一种基于数字海洋监测的滨海沙滩修复供沙方法与流程

本发明涉及海洋监测与海岸工程，特别是一种基于数字海洋监测的滨海沙滩修复供沙方法。

背景技术：

1、随着海洋环境数字化监测和海岸带生态保护修复技术的发展，滨海沙滩修复逐渐由人工补沙、近岸防护和阶段性岸滩整治向海洋环境连续监测与自然动力协同利用方向发展；滨海沙滩修复过程中需要获取岸滩形态、水深地形、历史岸线、波浪、潮汐、沿岸流及泥沙状态等不同来源的海洋监测数据，通过不同监测时刻及不同岸段位置的连续变化掌握岸线退缩、滩肩变化、近岸槽演化、泥沙亏损和自然动力变化，为侵蚀岸段识别及供沙调控提供动态监测依据。

2、现有滨海沙滩修复过程中，不同来源的海洋监测数据在监测时间、岸段位置及垂岸剖面位置上的对应关系通常存在差异，难以形成能够连续反映同一岸段状态的统一数字化监测数据；同时，现有修复方式通常依据局部及短时水动力状态确定供沙时机，当沙源引擎区、人工沙坝区和沙质岬头区共同参与修复时，海洋环境动态监测状态与不同供沙源之间缺乏连续联动，短时波浪、潮汐及沿岸流变化容易造成供沙状态误判，并产生供沙竞争、保沙冲突和输沙路径冲突，导致自然动力条件与供沙释放状态失配，影响泥沙向侵蚀热点和泥沙亏损段的持续补给。

技术实现思路

1、鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明提供了一种基于数字海洋监测的滨海沙滩修复供沙方法解决多源海洋监测数据缺乏统一时空对应及自然动力变化下多源供沙释放失配的问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

4、本发明提供了一种基于数字海洋监测的滨海沙滩修复供沙方法，其包括，采集目标滨海沙滩的岸滩形态、水深地形、水动力及泥沙数据，按照监测时间和岸段位置进行时空配准，形成数字化监测数据，根据数字化监测数据识别侵蚀热点与泥沙亏损段，划分供沙控制岸段，定位沙源引擎区、人工沙坝区和沙质岬头区并配置供沙参数；持续监测波浪、潮汐、沿岸流和岸滩变化，在自然动力驱动泥沙向泥沙亏损段输移时识别候选供沙相位，对通道开启状态、输沙指向状态和受沙响应状态进行持续性及相位跳变校验，剔除短时波动误触发，并结合供沙源释放冲突形成供沙相位互锁标记；基于供沙相位互锁标记，按照侵蚀热点覆盖关系、输沙路径连续性和受沙响应对应关系，结合供沙竞争关系、保沙冲突关系和路径冲突关系确定主供沙源，将非主供沙源确定为蓄沙保沙约束对象，控制主供沙源释放并对非主供沙源实施差异化保沙，生成协同供沙调控指令；按照协同供沙调控指令执行自然动力驱动供沙，并复核岸滩形态变化和泥沙输移路径，形成多源协同动态供沙记录。

5、作为本发明所述基于数字海洋监测的滨海沙滩修复供沙方法的一种优选方案，其中，所述识别侵蚀热点与泥沙亏损段，划分供沙控制岸段，步骤如下：

6、对目标滨海沙滩建立岸线里程基准和垂岸剖面基准，将岸滩形态、水深地形、历史岸线、水动力条件和泥沙粒径数据分别对应至岸线里程基准和垂岸剖面基准，按照监测时间、岸段位置及垂岸剖面位置进行同一时空基准配准，形成数字化监测数据；

7、根据数字化监测数据识别岸线后退、滩肩缩窄、滨前坡度增陡、低潮滩面降低和近岸槽加深对应的形态变化，将持续形态恶化且位于沿岸流下游方向的岸段确定为侵蚀热点，将剖面沙量不足和近岸浅水区沉积不足的岸段确定为泥沙亏损段；

8、根据各岸段的主导沿岸输沙方向、泥沙亏损等级和自然动力触发类型，将三者一致的相邻岸段合并为供沙控制岸段，并确定上游供沙入口、下游受沙出口、侵蚀热点位置和泥沙亏损段范围，对自然动力触发类型和泥沙输移方向进行连续性校验，在自然动力能够将泥沙由上游供沙入口输送至侵蚀热点位置时，将对应供沙控制岸段确定为可触发岸段。

9、作为本发明所述基于数字海洋监测的滨海沙滩修复供沙方法的一种优选方案，其中，所述定位沙源引擎区、人工沙坝区和沙质岬头区并配置供沙参数，步骤如下：

10、根据可触发岸段的上游供沙入口、下游受沙出口、侵蚀热点位置、泥沙亏损段范围和主导沿岸输沙方向，结合水深地形确定离岸活动水深范围，结合岸滩形态确定岸线节点位置，分别筛选沙源引擎区、人工沙坝区和沙质岬头区；

11、依据沙源引擎区、人工沙坝区和沙质岬头区分别建立沿岸供沙通道、向岸补偿通道和节点缓释通道，使沿岸供沙通道对应长周期沿岸供沙作用，向岸补偿通道对应水下消能与向岸补偿作用，节点缓释通道对应岸线节点缓释作用；

12、对沙源引擎区配置补沙剖面、补沙粒径和注沙量，对人工沙坝区配置坝址水深、离岸距离和坝体尺度，对沙质岬头区配置岬头走向、岬头尺度和潮流通道尺度，并将各供沙参数与对应供沙通道及供沙作用进行匹配。

13、作为本发明所述基于数字海洋监测的滨海沙滩修复供沙方法的一种优选方案，其中，所述持续监测波浪、潮汐、沿岸流和岸滩变化，步骤如下：

14、将沙源引擎区、人工沙坝区和沙质岬头区分别对应至沿岸供沙通道、向岸补偿通道和节点缓释通道，并按照各供沙通道的作用范围采集波浪、潮汐、沿岸流和岸滩形态监测数据；

15、将监测数据与对应供沙通道预定输沙方向和泥沙亏损段范围进行匹配，当自然动力方向与对应供沙通道预定输沙方向一致且岸滩形态变化指向泥沙亏损段并形成受沙响应时，确定为窗口开启状态，自然动力方向一致但受沙响应未连续出现时，确定为窗口观察状态，自然动力方向偏离对应供沙通道预定输沙方向、岸滩形态变化未指向泥沙亏损段中的至少一项成立时，确定为窗口关闭状态。

16、作为本发明所述基于数字海洋监测的滨海沙滩修复供沙方法的一种优选方案，其中，所述在自然动力驱动泥沙向泥沙亏损段输移时识别候选供沙相位，步骤如下：

17、根据沿岸供沙通道、向岸补偿通道和节点缓释通道对应的窗口状态，对各供沙通道的通道开启状态、输沙指向状态和受沙响应状态进行联合识别，并分别对应至沙源引擎区、人工沙坝区和沙质岬头区，确定各供沙源的候选供沙相位；

18、对候选供沙相位进行持续性校验，将连续监测周期内保持同一输沙指向、同一通道开启状态和同一受沙响应状态的候选供沙相位确定为有效供沙相位；

19、对未连续保持对应状态的候选供沙相位进行相位跳变校验，存在相位跳变时判定为短时波动误触发，不存在相位跳变且尚未形成连续稳定状态时确定为待确认相位。

20、作为本发明所述基于数字海洋监测的滨海沙滩修复供沙方法的一种优选方案，其中，所述形成供沙相位互锁标记，步骤如下：

21、将有效供沙相位对应的供沙源确定为释放候选供沙源，将待确认相位对应的供沙源确定为观察候选供沙源，并将未确定为释放候选供沙源且需要维持蓄沙保沙状态的供沙源确定为保持候选供沙源；

22、将释放候选供沙源对应的供沙通道与同一供沙控制岸段内的侵蚀热点位置、泥沙亏损段范围和受沙响应进行对应，分别核验释放候选供沙源指向同一侵蚀热点的状态、供沙通道重叠状态以及泥沙释放对保持候选供沙源蓄沙保沙状态的影响，其中任一状态满足对应释放冲突条件时，确定存在释放冲突；

23、根据释放候选供沙源、观察候选供沙源、保持候选供沙源及对应释放冲突关系形成供沙相位互锁标记。

24、作为本发明所述基于数字海洋监测的滨海沙滩修复供沙方法的一种优选方案，其中，所述确定主供沙源和蓄沙保沙约束对象，步骤如下：

25、基于供沙相位互锁标记，将释放候选供沙源分别与沿岸供沙通道、向岸补偿通道和节点缓释通道的开启状态进行关联，当两个以上释放候选供沙源对应同一侵蚀热点时确定供沙竞争关系，当释放候选供沙源释放影响其他供沙源蓄沙保沙状态时确定保沙冲突关系，当供沙通道发生重叠且实际泥沙输移方向偏离对应供沙通道预定输沙方向时确定路径冲突关系；

26、根据侵蚀热点覆盖关系、输沙路径连续性和受沙响应对应关系，并结合供沙竞争关系、保沙冲突关系和路径冲突关系的命中状态确定各释放候选供沙源的主供沙判定值；

27、将主供沙判定值最高的释放候选供沙源确定为主供沙源，并将主供沙源以外的供沙源确定为蓄沙保沙约束对象。

28、作为本发明所述基于数字海洋监测的滨海沙滩修复供沙方法的一种优选方案，其中，所述控制主供沙源释放并对非主供沙源实施差异化保沙，步骤如下：

29、将主供沙源对应的供沙通道确定为目标释放状态，并将蓄沙保沙约束对象对应的非主供沙通道确定为目标蓄沙保沙状态；

30、当蓄沙保沙约束对象为沙源引擎区时，将沙源引擎区确定为目标受限自然扩散状态，当蓄沙保沙约束对象为人工沙坝区时，将人工沙坝区确定为目标基础轮廓保持状态，当蓄沙保沙约束对象为沙质岬头区时，将沙质岬头区确定为目标限制缓释状态。

31、作为本发明所述基于数字海洋监测的滨海沙滩修复供沙方法的一种优选方案，其中，所述生成协同供沙调控指令，步骤如下：

32、对主供沙源的目标释放状态、非主供沙源的目标保沙状态和供沙相位互锁标记对应的通道释放限制状态进行一致性校验；

33、当主供沙源对应供沙通道满足目标释放状态、蓄沙保沙约束对象满足与供沙源类型对应的目标保沙状态，且供沙相位互锁标记限定的非主供沙通道未被确定为目标释放状态时，确定主供沙源释放与非主供沙源保沙满足互锁要求，生成协同供沙调控指令。

34、作为本发明所述基于数字海洋监测的滨海沙滩修复供沙方法的一种优选方案，其中，所述形成多源协同动态供沙记录，步骤如下：

35、按照协同供沙调控指令执行主供沙源释放和非主供沙源互锁保沙，并对供沙后的岸滩形态变化和泥沙输移路径进行复核，判断泥沙沿主供沙源对应供沙通道向侵蚀热点和泥沙亏损段的输移状态；

36、将主供沙源释放过程、非主供沙源互锁保沙状态、岸滩形态变化和泥沙输移路径复核结果按照同一供沙控制岸段进行关联，形成多源协同动态供沙记录。

37、本发明有益效果为：通过建立岸线里程基准和垂岸剖面基准，将岸滩形态、水深地形、历史岸线、水动力条件和泥沙粒径等不同来源的海洋监测数据按照监测时间、岸段位置及垂岸剖面位置进行同一时空基准配准，使不同来源及不同监测时刻的海洋环境状态形成统一对应的数字化监测数据，为侵蚀热点、泥沙亏损段和供沙控制岸段的确定提供连续数据基础；通过对候选供沙相位的持续性及相位跳变进行校验并形成供沙相位互锁标记，减少短时波浪、潮汐和沿岸流变化造成的供沙误触发；依据侵蚀热点覆盖关系、输沙路径连续性和受沙响应对应关系确定主供沙源，并对非主供沙源实施差异化保沙，使沿岸供沙、向岸补偿和节点缓释按照自然动力状态协调实施，减少泥沙无效释放和非主供沙源过度消耗；通过对供沙后的岸滩形态变化和泥沙输移路径进行复核，提高滨海沙滩侵蚀修复、泥沙持续补给和岸滩形态恢复的连续性及岸段适配性。