海滩养护现场观测研究基地

Field Observation and Research Station of Beach Nourishment

海滩养护现场观测研究基地位于山东省日照市,经过两年时间的前期准备,由海滩养护修复研究团队于2019年11月建立。在国家杰出青年科学基金项目(51425901)等科研项目的支持下,该研究基地结合海州湾日照港北区港口岸线退岸还海修复整治工程,服务于海滩养护修复相关的科学研究和技术研发。

海滩养护工程背景:

海州湾日照港北区港口岸线退岸还海修复整治工程是2016年全国首批“蓝色海湾整治行动”立项项目,包括煤堆场南迁、人工沙滩养护修复、构筑物建设等主要内容,形成生态岸线1.8公里,人工沙滩45.83万平方米,化解万平口风景区与南侧煤堆场在岸线利用和环境保护等方面的矛盾,达到延长生态亲水岸线、拓展滨海旅游空间、提升城市形象品味的效果。该工程是全国首个港口工业岸线退岸还海,修复整治成生态旅游岸线的典型案例,具有显著的社会意义、教育教学和科研价值。

观测手段:

为了满足人工沙滩多尺度动力地貌演变研究的需求,综合采用“天、空、岸、海、底”立体化集成互补的多元观测手段:

  1. 高精度卫星遥感监测。采用卫星遥感大数据手段,基于多种数据来源的大范围和长时间序列的天基图像与计算平台,开展大尺度海岸动力过程、植被覆盖、土地利用和海岸灾害等方面的遥感分析。
  2. 高分辨率无人机监测。采用专业级测绘无人机,可实现岸滩地形、海工构筑物、植被分布、工程建设、景观环境的大范围快速监测,单次飞行空间范围可达2平方公里,分辨率1厘米/像素,通过SFM方法生成三维DSM模型。
  3. 岸基数字影像实时监测。采用自主研发的COSVIMS系统,架设于岸边高处,通过采集、储存和分析数字影像,对几公里长的海岸进行高时间分辨率的影像监测和量化分析,可实现全天候实时连续监测,在台风等极端天气条件下仍可进行工作。
  4. 动态剖面变化跟踪监测。定期开展10条固定海滩剖面高程的RTK-GPS测量,同时在滩肩-冲流带-潮间带进行表层沉积物取样,测量范围向海延伸至10m水深。在极端天气前后进行加测。
  5. 近岸水沙运动精细监测。选取代表性断面,综合采用阵列式Pressure Sensor、ADV-profiler、ASM、RTK-GPS等测量仪器,结合影像监测系统,开展近岸浅水区的短波变形、长波演化、底部边界层水沙结构、波浪漫滩及高频地形变化等物理过程的精细观测。

观测内容:

为了提供物理机制分析、数学模型研发、设计评估技术改进以及海滩养护修复工程建设、管理决策、综合效益发挥等方面的科技支撑,将开展以下方面的长期观测:

  1. 波流传播变形。
  2. 泥沙输运与沉积。
  3. 海滩地形演变与工程响应。
  4. 沙丘植被生态恢复与景观建设。
  5. 人类活动与滨海旅游安全。

正在开展的研究:

  1. 人工沙滩演变的多元观测数据集成与校验。
  2. 反射型人工沙滩稳定性及其水沙响应机理。
  3. 人工沙滩演变的新型高效数学模型研发及应用。

相关文献:

[1] Cao Z, Chi S, Zhang C, Liu H, Zheng J. Video-based monitoring of wave overtopping along the breakwater during storm events. Proceedings of 14th International Symposium on River Sedimentation, Chengdu, China, 2019.

[2] Zhubin Cao, Chi Zhang, Shanhang Chi, Lei Zhuang, and Jinhai Zheng (2020). “Video-based Monitoring of an Artificial Beach Nourishment Project”. Journal of Coastal Research, 95(sp1), 1037-1041.

[3] 一种海岸带岸基数字影像监测系统的监测方法,发明专利,ZL201910429568.8,迟善航、张弛、曹祝宾、郑金海、管大为、徐鹏飞、时健、陈大可,国家知识产权局,授权公告日:2020.09.04。

 

海滩养护现场观测研究基地地理位置

海滩养护现场观测研究基地示意图

卫星遥感监测

无人机监测

岸基数字影像监测

动态剖面变化监测