css templates ..............................................................................................................................................................................ทรายชายหาด

ทรายชายหาด

(Beach Sand)

         คุณสมบัติทางกายภาพของชายหาดนับว่ามีความสำคัญอย่างมาก เพราะเป็นปัจจัยควบคุมการตอบสนองของชายหาดต่อลม คลื่น และกระแสน้ำ ซึ่งมีความสำคัญต่อการรักษาทรัพยากรชายฝั่ง คุณสมบัติที่สำคัญ คือ ขนาดและการกระจายของอนุภาคทรายชายหาด นอกจากนี้รูปร่าง ความถ่วงจำเพาะ ความสามารถในการซึมผ่านได้ และน้ำหนักจำเพาะต้องถูกนำมาพิจารณาด้วยเช่นกัน ปัจจัยที่บ่งชี้การตอบสนองของตะกอนทรายต่อแรงกระทำ คือความเร็วของการตกตะกอนในน้ำ(settling หรือ fall velocity) ซึ่งเป็นตัวแปรที่ถูกนำมาใช้ในการศึกษากลไกการตกตะกอนบริเวณชายหาด อย่างไรก็ตามความเร็วในการตกตะกอนขึ้นอยู่กับขนาด รูปร่าง และความถ่วงจำเพาะของทรายนั้น

           การเก็บตัวอย่างตะกอนชายหาดเพื่อนำไปวิเคราะห์ต้องกระทำอย่างระมัดระวัง ตัวอย่างทรายต้องมีปริมาณเพียงพอสำหรับการวิเคราะห์ ต้องไม่กระทบกระเทือนคุณสมบัติของตะกอนที่เราสนใจ (นั่นคือ ต้องไม่สูญเสียตัวอย่างตะกอนละเอียด) และต้องเป็นตัวแทนของตะกอนชายหาดทั้งในมิติของเวลาและระยะทาง ที่สำคัญต่อคุณลักษณะของชายหาดที่เราสนใจ ตัวอย่างควรถูกเก็บด้วยกระบอกเหล็กที่ถูกกดลึกลงไปสองถึงสามเซ็นติเมตรจากผิวของหาดทราย มีเครื่องมือการเก็บตัวอย่างจำนวนมากได้รับการพัฒนาเพื่อใช้ได้กับการเก็บตัวอย่างตะกอนทรายใต้น้ำ

         Krumbein (1954) และ Krumbein และ Slack (1956) อธิบายแนวทางต่างๆในการเลือกตำแหน่งตัวอย่างของการเก็บตัวอย่างตะกอนชายหาด และยังได้อธิบายวิธีทางสถิติที่ใช้ในการวิเคราะห์ไว้ด้วย โดยทั่วไปแล้วตัวอย่างจะถูกเก็บจากหลายๆจุดตามความลาดยาวของชายหาดในแนวตั้งฉากกับฝั่ง และเป็นระยะห่างเท่าๆกันไปตามแนวชายฝั่ง ตัวอย่างที่เก็บในแต่ละแนวควรจะเป็นตัวแทนของโซนต่างๆตั้งแต่เนินทราย (sand dune) ไปถึงจุดที่คลื่นเริ่มแตก ทั้งนี้การเปลี่ยนแปลงคุณลักษณะของชายหาดตามฤดูกาลต้องถูกนำมาพิจารณาด้วย โดยปกติแล้วโครงการสำรวจตะกอนทรายต้องสอดคล้องกับวิธีการวิเคราะห์ทางสถิติและงบประมาณที่มีอยู่

         ขนาดและการกระจายของขนาดตะกอน

         ขนาดของตะกอนที่พบบริเวณชายฝั่งมีตั้งแต่ดินเหนียว (เส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่าหนึ่งไมครอน) ไปจนถึงกรวด และ หิน (boulder) ที่มีเส้นผ่านศูนย์หลายเซนติเมตร  ชายหาดส่วนมากประกอบด้วยทรายซึ่งมีขนาดอยู่ระหว่าง 0.1-1.0 ม.ม. การจำแนกขนาดของตะกอนที่ใช้กันมีหลายวิธี แต่ที่นิยมใช้กันมากที่สุดถูกเสนอโดย Wentworth (1922) ซึ่งแสดงไว้ในตารางที่ 1 Wentworth ใช้ลอการิทึมฐาน 2 เนื่องจากการกระจายขนาดของตะกอนส่วนมากจะมีความเบ้ (skewness) โดยส่วนใหญ่มีขนาดละเอียด วิธีนี้ซึ่งได้ับการเสนอโดย Krumbein (1936) ช่วยให้นิยามตะกอนขนาดเล็กได้ดีขึ้น

ในเอกสารอ้างอิงจำนวนมาก เส้นผ่านศูนย์กลางของอนุภาคตะกอนถูกนิยามโดยหน่วยของฟี (phi, f ที่เสนอโดย krumbein (1936) และวิธีการจำแนกของ Wentworth สำหรับอนุภาคที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากับ d ..จะเขียนได้ด้วย 

         โดยที่เครื่องหมายลบถูกนำมาใช้เพื่อให้ค่าีf เป็นบวก เพราะตะกอนโดยทั่วไปมีขนาดเล็ก (d<1 ..) ดังนั้นวิธีของ Wentworth จะแสดงขนาดตะกอนด้วยค่าของf อย่างไรก็ตามค่าf อาจทำให้เกิดความสับสนได้ เพราะค่าf ที่เพิ่มขึ้นหมายถึงขนาดของตะกอนที่เล็กลง และแต่ละค่าของf ไม่สัมพันธ์กับขนาดของอนุภาคจริง

         การกระจายขนาดของอนุภาคตะกอนสามารถถูกอธิบายได้ดีที่สุดด้วยวิธีทางสถิติ ตัวอย่างตะกอนสามารถแสดงได้ด้วยฮิสโตแกรมของความถี่ ซึ่งเป็นกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างเปอร์เซ็นต์ของตัวอย่าง (โดยปริมาตรหรือน้ำหนัก) กับค่าf หรือเส้นผ่านศูนย์กลางของอนุภาคในหน่วยมิลลิเมตร   การรวมค่าในฮิสโตแกรมจะได้การกระจายความถี่สะสมของขนาดอนุภาค  (คือกราฟระหว่างเปอร์เซ็นต์สะสมของอนุภาคที่หยาบกว่าหรือละเอียดกว่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของอนุภาค) ซึ่งมีประโยชน์มาก รายละเอียดของเทคนิคเชิงสถิติที่เป็นประโยชน์สำหรับการวิเคราะห์ขนาดของอนุภาคสามารถศึกษาได้จากGriffiths (1967)

          ลักษณะที่สำคัญของการกระจายขนาดตะกอนตามความถี่อาจนิยามได้ด้วยสามตัวแปรเสริม คือ แนวโน้มเข้าสู่ศูนย์กลาง (ได้แก่ ตัวกลางคณิตศาสตร์  mean หรือ mode ของเส้นผ่านศูนย์กลาง) การกระจายหรือการเรียงลำดับ (คือค่าความเบี่ยงเบนมาตรฐานและความไม่สมมาตร (คือความเบ้) เส้นผ่านศูนย์กลาง median สามารถหาได้ง่ายที่สุด และได้รับผลกระทบจากค่าสูงสุดหรือน้อยสุดน้อยกว่าตัวกลางทางสถิติอื่นๆ เช่น ค่าเฉลี่ยคณิตศาสตร์ และ mode โดยทั่วไปแล้วขนาดของทรายชายหาดจะเรียงตัวตามระยะทางจากแหล่งกำเนิด เพราะเมื่อตะกอนถูกพัดพามาตามลำน้ำตะกอนหยาบจะตกลงในลำน้ำ ขณะที่ขนาดเล็กกว่าจะตกตะกอนนอกชายฝั่ง (นั่นคือตะกอนชายหาดจะมีขนาดอยู่ในช่วงแคบๆ  ดังที่กล่าวแล้วข้างต้นทรายชาดหาดและตะกอนอื่นๆจะมีความเบ้ไปทางตะกอนที่มีขนาดเล็กกว่า

 

ตารางที่1 การจำแนกขนาดของตะกอนทรายชาดหาดโดยวิธีของ Wentworth

ประเภทตะกอน
เส้นผ่านศูนย์กลางของอนุภาค
.ม.
Phi (f ) units
Boulder
256
-8
Cobble

128

64

-7

-6

Large

Pebble                   medium

small

very small

32

16

8

4

-5

-4

-3

-2

Granule
2
-1

Very coarse

Coarse

Sand                   Medium

Fine

VEry fine

1

1/2

1/4

1/8

1/16

0

1

2

3

4

Coarse

Silt                   Medium

Fine

Very fine

1/32

1/64

1/128

1/256

5

6

7

8

 

ตารางที่ 2 วิธีการอธิบายคุณลักษณะของตัวอย่างทรายชายหาด (Inman, 1952)

ตัววัด
ชื่อ
คำนิยาม

แนวโน้มเข้าสู่ศูนย์กลาง

(Central tendency)

เส้นผ่านศูนย์กลาง median

เส้นผ่านศูนย์กลางคณิตศาสตร์

การเรียงลำดับ

(Sorting)

ความเบี่ยงเบน

ความเบ้

Skewness)

ความเบ้

 

         วิธีการอธิบายคุณลักษณะของตะกอนบนพื้นฐานของการวิเคราะห์ขนาด ได้รับการเสนอโดย Griffith (1967) โดยใช้แนวโน้มเข้าสู่ศูนย์กลาง การเรียงลำดับ และความไม่สมมาตรของตัวอย่าง ระบบหนึ่งที่ใช้กันเสมอในทางวิศวกรรมได้รับการเสนอโดย Inman (1952) ดังแสดงในตารางที่ 2 โดยที่  และ   คือเปอร์เซ็นต์ของf ที่หยาบกว่าที่หาได้จากกราฟการกระจายสะสมของความถี่

         ตัวอย่างที่อธิบายในตารางที่ 2 มาจากรูปที่ 1 ซึ่งเป็นการวิเคราะห์ขนาดของตัวอย่างทรายชายหาดที่พบได้ทั่วไป การลงจุดกระทำในกระดาษกราฟแบบ log-normal จากประสบการณ์พบว่าการกระจายของทรายชายหาดส่วนมากอธิบายได้ดีในลักษณะของ log-normal ซึ่งจะให้ความสัมพันธ์ใกล้เคียงกับเส้นบนกราฟนี้

Mdf=2.13, Mf=0.5(2.61+1.01)=1.81, sf=0.5(2.61-1.01)=0.80, af=(1.81-2.13)/0.8=0.4

รูปที่ 1 การวิเคราะห์ขนาดของตัวอย่างทรายโดยวิธีของ Inman

 

         ในรูปที่ 1 เส้นผ่านศูนย์กลาง median ในระบบของฟี เท่ากับ 2.13f ซึ่งสมมูลกับเส้นผ่านศูนย์กลาง median ปกติคือ 0.23 ม.ม. และเส้นผ่านศูนย์คณิตศาสตร์ในระบบของฟี เท่ากับ 1.81fแต่ไม่สัมพันธ์กับเส้นผ่านศูนย์กลางคณิตศาสตร์ในหน่วยมิลลิเมตรของตัวอย่าง การกระจายปกติแบบคณิตศาสตร์แสดงได้ด้วย ระยะระหว่างค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานสองค่า คือ เปอร์เซ็นต์ไทล์ที่ 16 และที่ 84 ซึ่งเป็นตัวกำหนดนิยามของความเบี่ยงเบนในระบบของฟี อันเป็นตัวชี้การกระจายหรือเรียงลำดับของตัวอย่างจากขนาด median ถ้าการกระจายมีลักษณะสมมาตรกราฟที่ได้จะเป็นเส้นตรง และจะให้ค่าของเส้นผ่านศูนย์กลาง median และค่าความเบี่ยงเบนในระบบของฟี ที่สมบูรณ์ ค่าความเบ้เป็นตัวชี้ความแตกต่างของ median จากค่าเฉลี่ยคณิตศาสตร์ ทั้งนี้ไม่ควรเปรียบเทียบค่าของความเบี่ยงเบนและความเบ้ในระบบของฟี กับเส้นผ่านศูนย์กลางที่มีหน่วยเป็นมิลลิเมตรเพราะจะไม่มีความหมายใดๆ ทางกายภาพ

การวิเคราะห์ขนาดของตะกอน

        ในการสำรวจภาคสนาม การประมาณอย่างหยาบๆของค่าเฉลี่ยคณิตศาสตร์หรือ median ของอนุภาคทรายจะเป็นประโยชน์สำหรับการวิเคราะห์อย่างรวดเร็ว ซึ่งสามารถทำได้โดยการเปรียบเทียบตัวอย่างในสนามกับตัวอย่างมาตรฐานของแต่ละขนาด ตัวอย่างมาตรฐานอาจทำโดยเอาตัวอย่างทรายมาติดกาวไว้หรือใส่ในหลอดเล็กๆ การวิเคราะห์ขนาดตะกอนอย่างละเอียดที่ใช้กันมากในห้องปฏิบัติการมีสองวิธีคือ โดยการร่อนผ่านตะแกรงและการใช้หลอดตกตะกอน

       การร่อนผ่านตะแกรงถือว่าเป็นวิธีที่มีความน่าเชื่อถือมากที่สุดในการวิเคราะห์ขนาดตะกอนทราย ตะแกรงมาตรฐานของ U.S. มีขนาดรูตะแกรงตั้งแต่ 125 ม.ม. เล็กลงไปจนถึง 0.038 ม.ม. โดยรูตะแกรงที่เล็กกว่า 5.6 ม.ม.จะมีขนาดลดลงในอัตราส่วนคงที่เท่ากับ  (คือ 1.19) หรือ 1/4fสำหรับทรายชายหาดโดยทั่วไป มักใช้ตะแกรงขนาดตั้งแต่ 2.0 ม.ม. ถึง 0.062 ม.ม. โดยลดลงชั้นละ 1/2f ในการวิเคราะห์ Mahlig และ Reed (1972) ได้อธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับวิธีการร่อนผ่านตะแกรงจากตัวอย่างทรายแห้ง (ถ้าเป็นทรายละเอียดใช้ 40-60 กรัมและทราบหยาบใช้ 100-150 กรัม) จะถูกร่อนผ่านตะแกรงและนำเปอร์เซ็นต์สะสมโดยน้ำหนักของตัวอย่างที่ใหญ่กว่าและขนาดของรูตะแกรงมาเขียนเป็นกราฟ เพื่อแสดงแผนภูมิความถี่ขนาดสะสม

        ความเร็วการตกตะกอนของอนุภาคในน้ำนิ่ง จะขึ้นอยู่กับความถ่วงจำเพาะ รูปทรงและขนาดของอนุภาค ดังนั้นการวิเคราะห์การกระจายของขนาดอนุภาคโดยการใช้หลอดตกตะกอน จะเป็นการพิจารณาถึงผลของรูปทรงอนุภาคด้วย ขณะที่ความถ่วงจำเพาะมีอิทธิพลน้อยกว่าเพราะมีค่าไม่แตกต่างกันมากนักสำหรับทรายชายหาดโดยทั่วไป อิทธิพลของรูปทรงและความถ่วงจำเพาะต่อการกระจายของขนาดตะกอน จะสัมพันธ์กับการตอบสนองของตะกอนต่อแรงกระทำของน้ำ การวิเคราะห์โดยใช้หลอดตกตะกอนจะเร็วกว่าการใช้ตะแกรง และไม่ต้องใช้ตัวอย่างจำนวนมาก 

        หลอดตกตะกอนที่ใช้กันมีอยู่สองชนิดคือVisual Accumulation Tube หรือ VAT (Colby และ Christensen, 1956) และ Rapid Sediment Analyzer (Schlee, 1966)  สำหรับ VAT จะเป็นแบบโปร่งใส น้ำถูกเติมเต็มหลอดแก้ว โดยใช้กลไกสำหรับปล่อยตัวอย่างตะกอนอย่างรวดเร็วที่ด้านบนของหลอด และมีอุปกรณ์บันทึกตำแหน่งของผิวสัมผัสระหว่างน้ำกับตะกอนที่ก้นหลอด อัตราการตกสะสมของอนุภาคสัมพันธ์กับความเร็วในการตกตะกอน (ซึ่งก็คือเส้นผ่านศูนย์กลางอนุภาค) ดังนั้นจึงสามารถแปลงเวลาการตกตะกอนให้เป็นความสัมพันธ์ของการกระจายความถี่สะสมของขนาดตะกอนได้ ค่าของเส้นผ่านศูนย์กลางการตกตะกอน (fall หรือ settling diameter) ที่วัดได้เทียบได้กับเส้นผ่านศูนย์กลางของหินควอทซ์ทรงกลม ที่มีความเร็วในการตกตะกอนเท่ากับเม็ดทรายที่ตกตะกอนในน้ำจืดที่มีอุณหภูมิ 24°C

       ค่าที่ได้จากวิธีนี้ อาจไม่เท่ากับค่าที่ได้จากการร่อนผ่านตะแกรง ของเม็ดทรายที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากัน สำหรับอนุภาคไม่แขวนลอยในน้ำ (noncolloidal) ที่เล็กกว่าทรายละเอียดมาก วิธีไฮโดรมิเตอร์หรือปิเป็ทที่เกี่ยวกับการตกตะกอนของอนุภาค อาจถูกนำมาใช้เพื่อหาขนาดของตะกอน (Krumbein และ Pettijohn, 1938) 

คุณสมบัติอื่นๆของตะกอนชายหาด

        รูปทรงของอนุภาคนอกจากจะมีผลต่อการตอบสนองต่อการเคลื่อนที่แล้ว มันยังเป็นตัวชี้ถึงแหล่งที่มาของตะกอนด้วย การขัดสีอย่างต่อเนื่องโดยการแกว่งไปมาในบริเวณชายฝั่ง (surf zone) ทำให้อนุภาคมีความกลมขึ้น รูปทรงของตะกอนสามารถสังเกตได้โดยใช้แว่นขยาย และเปรียบเทียบกับรูปร่างมาตรฐานในแผนภูมิทรายชายหาด ส่วนมากประกอบด้วยแร่ควอทซ์(ความถ่วงจำเพาะ (ถ.พ.) เท่ากับ 2.65) และมีแร่เฟลด์สปาร์ (ถ.พ. 2.54-2.64) ปะปนอยู่เล็กน้อย นอกจากนี้อาจมีแร่แคลไซท์ (ถ.พ. 2.72) ซึ่งอยู่ในรูปของเปลือกหอยและแร่จำพวกโลหะหนัก (ถ.พ.>2.87) อีกเล็กน้อยปะปนอยู่ องค์ประกอบของทรายนี้ในบางครั้งเป็นตัวบอกถึงแหล่งที่มาต่างๆ (Trask, 1952; Kamel และ Johnson, 1963) ความถ่วงจำเพาะโดยรวม (bulk) ของทรายแห้งโดยทั่วไปมีค่า 1.45-1.85 และของทรายเปียกมีค่า 1.90-2.15         ความซึมได้ของพื้นทะเลเป็นตัวควบคุมการไหลเข้าและไหลออกของน้ำทะเลผ่านพื้นทราย เมื่อคลื่นเคลื่อนที่ผ่านไปและทำให้เกิดการสูญเสียพลังงาน ถ้าชายหาดเป็นแบบไม่ทึบน้ำ คลื่นที่ไถลขึ้นเมื่อไหลย้อนกลับจะซึมลงผ่านผิวของหาดทราย ซึ่งมีผลต่อความลาดชันของชายหาด จากการทดลองโดย Krumbein และ Monk (1942) พบว่าความซึมได้ (K) ในสูตรของดาร์ซี หาได้จาก        

ดังนั้นความซึมได้ของทรายชายหาดจะเพิ่มขึ้นตามขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง median ยกกำลังสอง และตามการเรียงตัวของทรายที่เพิ่มขึน

==================================

 

นิยามและกระบวนการของชายฝั่ง

สัณฐานของหาดทราย

กระแสน้ำเลียบชายฝั่ง

การเลี้ยวเบนของคลื่น

การหักเหของคลื่น

โครงสร้างรุกล้ำชายฝั่ง

ทรายชายหาด

การเคลื่อนที่ของตะกอนทรายชายฝั่ง

ภูมิสัณฐานและระบบการเคลื่อนที่ของตะกอนทรายชายฝั่ง

เนินทรายชายฝั่ง

การเติมทรายและการถ่ายเททราย