Estimating of changes in the volume of sandy beach during a storm

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

An approach is proposed for predicting storm-induced changes in subaerial volume of a sandy beach based on the author’s model of sediment transport in the swash zone. Input parameters in the model are the mean sand size, the slope of the beach and a chronogram of heights and periods of waves in deep water. To calibrate the model, published data from experiments in wave channels were used. Verification of the model was based on the published data from field observations. It is shown that on profiles with a developed system of nearshore bars, beach changes are small even during strong, prolonged storms, while on shores without bars or with one bar, storm erosion is measured in tens of cubic meters per meter of shore. From the calculations it follows that in the intensifying phase of the storm, the slope and volume of the beach decrease, and in the attenuation phase, on the contrary, they increase. Adaptation to external influences occurs with a certain time lag. Changes to the beach under the influence of two successive storms of approximately equal strength are largely determined by the first of them. The root mean square error of the calculations ranges from 11 to 24% relative to the average value of recorded changes in beach volume.

About the authors

I. O. Leont’yev

Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: igor.leontiev@gmail.com
Russian Federation, Moscow

References

  1. Леонтьев И.О. Прибрежная динамика: волны, течения, потоки наносов. М.: ГЕОС, 2001. 272 с.
  2. Леонтьев И.О. Морфодинамические процессы в береговой зоне моря. LAP LAMBERT Academic Publishing. Saarbrücken, 2014. 251 c.
  3. Леонтьев И.О. О расчете вдольберегового транспорта наносов // Океанология. 2014. Т. 54. № 2. С. 226–232. https://doi.org/10.7868/S0030157414020130
  4. Леонтьев И.О., Рябчук Д.В., Сергеев А.Ю. Моделирование штормовых деформаций песчаного берега (на примере восточной части Финского залива) // Океанология. 2015. Т. 55. № 1. С. 147–158. https://doi.org/10.7868/S0030157414060069
  5. Леонтьев И.О. Оценка опасности штормовых размывов песчаного берега // Океанология. 2021. Т. 61. № 2. С. 286–294. https://doi.org/10.31857/S0030157421020118
  6. Леонтьев И.О. Абразия берега, сложенного рыхлым материалом // Океанология. 2022. Т. 62. № 1. С. 125–134. https://doi.org/10.31857/S0030157422010087
  7. Лонгинов В.В. Динамика береговой зоны бесприливных морей. М.: Изд-во АН СССР, 1963. 379 с.
  8. Aagaard T., Nielsen J., Greenwood B. Suspended sediment transport and nearshore bar formation on a shallow intermediate-state beach // Marine Geology. 1998. V. 148. P. 203–225.
  9. Bagnold R.A. Mechanics of marine sedimentation // The Sea. V. 3. N.-Y.: Wiley, 1963. P. 507–528.
  10. Baldock T., Alsina J., Càceres I. et al. Large-scale experiments on beach profile evolution and swash zone sediment transport induced by long waves, wave groups and random waves // Coastal Engineering. 2011. V. 58. P. 214–227.
  11. Blenkinsopp C.E., Turner I.L., Masselink G., Russell P.E. Swash zone sediment fluxes: field observations // Coastal Engineering. 2011. V. 58. P. 28–44. https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2010.08.002
  12. Càceres I., Alsina J.M. Suspended sediment transport and beach dynamics induced by monochromatic conditions, long waves and wave groups // Coastal Engineering. 2016. V. 108. P. 36–55. https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2015.11.004
  13. Chardón-Maldonado P., Pintado-Pati o J.C., Puleo J.A. Advances in swash-zone research: small-scale hydrodynamic and sediment transport processes // Coastal Engineering. 2016. V. 115. P. 8–25. https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2015.10.008
  14. Chen W., van der Werf J.J., Hulcsher S.J.M.H. Practical modelling of sand transport and beach profile evolution in the swash zone // Coastal Engineering. 2024. V. 191. https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2024.104514
  15. Eichentopf S., Càceres I., Alsina J.M. Breaker bar morphodynamics under erosive and accretive wave conditions in large-scale experiments // Coastal Engineering. 2018. V. 138. P. 36–48. https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2018.04.010
  16. Karambas T.V. Prediction of sediment transport in the swash-zone by using a nonlinear wave model // Continent. Shelf Res. 2006. V. 26. P. 599–609. https://doi.org/10.1016/j.csr.2006.01.014
  17. Larson M., Kraus N.C. SBEACH: numerical model for simulating storm-induced beach change. Tech. Rep. CERC-89–9. 1989. US Army Eng. Waterw. Exp. Station. Coastal Eng. Res. Center.
  18. Larson M., Kubota S., Erikson L. Swash-zone sediment transport and foreshore evolution: field experiments and mathematical modeling // Mar. Geol. 2004. V. 212. P. 61–79. https://doi.org/10.1016/j.margeo.2004.08.004
  19. Larson M., Palalane J., Fredriksson C., Hanson H. Simulating cross-shore material exchange at decadal scale. Theory and model component validation // Coastal Engineering. 2016. V. 116. P. 57–66. https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2016.05.009
  20. Leont’yev I.O. Numerical modelling of beach erosion during storm event // Coastal Engineering. 1996. V. 47. P. 413–429.
  21. Leont’yev I.O., Akivis T.M. Erosion Index for Assessing Vulnerability of Sandy Beach // Processes in GeoMedia – V. VI. Springer Geology / T. Chaplina (ed.). 2023. P. 19–32. https://doi.org/10.1007/978-3-031-16575-7
  22. Stockdon H.F., Holman R.A., Howd P.A., Sallenger A.H. Empirical parameterization of setup, swash, and runup // Coastal Engineering. 2006. V. 53. P. 573–588.
  23. Sunamura T. Sandy beach geomorphology elucidated by laboratory modeling // Applications in coastal modeling / Eds. Lakhan V.C., Trenhail A.S. Amsterdam: Elsevier, 1989. P. 159–213.
  24. Van Rijn L.C. Prediction of dune erosion due to storms // Coastal Engineering. 2009. V. 56. P. 441–457. https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2008.10.006
  25. Van Rijn L.C., Walstra D.J.R., Grasmeier B., Sutherland J., Pan S., Sierra J.P. The predictability of cross-shore bed evolution of sandy beaches at the time scale of storms and season using process-based profile models // Coastal. Engineering. 2003. V. 47. P. 295–327.
  26. Van Rijn L.C., Tonnon P.K., Walstra D.J.R. Numerical modelling of erosion and accretion of plane sloping beaches at different scales // Coastal Engineering. 2011. V. 58. P. 637–655. https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2011.01.009
  27. Wise A., Smith S.J., Larson M. SBEACH: numerical model for simulating storm-induced beach change. Tech. Rep. CERC-89–9. Report 4: Cross-shore transport under random waves and model validation with supertank and field data. US Army Corps of Engineers. 1996.
  28. Zheng J., Dean R.G. Numerical models and intercomparisons of beach profile evolutions // Coastal Engineering. 1997. V. 30. P. 169–201.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».