اختال

يُعرف اندفاع الأمواج ، أو ما يُسمى في الجغرافيا بـ"موجة ما قبل الموجة "، بأنه طبقة مضطربة من الماء تندفع إلى الشاطئ بعد انكسار موجة قادمة . يُمكن لحركة اندفاع الأمواج أن تُحرك مواد الشاطئ صعودًا وهبوطًا، مما يُؤدي إلى تبادل الرواسب عبر الشاطئ. ^{[ 1 ]} يتراوح النطاق الزمني لحركة اندفاع الأمواج من ثوانٍ إلى دقائق، وذلك تبعًا لنوع الشاطئ (انظر الشكل 1 لأنواع الشواطئ). يحدث اندفاع الأمواج بشكل أكبر عمومًا على الشواطئ الأكثر انبساطًا. ^{[ 2 ]} تلعب حركة اندفاع الأمواج الدور الرئيسي في تكوين السمات المورفولوجية وتغيراتها في منطقة اندفاع الأمواج. كما تُؤدي حركة اندفاع الأمواج دورًا هامًا كإحدى العمليات الآنية في ديناميكيات مورفولوجيا السواحل الأوسع نطاقًا .

هناك منهجان لوصف حركات الأمواج المتلاطمة: (1) الأمواج المتلاطمة الناتجة عن انهيار الموجات عالية التردد (${\displaystyle f>0.05\,\mathrm {هرتز} }$) على واجهة الشاطئ؛ و(2) موجة تتميز بثباتها وانخفاض ترددها (${\displaystyle f<0.05\,\mathrm {هرتز} }$تعتمد حركة الأمواج السائدة على ظروف الأمواج وشكل الشاطئ، ويمكن التنبؤ بذلك عن طريق حساب معامل تشابه الأمواج.${\displaystyle \epsilon _{b}}$(جوزا وإنمان 1975):

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

في أي${\displaystyle H_{b}}$ارتفاع قاطع الدائرة،${\displaystyle g}$هي الجاذبية،${\displaystyle T}$هي فترة الموجة الساقطة و${\displaystyle \tan {(\beta )}}$يمثل انحدار الشاطئ. القيم${\displaystyle \epsilon _{b}>20}$تشير هذه القيم إلى ظروف تبديدية حيث يتميز ارتداد الأمواج بحركة موجية طويلة مستقرة.${\displaystyle \epsilon _{b}<2.5}$تشير إلى ظروف انعكاسية حيث تهيمن موجات المد والجزر على حركة الأمواج. ^{[ 3 ]}

تتكون حركة الأمواج من مرحلتين: اندفاع (تدفق باتجاه الشاطئ) وارتداد (تدفق باتجاه البحر). عمومًا، يكون الاندفاع أسرع وأقصر مدة من الارتداد. تبلغ سرعات التدفق باتجاه الشاطئ ذروتها في بداية الاندفاع ثم تتناقص، بينما تزداد سرعات التدفق باتجاه البحر مع اقتراب نهاية الارتداد. يتغير اتجاه الاندفاع تبعًا للرياح السائدة ، بينما يكون الارتداد دائمًا عموديًا على خط الساحل. يمكن أن تتسبب هذه الحركة غير المتناظرة للأمواج في انجراف على طول الشاطئ ، بالإضافة إلى نقل الرواسب عرضيًا . ^{[ 4 ] [ 5 ]}

منطقة المد والجزر هي الجزء العلوي من الشاطئ بين منطقة الشاطئ الخلفي ومنطقة الأمواج المتكسرة ، حيث يحدث تآكل شديد أثناء العواصف (الشكل 2). وتتميز هذه المنطقة بتناوب فترات الرطوبة والجفاف. ويحدث التسرب (الهيدرولوجيا) (فوق مستوى الماء الجوفي ) والتسرب الخارجي (تحت مستوى الماء الجوفي ) بين تدفق المد والجزر ومستوى المياه الجوفية للشاطئ. وتُعدّ واجهة الشاطئ، والحاجز الرملي، والدرجات الشاطئية، والنتوءات الشاطئية من السمات المورفولوجية النموذجية المرتبطة بحركة المد والجزر. ويُعدّ كلٌّ من التسرب (الهيدرولوجيا) ونقل الرواسب بفعل حركة المد والجزر من العوامل المهمة التي تتحكم في انحدار واجهة الشاطئ. ^{[ 4 ]}

أطراف الشاطئ

تُعرف قمة الشاطئ بأنها تراكم رملي أو حصوي على شكل هلال يحيط بانخفاض نصف دائري على الشاطئ. تتشكل هذه القمم بفعل حركة الأمواج، وهي أكثر شيوعًا على الشواطئ الحصوية منها على الشواطئ الرملية. يرتبط تباعد القمم بالامتداد الأفقي لحركة الأمواج، ويتراوح بين 10  سم و50  مترًا. توجد رواسب خشنة على "قرون القمم" شديدة الانحدار والمتجهة نحو البحر (الشكل 3). حاليًا، توجد نظريتان تُقدمان تفسيرًا وافيًا لتكوين قمم الشاطئ الإيقاعية: أمواج الحافة الثابتة والتنظيم الذاتي . ^{[ 4 ]}

نموذج الموجة ذات الحافة الثابتة

تقترح نظرية الموجة الحافية الثابتة، التي قدمها جوزا وإنمان (1975)، أن ارتداد الأمواج يتراكب على حركة الموجات الحافية الثابتة التي تتحرك على طول الشاطئ. ينتج عن ذلك تباين في ارتفاع ارتداد الأمواج على طول الشاطئ، وبالتالي ينتج عنه أنماط منتظمة من التعرية . تتشكل الخلجان المدببة عند نقاط التعرية، وتظهر نتوءات مدببة عند عقد الموجة الحافية. يمكن التنبؤ بتباعد نتوءات الشاطئ باستخدام نموذج الموجة الحافية شبه التوافقي.

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

في أي${\displaystyle T}$فترة الموجة الساقطة و${\displaystyle \tan {(\beta )}}$هو تدرج الشاطئ.

لا يفسر هذا النموذج سوى التكوين الأولي للنتوءات، وليس نموها المستمر. ويتناقص اتساع الموجة الطرفية مع نمو النتوءات، ولذا فهي عملية ذاتية التحديد. ^{[ 4 ]}

نموذج التنظيم الذاتي

طُرحت نظرية التنظيم الذاتي من قِبل فيرنر وفينك (1993)، وهي تشير إلى أن نتوءات الشاطئ تتشكل نتيجةً لتضافر عاملين: التغذية الراجعة الإيجابية الناتجة عن مورفولوجيا الشاطئ وحركة الأمواج، والتي تُشجع على عدم انتظام التضاريس، والتغذية الراجعة السلبية التي تُثبط التراكم أو التعرية على نتوءات الشاطئ المتطورة. وقد أُتيحت الموارد الحاسوبية وصيغ نقل الرواسب مؤخرًا نسبيًا ، مما يُظهر إمكانية إنتاج السمات المورفولوجية المستقرة والإيقاعية بواسطة أنظمة التغذية الراجعة هذه. ^{[ 4 ]} وتتناسب المسافة بين نتوءات الشاطئ، استنادًا إلى نموذج التنظيم الذاتي، مع الامتداد الأفقي لحركة الأمواج S، وذلك باستخدام المعادلة التالية:

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

حيث أن ثابت التناسب f هو c . 1.5.

تتميز منطقة ارتداد الأمواج بديناميكيتها العالية وسهولة الوصول إليها وتأثرها بالأنشطة البشرية. وقد تكون هذه المنطقة قريبة جدًا من المناطق السكنية. ويُقال إن ما لا يقل عن 100  مليون شخص حول العالم يعيشون على بُعد متر واحد من مستوى سطح البحر المتوسط . ^{[ 7 ]} يُعد فهم عمليات منطقة ارتداد الأمواج وإدارتها الرشيدة أمرًا بالغ الأهمية للمجتمعات الساحلية المعرضة لمخاطر ساحلية ، مثل التعرية وارتفاع الأمواج العاصفية . ولا يمكن دراسة عمليات منطقة ارتداد الأمواج بمعزل عن غيرها، إذ إنها مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بعمليات منطقة الأمواج المتكسرة. كما أن العديد من العوامل الأخرى، بما في ذلك الأنشطة البشرية وتغير المناخ، تؤثر على ديناميكيات شكل منطقة ارتداد الأمواج. ويُعد فهم ديناميكيات شكل المنطقة بشكل أوسع أمرًا أساسيًا لإدارة السواحل بنجاح.

يُعدّ بناء الجدران البحرية أداة شائعة لحماية الممتلكات المطورة، كالطرق والمباني، من التآكل الساحلي وانحسار الشاطئ. مع ذلك، غالبًا ما لا يُحقق بناء الجدران البحرية حمايةً كافيةً للشاطئ. فبناء هيكل غير منفذ للماء، كالجدار البحري، ضمن منطقة ارتداد الأمواج، قد يُؤثر سلبًا على النظام المورفوديناميكي في تلك المنطقة. إذ يُمكن أن يُؤدي بناء الجدار البحري إلى رفع منسوب المياه الجوفية ، وزيادة انعكاس الأمواج، وتكثيف الاضطراب على الجدار، ما يُؤدي في نهاية المطاف إلى تآكل الشاطئ المجاور أو انهيار الهيكل. ^{[ 8 ]} أما الحواجز الصخرية (المعروفة أيضًا بالحواجز أو الحواجز الصخرية المُقوّسة) والهياكل الرباعية، فهي أقل انعكاسًا من الجدران البحرية غير المنفذة للماء، إذ يُتوقع أن تنكسر الأمواج على هذه المواد مُحدثةً ارتدادًا للأمواج لا يُسبب التآكل. وفي بعض الأحيان، تُوضع مخلفات صخرية أمام الجدار البحري في محاولة لتقليل تأثير الأمواج ، وللسماح للشاطئ المتآكل بالتعافي. ^{[ 9 ]}

يُعدّ فهم نظام نقل الرواسب في منطقة ارتداد الأمواج أمرًا بالغ الأهمية لمشاريع تغذية الشواطئ . إذ تلعب هذه المنطقة دورًا محوريًا في نقل وتوزيع الرمال المضافة إلى الشاطئ. وقد شهدت مشاريع سابقة إخفاقات نتيجةً لقصور في فهمها. ^{[ 9 ]} لذا، يُعدّ فهم حركة الرواسب والتنبؤ بها، سواء في منطقة ارتداد الأمواج أو منطقة الأمواج المتكسرة، أمرًا حيويًا لنجاح مشروع التغذية.

يُقال إن إجراء أبحاث مورفولوجية وقياسات ميدانية في منطقة ارتداد الأمواج يُمثل تحديًا نظرًا لكونها بيئة ضحلة جيدة التهوية ذات تدفقات ارتداد سريعة وغير مستقرة. ^{[ 5 ] [ 10 ]} على الرغم من سهولة الوصول إلى منطقة ارتداد الأمواج وإمكانية إجراء قياسات عالية الدقة مقارنةً بأجزاء أخرى من المنطقة الساحلية، إلا أن عدم انتظام البيانات يُشكل عائقًا أمام التحليل والمقارنات الدقيقة بين النظرية والملاحظة. ^{[ 5 ]} وقد استُخدمت طرق متنوعة وفريدة لإجراء القياسات الميدانية في منطقة ارتداد الأمواج. فعلى سبيل المثال، استخدم جوزا وثورنتون (1981، 1982) سلكًا مزدوج المقاومة بطول 80 مترًا ممتدًا عبر مقطع الشاطئ ومثبتًا على ارتفاع 3  سم تقريبًا فوق الرمال بواسطة دعامات غير موصلة. كما أجرى هولمان وسالينجر (1985) دراسةً حول ارتداد الأمواج من خلال تصوير مقاطع فيديو لارتداد الأمواج لرقمنة مواقع خط الماء بمرور الوقت. شملت العديد من الدراسات هياكل هندسية، كالجدران البحرية والأرصفة البحرية وحواجز الأمواج ، لوضع معايير تصميم تحمي هذه الهياكل من تجاوز الأمواج العاتية. ^{[ 2 ]} منذ تسعينيات القرن الماضي، ازداد اهتمام الباحثين في مجال السواحل، مثل هيوز إم جي وماسلينك جيه وبوليو جيه إيه، بدراسة ديناميكيات ارتداد الأمواج، مما ساهم في فهم أفضل للديناميكيات المورفولوجية في منطقة ارتداد الأمواج، بما في ذلك الاضطراب وسرعات التدفق والتفاعل مع مستوى المياه الجوفية للشاطئ ونقل الرواسب . ومع ذلك، لا تزال هناك فجوات في فهم ديناميكيات ارتداد الأمواج، لا سيما فيما يتعلق بالاضطراب والتدفق السطحي ونقل رواسب القاع وديناميكيات المياه على الشواطئ ذات التبديد العالي للطاقة. ^{[ 5 ]}