流；短丁坝用于局部调整水流和促淤养滩，所述离岸堤中离岸线较近的泥沙从岸线处向离岸堤淤积，离岸较远的泥沙从离岸堤内侧向岸线淤积。

图2所示：所述挡浪墙稳定性和高程进行实验的装置包括波高仪和压力传感器等，具体实验仪器的选用和仪器布设位置依实验目的和实验现实条件确定；

如图3：所述对原有工程海域的能量布局改变中通过建立二维平面的Mike21数值模型进行大、小潮常海况和风暴潮极端海况水动力计算。MIKE21是一个专业的工程软件包，用于模拟河流、湖泊、河口、海湾、海岸及海洋的水流、波浪、泥沙及环境。采用非结构化网格，具有高级图形用户界面和丰富的后处理软件包，可为工程应用、海岸管理及规划提供了完备、有效的设计环境；

对原有工程海域的能量布局改变的分析方法为：

首先，对根据工程海域原具体能量布局和工程目标初步分析得到的工程设计进行Mike21的建模。

对原有工程海域能量布局改变的分析主要经过以下几个过程：

运用Mike21的水动力模块，选择包含工程海域在内的更广阔海域作为数值模型的建模区域；

根据工程海域实测地形进行网格和模型底地形的建立；

依照初步确定的工程设计方案对模型底地形进行修改；

依照设计方案在相应位置添加工程结构，如：防波堤、丁坝、潜堤、挡沙堤等等；

在模型海域边界上添加边界条件作为模型的环境驱动力；

设置数值模拟的总时间区间或总时长，同时设置合适的计算时间步长，合适的时间步长的选择建议见下方说明；

设置模型结果的输出要求，如输出时间间隔等；

运算模型，提取结果；

分析提取的模型结果，并将该设计方案下海域能量布局的改变与预期设想进行比较，由此可发现现有设计方案下的工程措施对工程海域能量布局的影响，并根据现有模拟结果进行工程设计的调整；

对调整后的方案重复以上建模和计算的过程并分析新方案的数值结果，经过这样的反馈调节过程直至达到预想的能量布局效果；

所述进行建模区域选择时，数值模型的建模区域要尽量大于工程研究区域，确保模型计算时的边界效应不会影响到研究区域，同时边界尽量选择在深水位置；

大、小潮常海况和极端海况数值测试的方法路线大致相似，区别在于模型边界条件的选取和模拟时间区间的选取；

所述模型海域边界条件，在进行常海况数值测试时，除需在各海域边界上选取适当点添加该处潮汐参数(如：振幅、赤角等)，此外，添加根据当地波候分析确定的当地常波浪的参数(有效波高、周期、波向等)。模拟时间区间的选取上，小潮模拟选择小潮期对应的时间，大潮模拟选择大潮期对应的时间，潮汐边界的参数不需要改变；

所述的模型海域边界条件，在进行极端海况数值测试时，除需在各海域边界上选取适当点添加该处潮汐参数(如：振幅、赤角等)外，还需添加根据当地波候分析确定的当地极端波浪的参数(有效波高、周期、波向等)。极端波浪参数可以按100年一遇或50年一遇的波浪标准进行简单的参数确定。极端海况的计算还可根据历史上的危险台风状况，选取对工程破坏力最大的台风状况进行风场添加。并在时间区间上选择大潮期作为模拟区间，以模拟多种极端不利情况下的海域能量布局情况；

所述的时间步长的选择以实际计算时模型可收敛为标准进行确定；

通过该步计算可预测工程海域的能量分布情况，获得工程区域波高、周期、波向、流速等水动力情况的分布和大小情况，对于分析工程设计能否达到预期效果有指导意义，并且是调整方案并测试方案效果的有效手段。

如图4：所述对工程海域泥沙平面输移的运动分析中建立改变能量布局后的Delft3D数值模型，进行补沙后的泥沙运动计算。Delft3D是荷兰水工研究所开发的一套综合模拟软件包，可以模拟水动力、波浪、泥沙输移、地形演变、水质等。适用于河流及河口、海岸地区，模拟多维(二维、三维)的非恒定水流及泥沙输移。Delft3D提供直角坐标系、柱面坐标系、曲线正交坐标系，采用交错网格布置变量，数值离散基于有限差分法，基本方程求解采用ADI法；

所述对工程海域泥沙平面输移的运动分析方法为：

首先，对根据原工程海域环境和工程目标初步分析得到的工程设计进行Delft3d的建模；

工程海域泥沙平面输移的运动分析所经历的过程与海域能量布局分析的过程基本一致，区别主要在于数值计算中包含的物理过程存在不同：

运用Delft3d水流、波浪和泥沙软件模块，选择包含工程海域在内的更广阔海域作为数值模型的建模区域，区域选择除需避免模型边界效应对研究区域的影响外；

根据工程海域实测地形进行网格和模型底地形的建立；

依照对工程海域泥沙平面输移的运动分析确定的工程设计方案对模型底地形进行修改并在相应位置添加工程结构；

在模型海域边界上添加边界条件作为模型的环境驱动力；

设置数值模拟的总时间区间或总时长，同时设置计算时间步长；

设置模型结果的输出要求，如输出时间间隔等；

运算模型，提取结果；

分析提取的模型结果，并将该设计方案下预测得到的泥沙平面输移运动情况与预期设想进行比较，由此可发现现有设计方案下的工程措施对泥沙平面输移运动情况(即工程区域内底床冲淤的分布)的影响，并根据现有模拟结果进行工程设计的调整；

对调整后的方案重复以上建模和计算的过程并分析新方案的数值结果，经过这样的反馈调节过程直至达到预想的泥沙平面输移情况；

大、小潮常海况和极端海况数值测试的方法路线与海域能量布局改变的部分基本相同，区别在于模型边界条件还需添加泥沙边界，故对于多数不易得知泥沙浓度的工程情况，边界处泥沙浓度设为平衡状态(模型选项)，或将海域边界选在泥沙浓度很低的深水处，将边界浓度设为0；

通过该步计算可预测工程区域不同位置平面泥沙运动的数量和方向、获得工程区域平面冲淤的分布和量级，对于分析工程设计能否达到预期效果，了解人工沙滩是否需要补沙及补沙量，和预测后期人工沙滩的养护方法有直接的指导。若通过数值计算经发现工程区域中间挡沙堤的挡沙效果还不够，可考虑在方案设计中加长挡沙堤，再进行数值计算，比较数值结果与工程预期，一直调整方案至达到预期目标。

如图5：所述对人工沙滩横剖面运动及其平衡状态分析中通过建立不同水动力条件下的XBeach岸滩数值模型进行数值计算并进行分析。XBeach模型是一个基于结构化Fortran77/90架构的二维平面海岸动力学数值模型，由TUDelft(代尔福特理工大学)和DeltaresInstitute(代尔夫特三角洲研究中心)联合开发，可用于模拟潮波、海啸波、风暴潮以及相应的海岸线演变、海床演变和泥沙输运等海岸动力学过程；

所述对人工沙滩横剖面运动及其平衡状态分析方法为：

首先，对根据原工程海域环境和工程目标初步分析得到的工程设计进行XBeach建模。

人工沙滩横剖面运动及平衡状态分析所经历的过程与工程区域平面泥沙输移运动分析的过程基本一致，区别主要在于数值计算中侧重的方面不同：

选择工程关键位置的横剖面作为数值模型的研究对象，并依边界处的波浪条件将模型边界点选在据沙滩起始点3倍波长以上的深水处；

根据选取的横剖面的地形进行网格和模型底地形的建立；

依照对人工沙滩横剖面运动及其平衡状态分析确定的工程设计方案对模型底地形进行修改并在相应位置添加工程结构；

在模型海域边界点上添加波浪、潮汐(水位)、泥沙边界条件作为模型的环境驱动力，具体建议与前两部分给出的建议相同；

设置数值模拟的总时长，同时设置CFL数(计算时间步长设置项)；

设置模型结果的输出要求，如输出时间间隔、输出变量等；

运算模型，提取结果；

分析提取的模型结果，并将该设计方案下预测得到的岸滩横剖面冲淤情况与预期设想进行比较，由此可发现现有设计方案下的工程措施对岸滩横剖面泥沙运动情况的影响，并根据现有模拟结果进行工程设计的调整；

对调整后的方案重复以上建模和计算的过程并分析新方案的数值结果，经过这样的反馈调节过程直至达到预想的岸滩横剖面泥沙运动情况；

通过该步计算可预测岸滩横剖面上泥沙的运动情况，获得岸滩横剖面的冲淤分布及量级，对于分析工程设计能否达到预期效果，了解岸滩的平衡状态，和确定沙滩顶部的干滩宽度有直接指导意义。其中，获得岸滩的平衡状态对人工沙滩建设坡度和沙滩补沙后坡度的确定有十分重要的意义，而沙滩坡度的确定对人工沙滩及补沙工程成功十分重要。当人工沙滩横剖面计算发现当前设计下沙滩顶部的干滩宽度无法达到预期，应考虑对方案做出加高潜堤高程并将潜堤向外移动的修改，尝试潜堤具有不同高程和位于不同位置的组合，并针对方案调整进行模型的修改进行新一轮的计算，以分析新的方案是否合适，直至方案调整到合适为止。

通过运用以上一系列数值模型对工程方案进行各方面计算，并运用计算结果预测分析设计方案的实现结果，有利于及时调整设计方案，更有效地获得合适的工程设计方案，降低人工沙滩或补沙养滩工程的失败率，且数值模型计算相较传统物理模型试验具有经济、所需时间短、条件受限小的优点，故对受经济和条件限制而无法开展物理模型试验的人工沙滩或补沙养护工程而言具有优势。

所述对工程结构高程及稳定性分析中通过挡浪墙稳定性和高程进行实验，测定挡浪墙上所受最大波浪水平力、与最大水平波浪力同步的波浪垂直力、挡浪墙底部浮托力及各项点压力分布和同步的最大倾覆力矩；采用重现期为100a、50a、10a的波浪和设计高水位、极端高水位情况下的越浪量，测定挡浪墙高程。

一种人工沙滩及沙滩补沙、养护施工方法包括以下步骤：

首先组织存在清淤或需要开挖的工程；

然后，建设防波堤起基础掩护作用的工程结构；

再者，进行工程平面效果形态所需的工程结构的建设，具体工程结构依具体工程环境和工程要求不同；

再进一步，根据人工沙滩剖面坡度大于自然岸滩坡度的情况在沙滩坡脚修建潜堤；

最后，实施人工沙滩的填沙或沙滩补沙。

下面结合原理分析对本发明进一步说明。

原有工程海域的能量布局改变：通过潜堤、防波堤、丁坝、挡沙堤、离岸堤、导流堤工程结构和人工开挖工程手段改变原有海域能量布局，创造人造沙滩或人工补沙能较长期稳定存在的水动力条件；

工程海域泥沙平面输移的运动分析：对已通过工程结构和手段进行能量布局改变的工程海域进行平面泥沙输移的运动分析，所述手段采用数值计算或物理模型试验以此分析工程海域的沙滩平面形态变化，并与所述的海域能量布局改变相互反馈调节获得沙滩平面的规划设想；

人工沙滩横剖面运动及其平衡状态分析：对不同水动力、促淤工程条件下沙滩横剖面泥沙在垂直岸线方向的运动进行经验、数值计算或物理模型实验分析，以此获得不同工程条件下其不同平衡状态的剖面，并计算工程泥沙可能的流失情况，并与所述的海域能量布局改变相互反馈调节获得沙滩平面的规划设想；

工程结构高程及稳定性研究：根据交通部规范计算或通过物理模型试验进行估计，根据工程区域实际情况选取不同水动力条件，对需要进行安全论证的工程结构进行稳定性分析，工程结构的高程根据结构上方的越浪量和具体的工程要求综合确定；

人工沙滩及沙滩补沙、养护施工流程：对各工程手段及结构在实际施工中的流程提出建议；

人工沙滩泥化波浪参数标准，给出人工沙滩泥化的临界波浪参数的获取建议和参考标准。

所述的原有工程海域的能量布局改变在了解该地波候、潮流、地质自然条件后根据工程目标对海域能量布局进行改变，需注意改变后的水动力条件既要避免过强造成沙滩侵蚀流失，也要注意避免水动力条件过弱造成新建人工沙滩泥化。

所述的原有工程海域的能量布局改变通过潜堤、防波堤、丁坝、挡沙堤、离岸堤、导流堤工程结构组合和人工开挖、清淤工程手段实现,所述人工开挖、清淤是防止沙滩泥化时的重要手段。

所述的原有工程海域的能量布局改变、工程海域泥沙平面输移的运动分析和人工沙滩横剖面泥沙运动及其平衡状态分析的方法包括以下步骤：

简单理论和经验的初步分析；

建立数值计算模型进行数值分析；

在必要且可行的情况下，对工程方案进行物理模型试验。

所述的原有工程海域的能量布局改变在通过数值计算手段进行分析时，选取的海域动力情况需包括大、小潮常海况和风暴潮极端海况计算，并在有需要的情况下，对不同阶段工程的布局进行模拟计算；具体实施时根据工程实际情况进行工况增减。

所述的工程海域泥沙平面输移的运动分析首先对能量布局改变后的海域进行补沙前的泥沙运动研究，分析原有沙源的泥沙运动在新的能量布局下对工程目标的实现情况，以此确定是否需要人工补沙及随后的补沙方案，经过分析认为需要人工补沙的，进行补沙后的泥沙运动计算。

所述的工程海域泥沙平面输移的运动分析，在进行数值计算分析时选取的海域动力情况应包括大、小潮常海况和风暴潮极端海况的计算组合；时间尺度上尽量包括泥沙输移的季度计算和年计算；对不同阶段工程的布局进行模拟计算，具体实施时根据工程区域实际情况可进行工况增减。

所述的人工沙滩横剖面泥沙运动及其平衡状态分析，在采用数值计算方法时，考虑分割区域建模或考虑选择较关键位置，对岸滩剖面进行数值模型的建立和计算。

所述的工程海域泥沙平面输移的运动分析和人工沙滩横剖面泥沙运动及其平衡状态分析，在运用数值计算进行分析时，考虑通过改变部分区域底质参数(如提高人工沙滩区域外的临界剪切应力以限制外界区域对工程区的泥沙供给等)限制该区域泥沙运动，以此预估人工沙滩平面变化或泥沙流失的最大情况。

所述的工程结构高程及稳定性研究，对有交通部规范可依的，进行规范计算确定，对无规范可依或有规范但仍需进行实验测定的，进行物理模型试验。

一种人工沙滩及沙滩补沙、养护施工流程方法包括以下步骤：

存在清淤或开挖需要时，首先组织这类工程；

然后，建设防波堤起基础掩护作用的工程结构，为后续施工提供隐蔽条件；

再者，进行工程平面效果形态所需的工程结构(如：丁坝、挡沙堤、导流堤、离岸堤等)；

再进一步，对于人工沙滩剖面坡度大于自然岸滩坡度的情况考虑在沙滩坡脚修建潜堤，潜堤的修建一方面可起到削减波浪的作用，另一方面可对人工沙滩泥沙的离岸运动起到拦截作用；

最后，按施工组织实施人工沙滩的填沙或沙滩补沙。其中，对于原本沙滩质量较高，但因人为因素造成沙滩受损的情况，人工沙滩泥沙粒径的选择应以附近沙滩泥沙粒径为参考，在滩肩部位的补沙可选用不同粒径级配的泥沙，经波浪自然筛选后将呈现自然的泥沙分选状态。

所述的人工沙滩波浪参数标准，通过具体工程区域附近不同类型岸滩的波浪动力条件分析获得，或通过与现场同容重淤泥的扬动实验获得波浪摩阻流速，进一步根据水深获得泥化波浪的临界参数(可查表)，若因条件限制较难获得具体沙滩泥化的临界波浪参数，则提供的建议参考标准为人工沙滩水深1.5m处位置处一年中超过12个小时的有效波高要不小于0.3～0.4m。

下面结合应用原理对本发明进一步详细说明。

原有工程海域的能量布局改变，首先应对工程所在区域涉及的气候、潮汐、波浪、地质等工程资料进行收集和分析，以了解该地波候、潮流及地质条件等。根据当地原本自然条件和预期的沙滩效果，进行工程区域能量布局改变的设计。

原有工程海域的能量布局改变，对于原工程区域由于泥沙粒径小且水动力条件弱造成淤泥质岸滩的情况要适当地增强工程区域水动力条件，防止新建人工沙滩的泥化。而对于因原有工程区域水动力条件较强造成沙滩侵蚀后退和较难形成沙滩的情况主要考虑通过工程措施削弱该区域的水动力条件，并配合泥沙拦截工程形成能促使泥沙淤积或维持人工沙滩较长期稳定的区域能量布局，同时要防止局部水动力条件过弱，以免造成沙滩泥化。其中，沙滩泥化的具体水动力条件据当地泥沙性质和水深等条件确定。具体工程区域能量布局的改变可通过潜堤、防波堤、丁坝、挡沙堤、离岸堤、导流堤等工程结构组合和人工开挖、清淤等工程手段实现。

原有工程海域的能量布局改变，可采用数值计算或物理模型试验进行设计。建议先建立工程区域的二维平面数值计算模型(具体数值计算模型可采用Mike21、Delft3D)，按照设计方案的工程措施对原有海域模型的地形进行改变，施加原有海域动力边界条件，获得设计方案下工程海域的能量布局，并以此进行方案的优化改进；随后，在必要的情况下对数模筛选的设计方案进行物理模型试验获得能量布局，优化设计方案。

原有工程海域的能量布局改变，在数值计算中选取的海域动力情况包括大、小潮常海况和风暴潮极端海况等计算，对不同阶段工程的布局进行模拟计算。具体实施时根据工程区域实际情况进行工况增减。

工程海域泥沙平面输移的运动分析大致分为两步。首先是采用数值计算或物理模型试验等对进行能量布局改变的工程海域进行补沙前的泥沙运动分析，以此分析工程海域原有沙源在新的能量布局下的平面运动情况，重点分析原有沙源的泥沙运动在新的能量布局下能否实现工程目标，实现程度及所需时间，以此确定是否需要人工补沙及补沙方案。若经过分析认为人工补沙需要进行，则进行补沙后的泥沙运动计算，以此分析补沙后沙滩在动力作用下平面形态的变化，并根据工程目标进行工程方案的修改。该步与上一步海域能量布局改变相互反馈调节以尽量实现沙滩平面的规划设想。

工程海域泥沙平面输移的运动分析建议步骤为：①通过简单理论和经验进行初步分析；②建立工程设计方案的二维平面数值计算模型(具体数值计算模型可采用Delft3D)，在其中根据实际泥沙参数添加泥沙选项，对模型进行泥沙输移运算，数值模型可考虑通过改变部分区域底质参数(如提高人工沙滩区域外的临界剪切应力以限制外界区域对工程区的泥沙供给等)限制该区域泥沙运动，以此预估人工沙滩平面变化的最大情况；③在必要的条件下，可对工程方案进行物理模型试验，以此提供工程区域泥沙平面运动的可能情况。

工程海域泥沙平面输移的运动分析，在数值计算中选取的海域动力情况包括大、小潮常海况和风暴潮极端海况等计算组合；从时间上，包括泥沙输移的季度计算和年计算；对不同阶段工程的布局进行模拟计算。具体实施时根据工程区域实际情况进行工况增减。

人工沙滩横剖面泥沙运动及其平衡状态分析，是通过经验、数值计算或物理模型实验对不同水动力条件下的沙滩横剖面进行平衡状态计算，根据平衡剖面的形态可以把握人工沙滩或补沙后沙滩的平衡状态，预估沙滩在今后可能的泥沙流失情况，有利于工程实际补沙量的估计、补沙方式的确定及沙滩维护工程的设计。此步与第一步海域能量布局改变也是相互反馈调节的，以最终实现沙滩平面的规划设想。

人工沙滩横剖面泥沙运动及其平衡状态分析中提到的岸滩剖面数值计算模型XBeach，其目前适用的计算空间量级为几千米的较小区域，时间量级为风暴时程。同时，XBeach网格的x轴方向要尽量与岸线垂直，否则会造成部分区域计算不准确，这就要求当岸线弯曲时，XBeach的网格建立需选用曲线网格，但对于某些岸线弯曲程度很大的区域，曲线网格的建立具有一定难度，直接用XBeach对整个区域进行二维建模计算是不合适的。对于这种情况，可考虑分割计算区域，在分割区域的边界容易获取和处理的情况下建议考虑对区域进行分割计算，或者考虑选择较关键位置的岸滩剖面建立一维模型进行计算。CShore目前是适用于平直岸线且垂直岸线建模的岸滩计算模型，建议考虑选择较关键位置的岸滩剖面建立一维模型进行计算。

工程结构高程及稳定性研究，对其中一些结构物可依据交通部规范进行计算确定，而对规范中没有提供具体算法或提供计算方法但仍需进行实验测定的，可进行物理模型试验。根据工程区域实际情况选取不同水动力条件，对需要进行安全论证的工程结构进行受力分析，并进行包括滑动、倾覆等稳定性的分析，结构的高程根据该结构上方的越浪量和具体的工程要求综合确定。最后，根据计算结果和实验分析对结构物进行调整。

人工沙滩及沙滩补沙、养护施工流程在实际施工时存在清淤或开挖必要的首先组织这类工程。然后，考虑建设防波堤等起基础掩护作用的工程结构，为后续其他结构的施工和人工沙滩及沙滩补沙工程的建设提供稳定的水动力条件，降低后续施工的难度和泥沙流失。接下来，根据工程效果所需的平面岸线形态及工程设计，进行丁坝、挡沙堤、导流堤、离岸堤等建设。再下来，对人工沙滩剖面坡度大于自然岸滩坡度的情况要考虑在沙滩坡脚修建潜堤，潜堤的修建一方面可起到削减波浪的作用，另一方面可对人工沙滩泥沙的离岸运动起到拦截作用。最后，按施工组织实施人工沙滩的填沙或沙滩补沙。其中，关于泥沙粒径的选择与人工沙滩坡度有较大关系，可根据Dean平衡剖面理论初步确定，同时，需要考虑当地水动力条件和沙源情况。对于工程区域原本沙滩质量较高，但因人为因素造成沙滩受损的情况，人工沙滩泥沙粒径的选择应以附近沙滩泥沙粒径为参考。在滩肩部位的补沙可选用不同粒径级配的泥沙，经波浪自然筛选后将呈现自然的泥沙分选状态。

人工沙滩泥化波浪参数标准，具体的人工沙滩泥化波浪临界参数与当地泥沙的性质和局地水深有关，可通过具体工程区域附近不同类型岸滩的波浪动力条件分析获得，具体分析过程为：选取工程附近的淤泥质岸滩剖面、泥沙混合剖面和沙质剖面进行滩面坡度、泥化高程和当地波浪要素的相关性分析，由此获得当地滩面坡度、泥化高程和波浪要素的大致关系，从而确定当地泥化波浪的临界参数；或通过与现场同容重淤泥的扬动实验获得波浪临界摩阻流速，进一步根据水深获得沙滩泥化的波浪临界参数(可查表)。若因条件限制较难获得具体泥化的波浪参数，则提供的建议参考标准为人工沙滩水深1.5m处位置处一年中超过12个小时的有效波高要不小于0.3～0.4m。

下面结合附图及实施例对本发明的应用原理作进一步详细描述。

以下图2～图5均取自日照港石臼港区东区煤炭堆场海岸带恢复开发概念规划波浪潮流泥沙数学模型计算。

图2为高程及稳定性研究的实验布置示意图。实验分别对挡浪墙稳定性和高程进行了实验。对于挡浪墙稳定性实验，分别测定了挡浪墙上所受最大波浪水平力、与最大水平波浪力同步的波浪垂直力、挡浪墙底部浮托力及各项点压力分布，与此同步的最大倾覆力矩；测定挡浪墙上所受最大浮托力、与最大浮托力同步的波浪水平力、垂直力的同步值及各项点压力，与此同步的挡浪墙最大倾覆力矩。对于挡浪墙高程实验，采用重现期为100a、50a、10a的波浪和设计高水位、极端高水位情况下的越浪量，以此根据工程要求确定挡浪墙高程。

图3所示：海域能量布局改变的Mike21数值模型示意图，分别为有效波高分布图和涨急、落急时刻的水流分布图。

首先，根据工程区域波候、潮流、地质等自然条件分析，确定由潜堤、防波堤、挡沙堤、导流堤等改变工程区域能量布局的工程结构的组合和位置。由此建立二维平面的Mike21数值模型进行大、小潮常海况和风暴潮极端海况等水动力计算，评估工程结构对能量布局的影响。

图4为实例中工程海域泥沙平面运动分析的Delft3D数值模型建立图。

建立改变能量布局后的Delft3D工程区域模型，此例因工程经前期论证必须进行人工补沙，故直接进行补沙后的泥沙运动计算，分析补沙后沙滩在动力作用下平面形态的变化。其中，在人工沙滩坡脚外的海底地形的临界侵蚀剪切应力均被放大，以限制人工沙滩外的泥沙在侵蚀后被搬运到人工沙滩区域，以此预估人工沙滩泥沙流失的最大情况。数值计算的工况包括常海况计算和变动水位下风暴潮极端海况计算工况。

图5所示为人工沙滩横剖面泥沙运动及平衡状态分析的XBeach数值模型示意图。根据工程区域泥沙平面运动分析的结果结合其他经验，选择较关键位置的岸滩剖面建立不同水动力条件下的一维XBeach岸滩模型，进行数值计算，获得其在不同水动力条件下的岸滩平衡剖面，并对其进行分析。

最后，施工单位按照防波堤、挡沙堤、潜堤、填沙的施工顺序进行具体施工组织。

上述工程设计布局保证人工沙滩水深1.5m处位置处一年中超过12个小时的有效波高要尽量不小于0.3～0.4m的要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种人造沙滩补沙养护工程建设的方法，其特征在于，该人造沙滩补沙养护工程建设的方法包括以下步骤：

对原有工程海域的能量布局改变：通过潜堤、防波堤、丁坝、挡沙堤、离岸堤、导流堤工程结构和人工开挖的工程手段改变原有海域能量布局，潜堤用于提前削弱波浪，并对泥沙的外移拦截；防波堤用于削弱波浪能量，丁坝用于调整水流和养滩，挡沙堤用于拦截泥沙运动；离岸堤用于堤后泥沙淤积，导流堤工程结构用于改变水流流向；人工开挖工程手段根据工程环境和工程要求进行；

对工程海域泥沙平面输移的运动分析：对已通过工程结构和手段进行能量布局改变的工程海域进行平面泥沙输移的运动分析，所述运动分析采用数值计算；所述数值计算通过软件Mike21、Dleft3D、XBeach进行计算；

对人工沙滩横剖面运动及其平衡状态分析：对不同水动力、促淤工程条件下沙滩横剖面泥沙在垂直岸线方向的运动进行数值计算，数值计算通过软件XBeach、SBeach、CShore进行计算；

对工程结构高程及稳定性分析：根据交通部规范计算算法或物理模型试验对工程结构稳定性分析，根据工程结构顶部的越浪量对工程结构的高程分析；

对人工沙滩及沙滩补沙、养护施工：施工单位按照防波堤、挡沙堤、潜堤、填沙的施工顺序进行具体施工并进行后续养护。

2.如权利要求1所述的人造沙滩补沙养护工程建设的方法，其特征在于，对原有工程海域的能量布局改变中人工开挖工程手段根据工程环境和工程要求进行，所述工程环境为淤泥丰富的区域和水动力过弱的区域，所述工程要求为对淤泥丰富的区域补沙前进行开挖清淤，对水动力过弱的区域进行开挖增强水动力。

3.如权利要求1所述的人造沙滩补沙养护工程建设的方法，其特征在于，所述对原有工程海域的能量布局改变中丁坝包括长丁坝和短丁坝，长丁坝用于偏转水流使其趋向对岸挑流；短丁坝用于局部调整水流和促淤养滩，所述离岸堤中离岸线较近的泥沙从岸线处向离岸堤淤积，离岸较远的泥沙从离岸堤内侧向岸线淤积。

4.权利要求1所述的人造沙滩补沙养护工程建设的方法，其特征在于，所述对原有工程海域的能量布局改变中通过建立二维平面的Mike21数值模型进行大、小潮常海况和风暴潮极端海况水动力计算；

对原有工程海域的能量布局改变的分析方法为：

对根据工程海域原具体能量布局和工程目标初步分析得到的工程设计进行Mike21的建模；

运用Mike21的水动力模块，选择包含工程海域在内的更广阔海域作为数值模型的建模区域；

根据工程海域实测地形进行网格和模型底地形的建立；

依照初步确定的工程设计方案对模型底地形进行修改；

依照设计方案在相应位置添加工程结构；

在模型海域边界上添加边界条件作为模型的环境驱动力；

设置数值模拟的总时间区间或总时长，同时设置合适的计算时间步长；

设置模型结果的输出要求；

运算模型，提取结果；

分析提取的模型结果，并将该设计方案下海域能量布局的改变与预期设想进行比较，并根据现有模拟结果进行工程设计的调整；

对调整后的方案重复以上建模和计算的过程并分析新方案的数值结果，经过反馈调节直至达到预想的能量布局；

所述进行建模区域选择，数值模型的建模区域大于工程研究区域，边界选择在深水位置；

所述模型海域边界条件，在进行常海况数值测试时，在各海域边界上选取适当点添加该处潮汐参数和添加根据当地波候分析确定的当地常波浪的参数，在模拟时间区间的选取上，小潮模拟选择小潮期对应的时间，大潮模拟选择大潮期对应的时间，潮汐边界的参数不改变；在进行极端海况数值测试时，在各海域边界上选取适当点添加该处潮汐参数和添加根据当地波候分析确定的当地极端波浪的参数，极端海况的计算选取对工程破坏力最大的台风状况进行风场添加，并在时间区间上选择大潮期作为模拟区间；

所述时间步长的选择以实际计算时模型收敛为标准进行确定。

5.如权利要求1所述的人造沙滩补沙养护工程建设的方法，其特征在于，所述对工程海域泥沙平面输移的运动分析中建立改变能量布局后的Delft3D数值模型，进行补沙后的泥沙运动计算；

对工程海域泥沙平面输移的运动分析方法为：

对根据原工程海域环境和工程目标初步分析得到的工程设计进行Delft3d的建模；

运用Delft3d水流、波浪和泥沙软件模块，选择包含工程海域在内的更广阔海域作为数值模型的建模区域；

根据工程海域实测地形进行网格和模型底地形的建立；

依照对工程海域泥沙平面输移的运动分析确定的工程设计方案对模型底地形进行修改并在相应位置添加工程结构；

在模型海域边界上添加边界条件作为模型的环境驱动力；

设置数值模拟的总时间区间或总时长，同时设置计算时间步长；

设置模型结果的输出要求；

运算模型，提取结果；

分析提取的模型结果，并将该设计方案下预测得到的泥沙平面输移运动情况与预期设想进行比较，并根据现有模拟结果进行工程设计的调整；

对调整后的方案重复以上建模和计算的过程并分析新方案的数值结果，经过反馈调节过程直至达到预期设想的泥沙平面输移情况；

所述模型边界条件添加泥沙边界，对于不得知泥沙浓度的工程情况，边界处泥沙浓度设为平衡状态，或将海域边界选在泥沙浓度很低的深水处，将边界浓度设为0。

6.如权利要求1所述的人造沙滩补沙养护工程建设的方法，其特征在于，所述对人工沙滩横剖面运动及其平衡状态分析中通过建立不同水动力条件下的XBeach数值模型进行数值计算并进行分析；

所述对人工沙滩横剖面运动及其平衡状态分析方法为：

对根据原工程海域环境和工程目标初步分析得到的工程设计进行XBeach建模；

选择工程位置的横剖面作为数值模型的研究对象，并依边界处的波浪条件将模型边界点选在据沙滩起始点大于3倍波长的深水处；

根据选取的横剖面的地形进行网格和模型底地形的建立；

依照对人工沙滩横剖面运动及其平衡状态分析确定的工程设计方案对模型底地形进行修改并在相应位置添加工程结构；

在模型海域边界点上添加波浪、潮汐、泥沙边界条件作为模型的环境驱动力；

设置数值模拟的总时长，同时设置CFL数；

设置模型结果的输出要求；

运算模型，提取结果；

分析提取的模型结果，并将该设计方案下预测得到的岸滩横剖面冲淤情况与预期设想进行比较，并根据现有模拟结果进行工程设计的调整；

对调整后的方案重复以上建模和计算的过程并分析新方案的数值结果，经过反馈调节直至达到预想的岸滩横剖面泥沙运动情况。

7.如权利要求1所述的人造沙滩补沙养护工程建设的方法，其特征在于，所述对工程结构高程及稳定性分析中运用压力传感器测定挡浪墙上所受最大波浪水平力、与最大水平波浪力同步的波浪垂直力、挡浪墙底部浮托力及各项点压力分布和同步的最大倾覆力矩；采用重现期为100a、50a、10a的波浪和设计高水位、极端高水位情况下的越浪量，测定挡浪墙高程。

8.一种利用权利要求1所述方法对挡浪墙稳定性和高程进行实验的装置，其特征在于，所述挡浪墙稳定性和高程进行实验的装置包括波高仪和压力传感器；所述压力传感器多点分布在挡浪墙不同深度位置，所述压力传感器用于测定挡浪墙上所受最大波浪水平力、与最大水平波浪力同步的波浪垂直力、挡浪墙底部浮托力及各项点压力分布和同步的最大倾覆力矩；波高仪用于测量水面波浪情况和对边界波浪进行控制，所述波高仪和压力传感器均与外部检测显示装置连接。

9.一种利用权利要求1所述方法的人工沙滩及沙滩补沙、养护施工方法，其特征在于，所述人工沙滩及沙滩补沙、养护施工方法包括以下步骤：

首先组织需要清淤或需要开挖的工；

然后，建设防波堤起基础掩护作用的工程结构；

再者，进行工程平面效果形态所需工程结构的施工；

再进一步，根据人工沙滩剖面坡度大于自然岸滩坡度的情况在沙滩坡脚修建潜堤；

最后，实施人工沙滩的填沙或沙滩补沙。