سواش

لایه ای متلاطم از آب که پس از شکسته شدن موج ورودی در ساحل شسته می شود

سواش

Swash یا پیش‌روش در جغرافیا ، لایه‌ای متلاطم از آب است که پس از شکستن موج ورودی در ساحل می‌شوید . عمل swash می تواند مواد ساحل را به سمت بالا و پایین سواحل حرکت دهد که منجر به تبادل رسوب در ساحل می شود. ^[1] مقیاس زمانی حرکت swash بسته به نوع ساحل از ثانیه تا دقیقه متغیر است (شکل 1 را برای انواع ساحل ببینید). معمولاً در سواحل مسطح تر، پیچ و تاب بیشتر رخ می دهد. ^[2] حرکت swash نقش اصلی را در شکل گیری ویژگی های مورفولوژیکی و تغییرات آنها در منطقه Swash بازی می کند. عمل swash همچنین نقش مهمی را به عنوان یکی از فرآیندهای آنی در مورفودینامیک ساحلی گسترده تر ایفا می کند.

شکل 1. طبقه بندی ساحل توسط رایت و شورت (1983) که سواحل اتلاف کننده، میانی و بازتابی را نشان می دهد.

دو روش وجود دارد که حرکات swash را توصیف می کند: (1) swash که از فروپاشی سوراخ های فرکانس بالا ( ) در سطح ساحل حاصل می شود. و (2) swash با حرکات ایستاده و با فرکانس پایین ( ) مشخص می شود. اینکه کدام نوع حرکت swash غالب است به شرایط موج و مورفولوژی ساحل بستگی دارد و این را می توان با محاسبه پارامتر شباهت موج سواری پیش بینی کرد (Guza & Inman 1975): ${\displaystyle f>0.05\,\mathrm {Hz} }$ ${\displaystyle f<0.05\,\mathrm {Hz} }$ ${\displaystyle \epsilon _{b}}$

$${\displaystyle \epsilon _{b}={\frac {4\pi ^{2}H_{b}}{2gT^{2}\tan ^{2}{(\beta )}}}}$$

که در آن ارتفاع شکن، گرانش، دوره موج فرودی و شیب ساحل است. مقادیر شرایط اتلاف را نشان می دهد که در آن swash با حرکت موج بلند ایستاده مشخص می شود. مقادیر شرایط انعکاسی را نشان می‌دهند که در آن حفره‌های موج تحت سلطه‌ی swash هستند. ^[3] ${\displaystyle H_{b}}$ ${\displaystyle g}$ ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle \tan {(\beta )}}$ ${\displaystyle \epsilon _{b}>20}$ ${\displaystyle \epsilon _{b}<2.5}$

Uprush و backwash

Swash از دو مرحله تشکیل شده است: uprush (جریان خشکی) و backwash (جریان دریایی). به طور کلی، روکش سرعت بالاتر و مدت زمان کمتری نسبت به شستشوی معکوس دارد. سرعت‌های خشکی در شروع عملیات بالارفتن در بیشترین مقدار است و سپس کاهش می‌یابد، در حالی که سرعت‌های دریایی در انتهای شستشوی معکوس افزایش می‌یابد. جهت صعود با باد غالب متفاوت است، در حالی که شستشوی معکوس همیشه عمود بر خط ساحلی است. این حرکت نامتقارن سواش می تواند باعث رانش در ساحل و همچنین انتقال رسوب از ساحل شود . ^{[4] [5]}

مورفولوژی سواش

شکل 2. مورفولوژی منطقه Swash و سطح ساحل که اصطلاحات و فرآیندهای اصلی را نشان می دهد (اصلاح شده از Masselink & Hughes 2003)

منطقه swash قسمت بالایی ساحل بین ساحل و منطقه موج سواری است که در آن فرسایش شدید در طول طوفان رخ می دهد (شکل 2). منطقه swash به طور متناوب مرطوب و خشک است. نفوذ (هیدرولوژی) (بالای سطح آب ) و تصفیه (زیر سطح آب ) بین جریان آب زیرزمینی و سطح آب زیرزمینی ساحل انجام می شود. نمای ساحلی، برم، پله ساحلی و لبه های ساحلی ویژگی های مورفولوژیکی معمولی مرتبط با حرکت swash هستند. نفوذ (هیدرولوژی) و انتقال رسوب توسط حرکت swash عوامل مهمی هستند که بر شیب سطح ساحلی حاکم هستند. ^[4]

نمای ساحلی

صفحه ساحلی، بخش مسطح و نسبتاً شیب دار پروفیل ساحل است که در معرض فرآیندهای swash قرار دارد (شکل 2). سطح ساحل از دریاچه تا سطح جزر و مد امتداد دارد . صفحه ساحلی در حالت تعادل دینامیکی با عمل swash قرار می گیرد که میزان انتقال رسوب توسط uprush و backwash برابر باشد. اگر سطح ساحل صاف‌تر از گرادیان تعادل باشد، رسوب بیشتری توسط بالارونده حمل می‌شود تا منجر به انتقال خالص رسوب به خشکی شود . اگر سطح ساحل تندتر از شیب تعادل باشد، حمل و نقل رسوب تحت سلطه شستشوی معکوس قرار می گیرد و این منجر به انتقال خالص رسوب دریایی می شود. گرادیان تعادلی سطح ساحلی توسط یک رابطه متقابل پیچیده از عواملی مانند اندازه رسوب، نفوذپذیری، و سرعت سقوط در منطقه swash و همچنین ارتفاع موج و دوره موج کنترل می شود. برای درک تغییرات مورفولوژیکی و تعادل‌ها ، نمی‌توان سطح ساحل را جدا از منطقه موج‌سواری در نظر گرفت ، زیرا آنها به شدت تحت‌تاثیر ناحیه موج‌سواری و فرآیندهای موج ریزش و همچنین فرآیندهای منطقه swash قرار دارند. ^{[4] [5]}

برم

برم قسمت نسبتاً مسطح ^{[ نیاز به شفاف سازی ]} از ناحیه swash است که در آن انباشته شدن رسوب در دورترین نقطه حرکت swash به سمت خشکی رخ می دهد (شکل 2). این دریاچه از ساحل و تپه های شنی ساحلی در برابر امواج محافظت می کند، اما فرسایش می تواند در شرایط انرژی بالا مانند طوفان رخ دهد. برم در سواحل شنی راحت‌تر تعریف می‌شود و می‌تواند در ارتفاعات مختلف برم‌های متعددی وجود داشته باشد. در سواحل شنی در مقابل، شیب ساحل، برم و ساحل می تواند مشابه باشد. ارتفاع برم توسط حداکثر ارتفاع انتقال رسوب در طول بالا آمدن کنترل می شود. ^[4] ارتفاع برم را می توان با استفاده از معادله تاکدا و سونامورا (1982) پیش بینی کرد.

$${\displaystyle Z_{\mathrm {berm} }=0.125H_{b}^{5/8}(gT^{2})^{3/8}}$$

که در آن ارتفاع شکن، گرانش و دوره موج است. ^{[ توضیح لازم است ]} ${\displaystyle H_{b}}$ ${\displaystyle g}$ ${\displaystyle T}$

پله ساحل

پله ساحلی یک ضایعه غوطه ور در پایه صفحه ساحلی است (شکل 2). پله های ساحل معمولاً درشت ترین مواد را تشکیل می دهند و ارتفاع آن می تواند از چند سانتی متر تا بیش از یک متر متغیر باشد. پله‌های ساحلی در جایی شکل می‌گیرند که شستشوی معکوس با موج برخوردی روبرو شده و گرداب ایجاد می‌کند. هیوز و کاول (1987) معادله ای را برای پیش بینی ارتفاع پله پیشنهاد کردند ${\displaystyle Z_{\mathrm {step} }}$

$${\displaystyle Z_{\mathrm {step} }={\sqrt {H_{b}Tw_{s}}},}$$

سرعت ریزش رسوب کجاست ارتفاع پله با افزایش ارتفاع موج (شکن) ( )، دوره موج ( ) و اندازه رسوب افزایش می یابد. ^[4] ${\displaystyle w_{s}}$ ${\displaystyle Z_{\mathrm {step} }}$ ${\displaystyle T}$

قله های ساحل

شکل 3. مورفولوژی کاسپ ساحل. Uprush در شاخ های کاسپ واگرا می شود و بک واش در فروافتادگی های کاسپ همگرا می شود. (اصلاح شده از Masselink & Hughes 2003)

شستشوی معکوس در ساحل

قله ساحلی تجمع هلالی شکلی از شن یا شن است که یک فرورفتگی نیم دایره ای در یک ساحل را احاطه کرده است. آنها در اثر شن و ماسه تشکیل می شوند و در سواحل شنی بیشتر از شن و ماسه ایجاد می شوند. فاصله کاسپ ها به وسعت افقی حرکت swash مربوط می شود و می تواند از 10 سانتی متر تا 50 متر متغیر باشد. رسوبات درشت تری در شیب شیب دار و به سمت دریا یافت می شوند که «شاخ کاسپ» را نشان می دهد (شکل 3). در حال حاضر دو نظریه وجود دارد که توضیح مناسبی برای شکل گیری قله های ریتمیک ساحل ارائه می دهد: امواج لبه ایستاده و خود سازمان دهی . ^[4]

مدل موج لبه ایستاده

تئوری موج لبه ایستاده، که توسط گوزا و اینمن (1975) ارائه شد، نشان می‌دهد که swash بر حرکت امواج لبه ایستاده که در امتداد ساحل حرکت می‌کنند، قرار می‌گیرد. این امر باعث ایجاد تغییر در ارتفاع سواحل در امتداد ساحل و در نتیجه الگوهای منظم فرسایش می شود . فروافتادگی های کاسپ در نقاط فرسایشی شکل می گیرند و شاخ های کاسپ در گره های موج لبه ایجاد می شوند. فاصله کاسپ ساحل را می توان با استفاده از مدل موج لبه زیر هارمونیک پیش بینی کرد

$${\displaystyle \lambda ={\frac {g}{\pi }}T^{2}\tan(\beta ),}$$

که در آن دوره موج فرودی و شیب ساحلی است. ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle \tan {(\beta )}}$

این مدل فقط شکل گیری اولیه کاسپ ها را توضیح می دهد اما رشد مداوم کاسپ ها را توضیح نمی دهد. دامنه موج لبه با رشد کاسپ ها کاهش می یابد، بنابراین این یک فرآیند خود محدود کننده است. ^[4]

مدل خود سازماندهی

تئوری خودسازماندهی توسط ورنر و فینک (1993) ارائه شد و پیشنهاد می‌کند که کاسه‌های ساحلی به دلیل ترکیبی از بازخورد مثبت که توسط مورفولوژی ساحل و حرکت swash اعمال می‌شود، ایجاد می‌شود و بی‌نظمی توپوگرافی و بازخورد منفی را تشویق می‌کند که برافزایش یا فرسایش در آن را کاهش می‌دهد. لبه های ساحلی به خوبی توسعه یافته این نسبتاً جدید است که منابع محاسباتی و فرمول‌های انتقال رسوب در دسترس قرار گرفته‌اند تا نشان دهند که ویژگی‌های مورفولوژیکی پایدار و ریتمیک می‌توانند توسط چنین سیستم‌های بازخوردی تولید شوند. ^[4] فاصله لبه ساحل، بر اساس مدل خودسازماندهی، متناسب با وسعت افقی حرکت swash S با استفاده از معادله است.

$${\displaystyle \lambda =fS,}$$

که در آن ثابت تناسب f c است . 1.5.

انتقال رسوب

انتقال رسوب از طریق ساحل

تبادل رسوب متقابل ساحل، بین مناطق زیرآبی و زیر آبی ساحل، در درجه اول توسط حرکت swash ارائه می شود. ^[6] نرخ حمل و نقل در منطقه swash در مقایسه با منطقه موج سواری بسیار بالاتر است و غلظت رسوب معلق می تواند از 100 کیلوگرم بر متر ^مکعب در نزدیکی بستر فراتر رود. ^{[4] بنابراین} حمل و نقل رسوب در خشکی و فراساحل توسط swash نقش مهمی در تجمع و فرسایش ساحل ایفا می کند.

تفاوت های اساسی در انتقال رسوب بین بالا آمدن و شستشوی معکوس جریان swash وجود دارد. سربالایی که عمدتاً توسط تلاطم حفره، به ویژه در سواحل شیب دار غالب است، معمولاً رسوبات را برای حمل و نقل معلق می کند. سرعت جریان، غلظت رسوب معلق و شار معلق در شروع بالا آمدن زمانی که تلاطم حداکثر است، در بالاترین حد است. سپس تلاطم به سمت انتهای جریان خشکی از بین می رود و رسوب معلق را به بستر می نشیند. در مقابل، شستشوی معکوس تحت سلطه جریان ورق و حمل و نقل رسوب بار بستر است. سرعت جریان به سمت انتهای شستشوی معکوس افزایش می‌یابد و باعث آشفتگی بیشتر بستر می‌شود که منجر به انتقال رسوب در نزدیکی بستر می‌شود. جهت انتقال رسوب خالص (خشکی یا فراساحلی) تا حد زیادی توسط شیب ساحلی کنترل می شود. ^[5]

رانش در ساحل

رانش درازکشور توسط swash یا به دلیل مورفولوژی کاسپ ساحل یا به دلیل امواج مورب ورودی که باعث حرکت شدید در امتداد ساحل می شود رخ می دهد. تحت تأثیر رانش دراز ساحلی، زمانی که در طول جریان‌های شستشوی معکوس فاز آب سستی وجود نداشته باشد، رسوبات می‌توانند معلق باقی بمانند تا منجر به انتقال رسوب در دریا شود . فرسایش سطح ساحلی توسط فرآیندهای swash بسیار رایج نیست، اما فرسایش می تواند در جایی رخ دهد که swash دارای جزء قابل توجهی در کنار ساحل باشد.

مدیریت

منطقه swash بسیار پویا، قابل دسترسی و حساس به فعالیت های انسانی است. این منطقه می تواند بسیار نزدیک به خواص توسعه یافته باشد. گفته می شود که حداقل 100 میلیون نفر در کره زمین در فاصله یک متری از سطح متوسط ​​دریا زندگی می کنند . ^[7] درک فرآیندهای منطقه آبگیر و مدیریت عاقلانه برای جوامع ساحلی که می توانند تحت تأثیر خطرات ساحلی مانند فرسایش و موج طوفان قرار گیرند، حیاتی است . توجه به این نکته مهم است که فرآیندهای منطقه swash را نمی توان به صورت مجزا در نظر گرفت زیرا به شدت با فرآیندهای منطقه موج سواری مرتبط است. بسیاری از عوامل دیگر، از جمله فعالیت‌های انسانی و تغییرات آب و هوایی نیز می‌توانند بر مورفودینامیک در منطقه سواش تأثیر بگذارند. درک مورفودینامیک گسترده تر در مدیریت موفق ساحل ضروری است.

ساخت دیوارهای دریایی یک ابزار رایج برای محافظت از اموال توسعه یافته مانند جاده ها و ساختمان ها از فرسایش و رکود ساحلی بوده است. با این حال، اغلب اوقات، حفاظت از اموال با ساختن دیوار دریایی باعث حفظ ساحل نمی شود. ساختن یک سازه نفوذناپذیر مانند دیواره دریایی در داخل منطقه swash می تواند با سیستم مورفودینامیک در منطقه Swash تداخل ایجاد کند. ساختن دیوار دریایی می تواند سطح آب را بالا ببرد ، انعکاس امواج را افزایش دهد و تلاطم در مقابل دیوار را تشدید کند. این در نهایت منجر به فرسایش ساحل مجاور یا شکست سازه می شود. ^[۸] باروهای تخته سنگی (همچنین به عنوان روکش یا ریپاپ شناخته می‌شوند) و چهارپایان نسبت به دیواره‌های دریایی غیرقابل نفوذ بازتاب کمتری دارند، زیرا انتظار می‌رود امواج در سراسر مواد شکسته شوند و آب‌شکن و پس‌شوی تولید کنند که باعث فرسایش نمی‌شوند. بقایای صخره‌ای گاهی در مقابل دیواره‌های دریایی قرار می‌گیرند تا تاثیر موج را کاهش دهند و همچنین به ساحل فرسایش‌یافته اجازه بازیابی کنند. ^[9]

درک سیستم حمل و نقل رسوب در منطقه آبگیر نیز برای پروژه های تغذیه ساحل حیاتی است . سواش نقش بسزایی در حمل و نقل و توزیع شن و ماسه اضافه شده به ساحل دارد. در گذشته به دلیل درک ناکافی شکست هایی وجود داشته است. ^[9] درک و پیش‌بینی حرکات رسوب، هم در منطقه swash و surf، برای موفقیت پروژه تغذیه حیاتی است.

مثال

مدیریت ساحلی در بلک راک، در ساحل شمال شرقی خلیج فیلیپ، استرالیا، نمونه خوبی از یک واکنش ساختاری به فرسایش ساحل است که منجر به تغییرات مورفولوژیکی در منطقه آبگیر شد. در دهه 1930، یک دیوار دریایی برای محافظت از صخره از رکود در بلک راک ساخته شد. این منجر به تخلیه ساحل در مقابل دیواره دریا شد که در فصل زمستان توسط طوفان های مکرر آسیب دید. در سال 1969، ساحل با حدود 5000 متر ^مکعب شن و ماسه از داخل کشور تغذیه شد تا حجم شن و ماسه در ساحل برای محافظت از دیواره دریا افزایش یابد. این امر حجم ماسه را تا حدود 10 درصد افزایش داد، با این حال، شن و ماسه با رانش به سمت شمال در پاییز کنار رفت تا دیواره دریا دوباره در معرض اثرات طوفان های زمستانی قرار گیرد. این پروژه نتوانسته بود الگوهای فصلی رانش ساحلی را در نظر بگیرد و میزان شن و ماسه را دست کم گرفته بود، مخصوصاً در قسمت جنوبی ساحل. ^[9]

تحقیق کنید

گفته می‌شود که انجام تحقیقات مورفولوژی و اندازه‌گیری‌های میدانی در منطقه سواش چالش برانگیز است زیرا این یک محیط کم‌عمق و هوادهی با جریان‌های swash سریع و ناپایدار است. ^{[5] [10]} علیرغم دسترسی به منطقه swash و قابلیت اندازه گیری با وضوح بالا در مقایسه با سایر بخش های منطقه نزدیک ساحل، بی نظمی داده ها مانعی برای تجزیه و تحلیل و همچنین مقایسه های مهم بین تئوری و مشاهده ^[5] روش‌های مختلف و منحصربه‌فردی برای اندازه‌گیری‌های میدانی در منطقه swash استفاده شده است. به عنوان مثال، گوزا و تورنتون (1981، 1982) برای اندازه‌گیری‌های افزایش موج از یک سیم با مقاومت دوگانه به طول 80 متر استفاده کردند که در سرتاسر نیمرخ ساحل کشیده شده بود و حدود 3 سانتی‌متر بالای شن و ماسه توسط تکیه‌گاه‌های غیر رسانا نگه داشت. هولمن و سالنجر (1985) تحقیقات اولیه را با گرفتن فیلم هایی از swash انجام دادند تا موقعیت های خط آب را در طول زمان دیجیتالی کنند. بسیاری از مطالعات شامل سازه‌های مهندسی، از جمله دیوارهای دریایی ، اسکله‌ها و موج شکن‌ها ، برای ایجاد معیارهای طراحی که سازه‌ها را از بالا رفتن از فرازهای شدید محافظت می‌کند. ^[2] از دهه 1990، هیدرودینامیک swash توسط محققان ساحلی، مانند Hughes MG، Masselink J. و Puleo JA به طور فعال تر مورد بررسی قرار گرفته است، که به درک بهتر مورفودینامیک در منطقه Swash از جمله تلاطم، سرعت جریان، تعامل با جدول آب زیرزمینی ساحل و انتقال رسوب . با این حال، شکاف در درک هنوز در تحقیقات swash از جمله تلاطم، جریان ورق، حمل و نقل رسوب بستر و هیدرودینامیک در سواحل فوق‌العاده‌ای باقی می‌ماند. ^[5]

همچنین ببینید

• قله ساحل
• تغذیه ساحل
• مدیریت سواحل
• رانش در ساحل
• دیوار دریا
• انتقال رسوب

مراجع

یادداشت ها

1. Whittow، JB (2000). فرهنگ لغت پنگوئن برای جغرافیای فیزیکی . لندن: کتاب های پنگوئن .
2. Komar، PD (1998). فرآیندهای ساحلی و رسوب . صخره های انگلوود : پرنتیس هال .
3. رایت، LD; کوتاه، AD (1984). "تغییرپذیری مورفودینامیکی مناطق موج‌سواری و سواحل: یک سنتز". زمین شناسی دریایی . 56 (1-4): 93-118. Bibcode :1984MGeol..56...93W. doi :10.1016/0025-3227(84)90008-2.
4. Masselink، G. and Hughes MG 2003، مقدمه ای بر فرآیندهای ساحلی و ژئومورفولوژی، هودر آرنولد، لندن
5. Masselink، G. و Puleo، JA 2006، "مورفودینامیک منطقه Swash". تحقیقات فلات قاره، 26، ص661-680
6. Masselink، G. و Hughes، M. 1998، "تحقیق میدانی انتقال رسوب در منطقه آبکش". تحقیقات فلات قاره 18، صص1179-1199
7. Zhang، K.، داگلاس، BC و Leatherman، SP 2004، "گرمایش جهانی و فرسایش ساحلی". تغییرات اقلیمی، 64، صص41-58
8. Rae, E. 2010, "Coastal Erosion and Deposition" در دایره المعارف جغرافیا. انتشارات سیج، 21 مارس 2011، < "فرسایش و رسوبات ساحلی: دانش SAGE". بایگانی شده از نسخه اصلی در 2013-02-01 . بازیابی شده در 2011-05-04 .>
9. Bird، ECF 1996، مدیریت ساحل. جان وایلی و پسران، چیچستر
10. Blenkinsopp, CE, Turner, IL, Masselink, G., Russell, PE 2011, "Fluxes Sediment zone: مشاهدات میدانی". مهندسی سواحل، 58، صص28-44

دیگر

• Guza, RT and Inman, D. 1975, "Edge waves and beach cusps". مجله تحقیقات ژئوفیزیک، 80، صص 2997–3012
• هیوز، ام جی و کاول، PJ 1987، "تنظیم سواحل بازتابنده به امواج". مجله تحقیقات سواحل، 3، صص 153-167
• Takeda, I. and Sunamura, T. 1982, "تشکیل و ارتفاع برم". معاملات، اتحادیه ژئومورفولوژی ژاپن، 3، صص 145-157
• Werner, BT and Fink, TM 1993. "Beach cusps as self-organized patterns". علم، 260، ص 968–971