Chapter 1 EM 1110-2-1100 INTRODUCTIONadac.uaa.alaska.edu/css/images/pdf/online_course/references/CEM...Chapter 2 EM 1110-2-1100 COASTAL DIVERSITY (Part I) ... f. Pacific: Sea cliffs

Introduction I-1-i

Chapter 1 EM 1110-2-1100INTRODUCTION (Part I)

1 August 2008 (Change 2)

Table of Contents

PageI-1-1. Purpose and Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-1-1

I-1-2. Applicability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-1-1

I-1-3. Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-1-1

a. Coastal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-1-1b. Coastal engineering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-1-1c. Coastal science . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-1-2

I-1-4. Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-1-2

I-1-5. References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-1-2

I-1-6. Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-1-4

Coastal Diversity I-2-i

Chapter 2 EM 1110-2-1100COASTAL DIVERSITY (Part I)

30 April 2002

Table of Contents

PageI-2-1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-2-1

I-2-2. Coastal Areas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-2-1

a. Atlantic North: Glaciated coast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-2-1b. Atlantic Central and South: Barrier and drowned valley coasts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-2-2c. The Atlantic and Gulf of Mexico: Coral and mangrove coasts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-2-4d. Gulf of Mexico East: Wetland mangrove, and barrier coasts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-2-4e. Gulf of Mexico West: Barrier coast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-2-6f. Pacific: Sea cliffs and terraced coasts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-2-7g. The Bering and Chukchi Seas: Arctic coastal plains and barriers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-2-8h. The Beaufort Sea: Deltaic coast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-2-9i. Pacific: Volcanic islands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-2-9j. Great Lakes of North America . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-2-11

I-2-3. Stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-2-13

I-2-4. Erosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-2-14

I-2-5. Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-2-16

I-2-6. References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-2-24

I-2-7. Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-2-26

History of Coastal Engineering I-3-i

Chapter 3 EM 1110-2-1100HISTORY OF COASTAL ENGINEERING (Part I)

30 April 2002

Table of Contents

PageI-3-1. Ancient World . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-1

I-3-2. Pre-Roman Times . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-1

I-3-3. Roman Times . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-3

I-3-4. Modern Age . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-4

I-3-5. Civil Engineer Era . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-5

I-3-6. United States Army Corps of Engineers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-6

I-3-7. Coastal Engineering in the United States . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-10

a. Nineteenth century projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-10b. Nineteenth century coastal engineering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-11c. Early coastal development and shore protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-12d. Early 20th century beach development and the Engineering Advisory Board on Coastal Erosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-13e. American Shore and Beach Preservation Association . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-13f. The Board on Sand Movement and Beach Erosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-15g. The Beach Erosion Board . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-15h. BEB focus on basic research . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-16i. Dalecarlia reservation and World War II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-19j. BEB accomplishments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-20k. Evolution of shore protection and the shift from structures to beach nourishment . . . . . . I-3-21l. The Coastal Engineering Research Center and the Coastal Engineering Research Board . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-22

(1) Early years . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-22(2) Fort Belvoir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-22(3) Field Research Facility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-23(4) Shore Protection Manual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-23(5) Waterways Experiment Station . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-23(6) The Coastal and Hydraulics Laboratory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-23

I-3-8. Coastal Engineering in the Military . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-23

a. Amphibious operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-23b. Expedient harbors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-24c. Military coastal engineering studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-24d. Port operations, Republic of Korea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-25e. Port operations, Republic of Vietnam . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-25

EM 1110-2-1100 (Part I)30 Apr 02

I-3-ii History of Coastal Engineering

(1) Vung Ro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-26(2) Da Rang River . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-26

f. Temporary wharfs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-26g. Rapidly Installed Breakwater System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-27

I-3-9. Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-28

I-3-10. References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-29

I-3-11. Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-3-36

The Coastal Engineering Manual I-4-i

Chapter 4 EM 1110-2-1100THE COASTAL ENGINEERING MANUAL (Part I)


Table of Contents

PageI-4-1. Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-4-1

a. Shore Protection Planning and Design, TR 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-4-1b. Shore Protection Manual, SPM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-4-1c. Coastal Engineering Manual, CEM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-4-2

I-4-2. Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-4-2

a. Part II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-4-2b. Part III . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-4-2c. Part IV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-4-2d. Part V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-4-3e. Part VI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-4-3f. Appendix A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-4-3g. Updates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-4-3

I-4-3. References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-4-3

I-4-4. Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I-4-4

Water Wave Mechanics II-1-i

Chapter 1 EM 1110-2-1100WATER WAVE MECHANICS (Part II)


Table of Contents

Page

II-1-1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-1

II-1-2. Regular Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-3a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-3b. Definition of wave parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-4c. Linear wave theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-5

(1) Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-5(2) Wave celerity, length, and period . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-6(3) The sinusoidal wave profile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-9(4) Some useful functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-9(5) Local fluid velocities and accelerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-12(6) Water particle displacements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-13(7) Subsurface pressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-21(8) Group velocity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-22(9) Wave energy and power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-26(10) Summary of linear wave theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-29

d. Nonlinear wave theories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-30(1) Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-30(2) Stokes finite-amplitude wave theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-32(3) Subsurface pressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-34(4) Maximum wave steepness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-35

e. Other wave theories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-36(1) Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-36(2) Nonlinear shallow-water wave theories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-36(3) Korteweg and de Vries and Boussinesq wave theories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-36(4) Cnoidal wave theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-37(5) Solitary wave theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-41(6) Stream-function wave theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-50(7) Fourier approximation -- Fenton’s theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-50

f. Wave breaking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-56g. Validity of wave theories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-56

II-1-3. Irregular Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-59a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-59b. Wave train (wave-by-wave) analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-65

(1) Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-65(2) Zero-crossing method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-65(3) Definition of wave parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-66(4) Significant wave height . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-68(5) Short-term random sea state parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-68(6) Probability distributions for a sea state . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-70(7) Wave height distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-74

EM 1110-2-1100 (Part II)1 Aug 08 (Change 2)

II-1-ii Water Wave Mechanics

(8) Wave period distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-75(9) Joint distribution of wave heights and periods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-76

c. Spectral analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-77(1) Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-77(2) Description of wave spectral analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-80(3) Examples of frequency spectra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-85(4) Wave spectrum and its parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-85(5) Relationship between H1/3, Hs and Hm0 in shallow water . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-88(6) Parametric spectrum models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-88(7) Directional spectra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-93(8) Wave groups and groupiness factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-95(9) Random wave simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-97(10) Kinematics and dynamics of irregular waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-98

II-1-4. References and Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-99

II-1-5. Definitions of Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-116

II-1-6. Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-1-121

DEPARTMENT OF THE ARMY EM 1110-2-1100 U.S. Army Corps of Engineers (Part II) Washington, DC 20314-1000 Manual Change 4 No. 1110-2-1100 30 Sep 15

Chapter 2 METEOROLOGY AND WAVE CLIMATE

TABLE OF CONTENTS

Paragraph Page 2-1. Meteorology Introduction 2-1.a II-2-1 General structure of winds in the atmosphere 2-1.b II-2-6 Winds in coastal and marine areas 2-1.c II-2-8 Characteristics of the atmospheric boundary layer 2-1.d II-2-9 Characteristics of near-surface winds 2-1.e II-2-10 Estimating marine and coastal winds 2-1.f II-2-12 Meteorological systems and characteristic waves 2-1.g II-2-25 Winds in hurricanes 2-1.h II-2-26

Step-by-step procedure for simplified estimate of winds for wave prediction 2-1.i II-2-35

2-2. Wave Hindcasting and Forecasting Introduction 2-2.a II-2-39 Wave prediction in simple situations 2-2.b II-2-46 Parametric prediction of waves in hurricanes 2-2.c II-2-52 2-3. Coastal Wave Climates in the United States Introduction 2-3.a II-2-53 Atlantic coast 2-3.b II-2-56 Gulf of Mexico 2-3.c II-2-60 Pacific coast 2-3.d II-2-61 Great Lakes 2-3.e II-2-65 2-4. Additional Example Problem II-2-65 2-5. References II-2-67 2-6. Definitions of Symbols II-2-74 2-7. Acknowledgements II-2-77

Estimation of Nearshore Waves II-3-i

Chapter 3 EM 1110-2-1100ESTIMATION OF NEARSHORE WAVES (Part II)

30 April 2002

Table of Contents

Page

II-3-1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-1a. Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-1b. Practical limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-1c. Importance of water level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-2d. Role of gauging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-3e. Physical modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-3

II-3-2. Principles of Wave Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-4a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-4b. Wave transformation equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-4c. Types of wave transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-5

II-3-3. Refraction and Shoaling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-6a. Wave rays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-6b. Straight and parallel contours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-7c. Realistic bathymetry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-11d. Problems in ray approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-15e. Wave diffraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-16f. Reflection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-16g. Refraction and shoaling of wave spectra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-17h. Alternate formulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-17

(1) Mild slope equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-17(2) Boussinesq equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-17

II-3-4. Transformation of Irregular Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-18

II-3-5. Advanced Propagation Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-19a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-19b. RCPWAVE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-20

(1) Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-20(2) Examples of RCPWAVE results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-21(3) Data requirements for RCPWAVE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-24

c. REFDIF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-24(1) Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-24(2) Wave breaking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-25(3) Wave damping mechanisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-25(4) Wave nonlinearity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-25(5) Numerical noise filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-25(6) Examples of REF/DIF1 results laboratory verification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-26(7) Data requirements for REFDIF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-26

d. STWAVE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-26

EM 1110-2-1100 (Part II)30 Apr 02

II-3-ii Estimation of Nearshore Waves

(1) Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-26(2) Examples of STWAVE results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-29

(a) Spectral versus monochromatic calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-29(b) Effects of coupled source terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-29(c) Wind effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-29

(3) Data requirements for STWAVE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-30e. Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-30

II-3-6. Guidance for Performing Wave Transformation Studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-31a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-31b. Problem formulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-32c. Site analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-32d. Selection of input data site . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-33e. Selection of wave transformation method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-33f. Calibration/verification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-33g. Post-processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-34

II-3-7. References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-34

II-3-8. Definitions of Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-40

II-3-9. Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-3-41

Surf Zone Hydrodynamics II-4-i

Chapter 4 EM 1110-2-1100SURF ZONE HYDRODYNAMICS (Part II)

(Change 1) 31 July 2003

Table of Contents

Page

II-4-1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-4-1

II-4-2. Surf Zone Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-4-1a. Incipient wave breaking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-4-1

(1) Breaker type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-4-1(2) Breaker criteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-4-3(3) Regular waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-4-3(4) Irregular waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-4-4

b. Wave transformation in the surf zone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-4-5(1) Similarity method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-4-5(2) Energy flux method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-4-6(3) Irregular waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-4-8(4) Waves over reefs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-4-11

II-4-3. Wave Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-4-12

II-4-4. Wave Runup on Beaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-4-14a. Regular waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-4-17b. Irregular waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-4-18

II-4-5. Infragravity Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-4-19

II-4-6. Nearshore Currents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-4-20a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-4-20b. Longshore current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-4-22c. Cross-shore current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-4-25d. Rip currents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-4-26

II-4-7. References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-4-27



Water Levels and Long Waves II-5-i

Chapter 5 EM 1110-2-1100WATER LEVELS AND LONG WAVES (Part II)


Table of Contents

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II-5-1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-1a. Purpose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-1b. Applicability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-1c. Scope of manual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-1

II-5-2. Classification of Water Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-2a. Wave classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-2b. Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-5

II-5-3. Astronomical Tides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-5a. Description of tides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-5

(1) Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-5(2) Tide-producing forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-6(3) Spring/neap cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-8(4) Diurnal inequality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-9

b. Tidal time series analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-11(1) Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-11(2) Harmonic constituents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-11(3) Harmonic reconstruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-18(4) Tidal envelope classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-23

c. Glossary of tide elevation terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-25

II-5-4. Water Surface Elevation Datums . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-27a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-27b. Tidal-observation-based datums . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-27c. 1929 NGVD datum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-28d. Great Lakes datums . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-32e. Long-term variations in datums . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-32f. Tidal datums . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-32g. Changes in lake level datums . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-37h. Design considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-38

II-5-5. Storm Surge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-38a. Storm types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-38

(1) Tropical storms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-39(2) Extratropical storms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-42(3) Surge interaction with tidal elevations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-43

b. Storm event frequency-of-occurrence relationships . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-43(1) Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-43(2) Historical method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-46(3) Synthetic method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-47(4) Empirical simulation technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-47


II-5-ii Water Levels and Long Waves

(a) Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-47(b) EST - tropical storm application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-47(c) EST - extratropical storm application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-49

II-5-6. Seiches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-51

II-5-7. Numerical Modeling of Long-Wave Hydrodynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-54a. Long-wave modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-54b. Physical models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-54c. Numerical models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-55

(1) Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-55(2) Example - tidal circulation modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-56(3) Example - storm surge modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-57

II-5-8. References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-5-64



Hydrodynamics of Tidal Inlets II-6-i

Chapter 6 EM 1110-2-1100HYDRODYNAMICS OF TIDAL INLETS (Part II)


Table of Contents

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II-6-1. Introduction to Inlet Hydrodynamic Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-1a. Inlet functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-1b. Inlet characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-3c. Inlet variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-3d. Inlet flow patterns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-4

II-6-2. Inlet Hydrodynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-5a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-5b. Inlet currents and tidal elevations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-7c. Tidal prism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-13d. Determining important inlet parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-19

(1) Cross-sectional area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-19(2) Bay area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-21(3) Friction factor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-21(4) Inlet length . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-22(5) Hydraulic radius . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-23

e. Evaluating inlet hydraulics with Keulegan K . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-26(1) Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-26(2) Jarrett’s classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-26

(a) Class I: Keulegan K < 0.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-26(b) Class II: Keulegan K > 0.80 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-26(c) Class III: 0.3 < K < 0.8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-26

f. Effect of freshwater inflow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-26g. Bay superelevation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-29h. The inlet as a filter, flow dominance, and net effect on sedimentation processes . . . . . . II-6-32

(1) Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-32(2) Tidal constituents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-32(3) Flow dominance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-36

i. Multiple inlets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-37j. Tidal jets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-37k. Tidal dispersion and mixing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-39l. Wave-current interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-39

(1) Wave-current interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-39(2) Current-channel interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-43

m. Other methods of inlet analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-43(1) Automated Coastal Engineering System (ACES) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-43(2) DYNLET1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-44(3) Coastal Modeling System (CMS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-44

(a) WIFM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-44(b) CLHYD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-46


II-6-ii Hydrodynamics of Tidal Inlets

(4) Other models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-47(5) Physical models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-47

II-6-3. Hydrodynamic and Sediment Interaction at Tidal Inlets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-47a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-47b. Tidal prism - channel area relationship . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-47c. Inlet stability analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-49d. Scour hole problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-52e. Methods to predict channel shoaling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-53

(1) Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-53(2) Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-56(3) Phase I: Daily littoral materials transport volumes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-56(4) Phase II: Channel sedimentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-57(5) Phase III: Regression analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-58(6) Normalized, independent filling index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-58(7) Ebb tidal energy flux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-59(8) Hoerls special function distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-60

f. Inlet weir jetty hydraulic and sediment interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-60(1) Weir location . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-60(2) Weir length . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-60

II-6-4. References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-6-61



Harbor Hydrodynamics II-7-i

Chapter 7 EM 1110-2-1100HARBOR HYDRODYNAMICS (Part II)


Table of Contents

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II-7-1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-1

II-7-2. Wave Diffraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-3a. Definition of diffraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-3b. Diffraction analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-3c. Diffraction at a harbor entrance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-3

(1) Waves passing a single structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-3(2) Waves passing through a structure gap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-6

d. Irregular wave diffraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-9e. Combined refraction-diffraction in harbors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-12f. Combined diffraction - reflection in harbors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-13

II-7-3. Wave Transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-19a. Definition of transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-19b. Transmission over/through structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-19

(1) Rubble-mound structures-subaerial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-19(2) Rubble-mound structures-submerged . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-20(3) Permeable rubble-mound structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-21(4) Floating breakwaters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-23(5) Wave barriers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-24

II-7-4. Wave Reflection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-26a. Definition of reflection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-26b. Reflection from structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-28c. Reflection from beaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-29d. Reflection patterns in harbors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-29e. Reflection problems at harbor entrances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-30

II-7-5. Harbor Oscillations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-31a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-31b. Mechanical analogy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-33c. Closed basins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-34d. Open basins - general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-36e. Open basins - simple shapes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-36f. Open basins - complex shapes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-40g. Open basins - Helmholtz resonance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-44


II-7-ii Harbor Hydrodynamics

II-7-6. Flushing/Circulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-48a. Statement of importance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-48b. Flushing/circulation processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-48

(1) Tidal action . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-48(2) Wind effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-49(3) River discharge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-51

c. Predicting of flushing/circulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-51(1) Numerical models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-51(2) Physical model studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-52(3) Field studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-53

II-7-7. Vessel Interactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-54a. Vessel-generated waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-54b. Vessel motions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-57

(1) Response to waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-57(2) Response to currents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-58(3) Wave-current interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-58(4) Vessel sinkage and trim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-59(5) Ship maneuverability in restricted waterways . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-62

c. Mooring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-64(1) Wave forcing mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-64(2) Mooring configurations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-64(3) Mooring lines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-65(4) Fenders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-65(5) Surge natural period . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-65(6) Mooring forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-67

II-7-8. References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-73

II-7-9. Definitions of Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-87


II-7-11. Note to Users, Vessel Buoyancy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-7-91

Hydrodynamic Analysis and Design Conditions II-8-i

Chapter 8HYDRODYNAMIC ANALYSIS AND EM 1110-2-1100

DESIGN CONDITIONS (Part II)30 April 2002

Table of Contents

Page

II-8-1. Overview of Chapter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-1a. Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-1b. Contents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-1c. Relationship to other chapters and parts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-1

II-8-2. Identifying Meteorological and Hydrodynamic Processes Impacting Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-1a. Brief review of processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-1b. Identifying relevant processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-2c. Interaction between processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-2

II-8-3. Acquiring Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-2a. Identifying available information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-2b. Consideration of collecting field measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-2c. Numerical and physical modeling possibilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-2

II-8-4. Statistical Methods - Short-term . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-3a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-3b. Probability distribution functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-3c. Statistical parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-4

II-8-5. Statistical Methods - Long-term . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-4a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-4b. Stochastic time history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-6c. Extremal probability distribution functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-6d. Empirical simulation technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-6e. Methods for fitting distributions to data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-6

(1) Data selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-6(2) Estimating parameters in extremal distribution functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-9(3) Approaches to estimating parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-10(4) Outliers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-11

(5) Choosing an extremal distribution function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-12(6) Confidence intervals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-12

f. Return period and encounter probability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-12g. Extrapolation of data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-13

EM 1110-2-1100 (Part II)30 Apr 02

II-8-ii Hydrodynamic Analysis and Design Conditions

II-8-6. Analysis of Key Meteorological and Hydrodynamic Processes in Design . . . . II-8-13a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-13b. Wind . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-14

(1) Design importance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-14(2) General climate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-14(3) Storms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-14

c. Extreme waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-20(1) Design importance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-20(2) Deep water . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-20(3) Intermediate-depth water . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-25(4) Shallow water (depth-limited) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-25(5) Extreme individual wave characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-26

d. Wave climate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-28(1) Design importance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-28(2) General climate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-28(3) Storms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-30(4) Persistence of high and low wave conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-31

e. Long waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-31(1) Tsunamis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-31(2) Seiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-32(3) Infragravity waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-32

f. Extreme water level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-32(1) Design importance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-32(2) Estimation procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-32

g. Water level climate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-32(1) Design importance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-33(2) Estimation procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-33(3) Long-term changes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-33

h. Currents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-33(1) Design importance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-33

(a) Nearshore shelf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-33(b) Surf zone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-33(c) Inlets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-33(d) Harbors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-33

(2) Estimation procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-33i. Design example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-34

II-8-7. Interdependence of Processes During Severe Events . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-57a. Design importance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-57b. Procedures for estimating realistic design events, probabilities and return periods . . . II-8-57

II-8-8. References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-57

II-8-9. Definition of Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II-8-61


Coastal Sediment Properties III-1-i

Chapter 1 EM 1110-2-1100COASTAL SEDIMENT PROPERTIES (Part III)

30 April 2002

Table of Contents

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III-1-1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-1a. Bases of sediment classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-1b. Sediment properties important for coastal engineering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-1

(1) Properties important in dredging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-2(2) Properties important in environmental questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-2(3) Properties important in beach fills . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-3(4) Properties important in scour protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-3(5) Properties important in sediment transport studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-4

III-1-2. Classification of Sediment by Size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-4a. Particle diameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-4b. Sediment size classifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-5c. Units of sediment size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-9d. Median and mean grain sizes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-9e. Higher order moments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-10f. Uses of distributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-11g. Sediment sampling procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-11h. Laboratory procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-14

III-1-3. Compositional Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-14a. Minerals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-14b. Density . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-15c. Specific weight and specific gravity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-16d. Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-16e. Grain shape and abrasion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-19

III-1-4. Fall Velocity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-21a. General equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-21b. Effect of density . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-24c. Effect of temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-24d. Effect of particle shape . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-24e. Other factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-26

III-1-5. Bulk Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-26a. Porosity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-26b. Bulk density . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-27c. Permeability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-27d. Angle of repose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-30e. Bulk properties of different sediments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-31

(1) Clays, silts, and muds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-31(2) Organically bound sediment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-31

EM 1110-2-1100 (Part III)30 Apr 02

III-1-ii Coastal Sediment Properties

(3) Sand and gravel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-33(4) Cobbles, boulders, and bedrock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-33

III-1-6. References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-33

III-1-7. Definition of Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-40

III-1-8. Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-1-41

Longshore Sediment Transport III-2-i

Chapter 2 EM 1110-2-1100LONGSHORE SEDIMENT TRANSPORT (Part III)

30 April 2002

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III-2-1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-1a. Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-1b. Scope of chapter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-1

III-2-2. Longshore Sediment Transport Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-1a. Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-1b. Modes of sediment transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-3c. Field identification of longshore sediment transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-3

(1) Experimental measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-3(2) Qualitative indicators of longshore transport magnitude and direction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-5(3) Quantitative indicators of longshore transport magnitude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-6(4) Longshore sediment transport estimations in the United States . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-7

III-2-3. Predicting Potential Longshore Sediment Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-7a. Energy flux method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-10

(1) Historical background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-10(2) Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-10(3) Variation of K with median grain size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-13(4) Variation of K with surf similarity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-14

b. Longshore current method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-15c. Using hindcast wave data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-21

(1) Wave transformation procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-21(2) Wave conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-22

d. Deviation from potential longshore sediment transport rates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-26(1) Temporal variations and persistence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-26(2) Wave data accuracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-31(3) Sand supply availability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-32

e. Littoral drift roses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-33f. Cross-shore distribution of longshore sediment transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-36g. Application of longshore sediment transport calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-43

(1) Littoral budgets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-43(2) Variations in longshore sediment transport along the coast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-48

h. Three-dimensionality of shoreline features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-49i. Empirical shoreline models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-54j. Analytical longshore sand transport shoreline change models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-56

EM 1110-2-1100 (Part III)30 Apr 02

III-2-ii Longshore Sediment Transport

III-2-4. Numerical Longshore Sand Transport Beach Change Models . . . . . . . . . . . . . III-2-78a. Types of longshore transport models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-78

(1) Fully three-dimensional models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-78(2) Schematic three-dimensional models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-78(3) One-line (two-dimensional) models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-79

b. Shoreline Change Model GENESIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-80(1) Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-80(2) Input data requirements and model output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-81(3) Capabilities and limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-81(4) Example application - Bolsa Chica, California . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-82


III-2-6. Definition of Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-110

III-2-7. Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-2-111

Cross-Shore Sediment Transport Processes III-3-i

Chapter 3CROSS-SHORE SEDIMENT EM 1110-2-1100TRANSPORT PROCESSES (Part III)


Table of Contents

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III-3-1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-3-1a. Overview/purpose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-3-1b. Scope of chapter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-3-2

III-3-2. General Characteristics of Natural and Altered Profiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-3-2a. Forces acting in the nearshore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-3-2b. Equilibrium beach profile characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-3-9c. Interaction of structures with cross-shore sediment transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-3-16d. Methods of measuring beach profiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-3-16

(1) Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-3-16(a) Fathometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-3-16(b) CRAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-3-18(c) Sea sled . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-3-19(d) Hydrostatic profiler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-3-19

(2) Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-3-19

III-3-3. Engineering Aspects of Beach Profiles and Cross-shore Sediment Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-3-19a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-3-19b. Limits of cross-shore sand transport in the onshore and offshore directions . . . . . . . . III-3-19c. Quantitative description of equilibrium beach profiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-3-21d. Computation of equilibrium beach profiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-3-25e. Application of equilibrium profile methods to nourished beaches. . . . . . . . . . . . . . . . . III-3-25f. Quantitative relationships for nourished profiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-3-26g. Longshore bar formation and seasonal shoreline changes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-3-32h. Static models for shoreline response to sea level rise and/or storm effects . . . . . . . . . III-3-43i. Computational models for dynamic response to storm effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-3-51

(1) Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-3-51(2) Numerical and analytical models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-3-51(3) General description of numerical models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-3-52

(a) Conservation equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-3-52(b) Transport relationships . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-3-52(c) Closed loop transport relationships . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-3-52(d) Open loop transport relationships . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-3-52

(4) General description of analytical models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-3-54j. Example application of an analytical model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-3-55k. Examples of numerical models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-3-59l. Physical modeling of beach profile response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-3-65

EM 1110-2-1100 (Part III)1 Aug 08 (Change 2)

III-3-ii Cross-Shore Sediment Transport Processes




Wind-Blown Sediment Transport III-4-i

Chapter 4 EM 1110-2-1100WIND-BLOWN SEDIMENT TRANSPORT (Part III)

30 April 2002

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III-4-1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-4-1

III-4-2. Wind Regime of U.S. Coastal Areas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-4-1a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-4-1b. Sample wind environments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-4-1c. Wind direction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-4-1

(1) Basic concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-4-2(2) Measurement of wind speed and direction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-4-12(3) Effects of vegetation, dunes, and buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-4-15

III-4-3. Transport Rates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-4-16a. Processes of sand transport by wind . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-4-16b. Sand transport rate prediction formulas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-4-18c. Initiation of sand transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-4-21

III-4-4. Procedures for Calculating Wind-Blown Sand Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . III-4-21

III-4-5. Wind-Blown Sand Transport and Coastal Dunes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-4-39a. Dunes and dune processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-4-39b. Factors affecting dune growth rates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-4-51c. Dune sediment budget . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-4-54d. Procedure to estimate dune "trapping factor" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-4-55e. Continuity equation for wind transport of beach sand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-4-59f. Limited source due to gradation armoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-4-61




Erosion, Transport, and Deposition of Cohesive Sediments III-5-i

Chapter 5EROSION, TRANSPORT, AND DEPOSITION EM 1110-2-1100

OF COHESIVE SEDIMENTS (Part III)30 April 2002

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III-5-2. Consolidated and Unconsolidated Shores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-2a. Consolidated shore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-2b. Mud shore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-6

(1) Mud flat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-6(2) Coastal wetland . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-6(3) Mangrove . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-8(4) Mud ‘beach’ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-8

III-5-3. Erosion Processes on Consolidated Shores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-8

III-5-4. Physical and Numerical Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-10

III-5-5. Geomorphology of Consolidated Shores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-11a. Controlling factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-11

(1) Lag deposits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-11(2) Different stratigraphic units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-11(3) Quantity and mobility of sand cover . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-13(4) Local wave and water level conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-16

b. Profile types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-16

III-5-6. Sediment Properties and Measurement Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-17a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-17b. Consolidated shore erosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-17

(1) Field sampling and geotechnical analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-18(2) Laboratory erodibility experiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-18(3) Field techniques for assessing surface and subsurface conditions . . . . . . . . . . . . . III-5-20

c. Erosion, transport, and deposition of mud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-21(1) Cohesion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-21(2) Critical shear for erosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-21(3) Erosion rate at twice critical shear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-21(4) Critical shear for deposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-22(5) Sediment, fluid mud, and water densities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-22(6) Grain size and settling velocity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-22(7) Degree of consolidation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-23(8) Field measurement techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-23(9) Laboratory measurement techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-24(10) Calibration techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-26

III-5-7. Erosion Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-26

EM 1110-2-1100 (Part III)30 Apr 02

III-5-ii Erosion, Transport, and Deposition of Cohesive Sediments

a. Shear stress . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-26b. Erodibility of consolidated sediments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-26c. Subaqueous erosion of consolidated sediments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-30d. Subaqueous erosion of mud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-33e. Fluid mud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-33f. Subaerial erosion processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-34

III-5-8. Transport Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-38a. Advection and dispersion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-38b. Fluid mud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-38

III-5-9. Deposition Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-38a. Flocculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-38b. Shear stress . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-39c. Krone equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-39d. Fluid mud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-39

III-5-10. Consolidation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-39a. Strength versus consolidation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-39b. Degree of consolidation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-40

III-5-11. Wave Propagation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-40a. Roughness and shear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-40b. Fluid mud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-40

III-5-12. Numerical Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-44a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-44b. Simulating erosion of consolidated sediment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-46c. Simulating erosion and deposition of mud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-48

III-5-13. Engineering and Management Implications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-48a. Setbacks and cliff stablilization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-48b. Vegetation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-48c. Interruption to sediment supply and downdrift impacts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-49d. Remedial measures for cohesive shore erosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-49e. Foundations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-50

III-5-14. References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-53

III-5-15. Definition of Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-60

III-5-16. Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-5-61

Sediment Transport Outside the Surf Zone III-6-i

Chapter 6SEDIMENT TRANSPORT OUTSIDE EM 1110-2-1100

THE SURF ZONE (Part III)30 April 2002

Table of Contents

Page


III-6-2. Combined Wave and Current Bottom Boundary Layer Flow . . . . . . . . . . . . . . . III-6-2a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-2b. Current boundary layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-4c. Wave boundary layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-9

(1) Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-9(2) Evaluation of the wave friction factor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-10(3) Wave boundary layer thickness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-12(4) The velocity profile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-12(5) Extension to spectral waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-12(6) Dissipation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-17

d. Combined wave-current boundary layers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-17(1) Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-17(2) Combined wave-current velocity profile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-18(3) Combined wave-current bottom shear stress . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-19(4) Methodology for the solution of a combined wave-current problem . . . . . . . . . . . III-6-20

III-6-3. Fluid-Sediment Interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-27a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-27b. The Shields parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-28c. Initiation of motion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-29

(1) Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-29(2) Modified Shields diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-29(3) Modified Shields criterion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-31

d. Bottom roughness and ripple generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-34(1) The skin friction concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-34(2) Field data on geometry of wave-generated ripples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-35(3) Prediction of ripple geometry under field conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-36

e. Moveable bed roughness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-36

III-6-4. Bed-load Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-37a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-37b. Pure waves on sloping bottom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-42c. Combined wave-current flows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-42d. Combined current and bottom slope effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-42e. Extension to spectral waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-43f. Extension to sediment mixtures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-43

EM 1110-2-1100 (Part III)30 Apr 02

III-6-ii Sediment Transport Outside the Surf Zone

III-6-5. Suspended Load Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-43a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-43b. Sediment fall velocity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-46c. Reference concentration for suspended sediments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-47

(1) Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-47(2) Mean reference concentration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-50(3) Wave reference concentration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-50

d. Concentration distribution of suspended sediment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-51(1) Mean concentration distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-51(2) Wave-associated concentration distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-51

e. Suspended load transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-52(1) Mean suspended load transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-52(2) Mean wave-associated suspended load transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-53(3) Computation of total suspended load transport for combined wave-current

flows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-59f. Extensions of methodology for the computation of suspended load . . . . . . . . . . . . . . . III-6-59

(1) Extension to spectral waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-59(2) Extension to sediment mixtures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-59

III-6-6. Summary of Computational Procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-59a. Problem specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-59b. Model parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-60c. Computational procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-60

III-6-7. References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III-6-63



Coastal Terminology and Geologic Environments IV-1-i

Chapter 1COASTAL TERMINOLOGY AND EM 1110-2-1100

GEOLOGIC ENVIRONMENTS (Part IV)1 August 2008 (Change 2)

Table of Contents

Page IV-1-1. Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-1

IV-1-2. Coastal Zone Definitions and Subdivisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-2a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-2b. Coastal zone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-3c. Coast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-3d. Shore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-3e. Shoreface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-3f. Continental shelf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-3g. Shoreline definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-6

IV-1-3. Geologic Time and Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-7a. Geologic fossil record . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-7b. Geologic time considerations for coastal engineering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-9

IV-1-4. Water Level Datums and Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-9

IV-1-5. Factors Influencing Coastal Geology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-10a. Underlying geology and geomorphology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-10

(1) Lithology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-10(a) Consolidated coasts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-11(b) Unconsolidated coasts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-11

(2) Tectonics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-11(3) Volcanic coasts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-11

b. High-frequency dynamic processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-13(1) Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-13(2) Tides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-14(3) Energy-based classification of shorelines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-16(4) Meteorology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-18

(a) Wind . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-18(b) Direct influence of wind . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-18(c) Indirect effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-18(d) Land/sea breeze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-18(e) Water level setup and setdown . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-18(f) Seiches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-19

(5) Tropical storms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-19(6) Extratropical storms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-21

c. Biological factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-24

EM 1110-2-1100 (Part IV)1 Aug 08 (Change 2)

IV-1-ii Coastal Terminology and Geologic Environments

IV-1-6. Sea Level Changes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-25a. Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-25

(1) General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-25(2) Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-25(3) Overview of causes of sea level change . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-26

b. Short-term causes of sea level change . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-27(1) Seasonal sea level changes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-27(2) West coast of North America . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-27(3) Rapid land level changes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-27(4) Ocean temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-27(5) Ocean currents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-29

c. Long-term causes of sea level change . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-29(1) Tectonic instability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-29(2) Isostacy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-29(3) Sediment compaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-29

d. Geologic implications of sea level change . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-31(1) Balance of sediment supply versus sea level change . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-31(2) Historical trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-32(3) Specific coastal sites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-33

(a) Sandy (barrier) coasts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-33(b) Cliff retreat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-33(c) Marshes and wetlands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-33

e. Engineering and social implications of sea level change . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-33(1) Eustatic sea level rise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-33(2) Relative sea level (rsl) changes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-34(3) Engineering response and policy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-36(4) Impacts of rising sea level on human populations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-36

f. Changes in sea level - summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-37

IV-1-7. Cultural (Man-Made) Influences on Coastal Geology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-38a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-38b. Dams/Reservoirs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-38c. Erosion control and coastal structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-38d. Modification of natural protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-39

(1) Destructive effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-39(2) Constructive efforts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-39

e. Beach renourishment (fill) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-39f. Mining . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-39g. Stream diversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-39h. Agriculture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-40i. Forestry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-40

IV-1-8. References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-40

IV-1-9. Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-1-49

Coastal Classification and Morphology IV-2-i

Chapter 2 EM 1110-2-1100COASTAL CLASSIFICATION AND MORPHOLOGY (Part IV)

30 April 2002

Table of Contents

Page IV-2-1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-1

IV-2-2. Coastal Classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-1a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-1b. Early classifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-1c. Later classifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-1d. Coastal classification of Francis Shepard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-1e. Classification schemes for specific environments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-3

(1) River systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-3(2) Great Lakes of North America . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-3

IV-2-3. Drowned River Coasts - Estuaries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-4a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-4b. Literature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-4c. Classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-4d. Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-4e. Time relationships and evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-4f. Overall geomorphic characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-7g. Energy factors and sedimentary structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-8

(1) Wave-dominated estuaries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-8(2) Tide-dominated estuaries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-8(3) Estuarine variability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-8

(a) Wave-to-tide transition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-8(b) Effects of tide range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-10(c) Influence of valley shape . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-10(d) Geologic setting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-10

h. Estuarine sediments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-10

IV-2-4. Drowned Glacial Erosion Coasts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-11a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-11b. Erosion and sediment production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-11

(1) Fjords . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-11(2) Depositional features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-11

c. Variability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-11d. Atlantic coast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-11e. Offshore geology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-12

IV-2-5. River Deposition Coasts - Deltas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-12

EM 1110-2-1100 (Part IV)30 Apr 02

IV-2-ii Coastal Classification and Morphology

IV-2-6. Wind Deposition Coasts - Dunes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-12a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-12b. Origin of dunes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-13c. Sediment sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-13d. Modification and stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-14e. Dune vegetation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-16f. Dune fauna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-17g. Classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-17

(1) Foredunes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-17(2) Parabolic dunes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-17(3) Barchan dunes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-17(4) Transverse dune ridges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-17(5) Longitudinal (seif) dunes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-17(6) Blowouts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-17(7) Attached dunes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-17

h. Shoreline protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-17i. Dune restoration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-17

IV-2-7. Volcanic Coasts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-20a. Introduction and definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-20b. General geology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-20c. Composite volcanoes - coastal Alaska . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-21d. Shield volcanoes - Hawaii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-21e. Hazards posed by volcanoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-23

(1) Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-23(2) Earthquakes and tsunamis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-24(3) Ash and fluvial sediment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-25(4) Explosive destruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-25

IV-2-8. Sea Cliffs - Diastrophic, Erosional, and Volcanic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-26

IV-2-9. Marine Deposition Coasts - Barriers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-32a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-32b. Distribution of barrier coasts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-36c. General coastal barrier structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-36d. Origin and evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-39

(1) Emergence model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-39(2) Submergence model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-39(3) Spit detachment model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-39(4) Combined origin model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-39

e. Barrier response to rising sea level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-39

IV-2-10. Marine Deposition Coasts - Beaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-45a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-45b. General definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-45c. Major subdivisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-45

(1) Foreshore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-45(2) Backshore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-46(3) Coastline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-47

d. Beach material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-47

EM 1110-2-1100 (Part IV)30 Apr 02

Coastal Classification and Morphology IV-2-iii

(1) Sand beaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-47(2) Coarse beaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-47(3) Biogenic beaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-48

IV-2-11. Salt Marshes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-48a. Distribution of salt marshes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-48b. Classification of salt marshes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-49c. Sediment characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-49

(1) Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-49(2) Marsh plants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-50(3) Sediment transport and processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-50(4) Engineering problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-51

(a) Sediment deficits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-51(b) Shoreline erosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-51(c) Subsidence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-52(d) Sea level rise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-52(e) Saltwater intrusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-52(f) Canals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-52

(5) Marsh restoration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-52

IV-2-12. Biological Coasts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-52a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-52b. High wave-energy coasts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-53

(1) Coral reefs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-53(2) Worm reefs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-55(3) Oyster reefs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-55(4) Rocky coasts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-58

(a) Kelp beds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-58(b) Kelp biological communities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-58(c) Rock reefs and shorelines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-58

(5) Sandy coasts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-58c. Low wave-energy coasts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-59

(1) General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-59(2) Mangroves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-59

d. Other sources of biogenic sediment in the coastal zone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-60

IV-2-13. Continental Shelf Geology and Topography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-60a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-60b. Continental shelf sediment studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-60c. Continental shelf morphology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-62d. Examples of specific features - Atlantic seaboard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-63e. Riverine influence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-63

IV-2-14. References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-65

IV-2-15. Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-2-77

Coastal Morphodynamics IV-3-i

Chapter 3 EM 1110-2-1100COASTAL MORPHODYNAMICS (Part IV)

30 April 2002

Table of Contents

Page IV-3-1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-1

IV-3-2. Introduction to Bed Forms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-1a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-1b. Environments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-1c. Classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-2d. Ripples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-2e. Dunes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-2f. Plane beds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-2g. Antidunes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-2h. Velocity - grain size relationships . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-4

IV-3-3. Deltaic Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-4a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-4b. General delta classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-8c. Delta-forming processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-8

(1) Force balance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-8(2) River-dominant deltas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-9(3) Wave-dominant deltas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-11(4) Tide-dominant deltas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-13(5) Intermediate forms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-13

d. Deltaic components and sediments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-13e. River mouth flow and sediment deposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-16f. Mississippi Delta - Holocene history, dynamic changes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-22

(1) General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-22(2) Deposition time scales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-22(3) Holocene history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-23(4) Modern delta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-23

g. Sea level rise and deltas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-23IV-3-4. Coastal Inlets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-24

a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-24b. Technical literature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-25c. Classification of inlets and geographic distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-25d. Hydrodynamic processes in inlets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-26e. Geomorphology of tidal inlets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-26

(1) Ebb-tidal deltas (shoals) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-26(2) Flood-tidal deltas (shoals) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-30(3) Bed forms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-32

f. Inlet stability and migration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-32(1) Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-32(2) Inlet migration and spit breaching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-33

EM 1110-2-1100 (Part IV)30 Apr 02

IV-3-ii Coastal Morphodynamics

(3) Ebb-tidal delta breaching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-35(4) Stable inlet processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-35(5) Extension of bypassing models to other environments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-36

g. Inlet response to jetty construction and other engineering activities . . . . . . . . . . . . . . IV-3-36(1) Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-36(2) Technical literature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-36

h. Case study of inlet formation and growth: Shinnecock Inlet, Long Island, New York . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-38(1) Background and inlet breaching (1938) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-38(2) Semi-stabilized inlet (1947) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-38(3) Stabilized inlet (1966) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-39(4) Ebb shoal growth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-40

IV-3-5. Morphodynamics and Shoreface Processes of Clastic Sediment Shores . . IV-3-40a. Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-40

(1) Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-40(2) Literature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-40(3) Significance of clastic coasts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-42(4) Range of coastal environments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-44

b. Tide range and overall beach morphology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-44c. High tidal range (> 2 m) beach morphodynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-46

(1) Review . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-46(2) Macrotidal beach groups . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-46

(a) GROUP 1 - High wave, planar, uniform slope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-46(b) GROUP 2 - Moderate wave, multi-bar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-46(c) GROUP 3 - Low wave beach and tidal flat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-48

(3) Spatial and temporal variations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-49(4) Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-49

d. Morphodynamics of micro- and low-mesotidal coasts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-49e. Processes responsible for shoreface sediment movement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-56f. Sea level change and the Bruun rule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-58

(1) General coastal response to changing sea level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-58(2) Storm response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-59(3) Bruun Rule beach response model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-59(4) Use of models to predict shoreline recession . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-63(5) Recommendations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-63

g. Equilibrium profiles on sandy coasts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-63(1) General characteristics and assumptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-63(2) Shape . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-64(3) Discussion of assumptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-64

(a) Assumption 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-64(b) Assumption 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-64(c) Assumption 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-65(d) Assumption 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-65

(4) General comments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-66h. Depth of closure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-66

(1) Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-66(2) Energy factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-67(3) Time considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-67(4) Predictive methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-67(5) Empirical determination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-68

EM 1110-2-1100 (Part IV)30 Apr 02

Coastal Morphodynamics IV-3-iii

i. Longshore sediment movement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-70j. Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-70

IV-3-6. References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-72

IV-3-7. Definition of Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-84

IV-3-8. Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV-3-86

Planning and Design Process V-1-i

Chapter 1 EM 1110-2-1100PLANNING AND DESIGN PROCESS (Part V)


Table of Contents

PageV-1-1. Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-1

a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-1(1) Purpose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-1(2) Applicability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-1

b. The planning process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-1c. Six major planning steps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-3

(1) Specify problems and opportunities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-3(2) Inventory and forecast conditions if no action is taken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-3(3) Formulate alternative plans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-4(4) Evaluate effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-4(5) Compare alternative plans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-5(6) Select a plan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-5

d. Planning coordination requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-5e. Criteria development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-6f. The design process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-6

(1) Final design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-6(2) Plans and specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-6

g. Construction and monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-6(1) Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-7(2) Post-construction inspection and monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-7

h. Generic design chart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-7

V-1-2. Design Criteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-11

V-1-3. Risk Analysis and Project Optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-12a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-12b. Traditional vs. risk-based analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-12c. Reasons for risk-based analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-13

(1) Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-13(a) Coastal forcing is probabilistic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-13(b) Coastal engineering embodies major uncertainties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-13(c) Damage and functional performance change incrementally . . . . . . . . . . . . . . . V-1-13(d) Benefits and risks not fully represented in deterministic terms . . . . . . . . . . . . . V-1-13(e) Uncertain effects on adjacent areas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-13

(2) Professional judgement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-14d. Considerations for including risk-based analysis in project design . . . . . . . . . . . . . . . V-1-14

(1) Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-14(2) Key variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-14(3) Professional judgement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-14(4) Resistance and functional performance vary with time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-14

EM 1110-2-1100 (Part V)1 Aug 08 (Change 2)

V-1-ii Planning and Design Process

(5) Construction season and mobilization concerns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-14(6) Environmental, aesthetic, social, and political concerns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-14

e. Frequency-based vs. life cycle approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-14f. Typical project elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-15

(1) Site characterization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-15(2) Without-plan alternative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-15(3) Formulate, evaluate, and compare alternative plans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-15

V-1-4. References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-16

V-1-5. Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-1-17

Site Characterization V-2-i

Chapter 2 EM 1110-2-1100SITE CHARACTERIZATION (Part V)


Table of Contents

PageV-2-1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-1

V-2-2. Defining Project Area and Boundary Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-2

V-2-3. Storm Characteristics/Meteorology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-3a. Storm types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-3b. Storm characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-5c. Hypothetical hurricanes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-5

V-2-4. Hydrodynamic Processes (Design Sea State, Water Levels, Currents) . . . . . . . V-2-6a. Design condition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-6b. Design wave height and period . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-6c. Design water level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-7

V-2-5. Seasonal Variability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-7

V-2-6. Topography and Bathymetry (Map Data) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-10a. Data needs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-10b. Available sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-10c. Reliability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-12

V-2-7. Geomorphology/Geometry and Sediment Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-12a. Types of coasts/principal features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-12b. Sources and sinks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-14c. Prevailing sediment characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-16d. Sediment layering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-18

V-2-8. Littoral Drift and Sediment Transport Patterns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-18a. Longshore movement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-18b. Cross-shore movement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-18c. Seasonal reversals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-19d. Long-term reversals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-20e. Slug motion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-20f. Hot spots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-20

V-2-9. Shoreline Change Trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-21a. Evidence of cyclic processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-21b. Eustatic sea level changes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-21c. Subsidence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-21

V-2-10. Land/Shore Use . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-21


V-2-ii Site Characterization

V-2-11. Potential for Project Impacts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-22a. Effects on natural tidal flushing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-22b. Up/downdrift effects and need for bypassing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-22c. Changes in wave climate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-23d. Impact on benthic organisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-23e. Changes in natural habitat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-24

V-2-12. Environmental Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-24a. Surveying the project area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-24b. Mitigation measures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-25c. Water quality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-26d. Disposal of materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-26

V-2-13. Regional Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-26a. Regulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-26b. Seismic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-27c. Tsunami . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-27d. Ice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-28

V-2-14. Foundation/Geotechnical Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-29

V-2-15. Availability of Materials (Sand/Stone Resources) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-29a. Sand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-29b. Stone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-30

V-2-16. Accessibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-32

V-2-17. Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-34

V-2-18. Data Needs and Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-35

V-2-19. References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-38

V-2-20. Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-2-44

Shore Protection Projects V-3-i

Chapter 3 EM 1110-2-1100SHORE PROTECTION PROJECTS (Part V)


Table of Contents

Page V-3-1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-1

a. Major concerns for shore protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-1(1) Storm damage reduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-1

(a) Coastal floodings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-1(b) Wave damage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-1

(2) Coastal erosion mitigation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-1(3) Ecosystem restoration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-3

b. Alternatives for shore protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-3(1) Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-3(2) Armoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-3(3) Shoreline stabilization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-7(4) Beach nourishment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-7(5) Adaptation and retreat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-7(6) Combinations and new technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-7(7) Do nothing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-7

c. Design constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-7(1) Scientific and engineering understanding of nature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-8

(a) New Coastal Engineering Manual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-8(b) CP Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-8(c) EST methodology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-8

(2) Economics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-9(a) Cost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-9(b) Benefits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-10(c) Benefit/cost ratios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-12(d) Sea level rise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-12

(3) Environmental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-12(a) Types of environmental concerns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-12(b) Impact on natural sediment transport system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-13(c) Mitigation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-13

(4) Institutional, political, legal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-14(a) Institutional (policies and guidelines) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-14(b) Political (social well-being) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-15(c) Legal (laws) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-16

(5) Aesthetics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-18

V-3-2. Coastal Armoring Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-19a. Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-19

(1) Seawalls and dikes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-19(2) Bulkheads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-19(3) Revetments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-24(4) Combinations and other types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-25

b. Functional design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-25


V-3-ii Shore Protection Projects

c. Interaction with adjacent beaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-28(1) Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-28(2) Literature review . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-29

(a) Common concerns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-29(b) Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-32(c) Frontal impacts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-32(d) Impacts on laterally adjacent beach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-33

(3) Active volume in the cross-shore profile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-34(4) Sand rights and mitigation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-34

V-3-3. Beach Stabilization Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-35a. Naturally stable shorelines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-35b. Minimum dry beach width . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-35c. Headland breakwaters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-37

(1) Background and definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-37(2) Physical processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-37(3) Functional design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-37

(a) Parabolic bay shape . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-39(b) Minimum width for storm protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-39

(4) Applications on Chesapeake Bay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-41d. Nearshore breakwaters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-43

(1) Background and definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-43(2) Physical processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-45

(a) Normal morphological responses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-45(b) Storm processes and response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-48

(3) Functional design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-48(a) Salients or tombolos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-50(b) Planform configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-55(c) Other design factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-56(d) Minimum dry beach width, Ymin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-57

(4) Nontraditional designs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-57e. Groins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-59

(1) Background and definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-59(2) Literature review . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-67(3) Physical processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-69

(a) Normal morphological response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-69(b) Storm response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-69

(4) Functional design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-70(a) Insight from numerical models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-70(b) Groin profile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-72(c) Permeability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-72(d) Terminal groins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-73(e) Groins system transitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-74(f) Order of construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-74

(5) Nontraditional configurations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-74(6) Basic rules for functional design of groins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-76

f. Reefs, sills, and wetlands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-78(1) Background and definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-78(2) Reefs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-78

(a) Natural types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-78


Shore Protection Projects V-3-iii

(b) Wave attenuation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-79(c) Artificial reefs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-79

(3) Sills . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-79(a) Perched beach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-79(b) Wetlands protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-79

(4) Wetlands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-80

V-3-4. Nonstructural Alternatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-80a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-80b. Adaptation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-80

(1) Zoning and building codes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-80(2) Setback limits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-82

c. Retreat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-82(1) Cape Shoalwater, Washington . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-82(2) Baytown, Texas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-82(3) Special cases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-84

(a) Brighton Beach Hotel, Coney Island, NY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-84(b) Cape Hatteras Lighthouse, NC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-84

(4) Impact of sea level rise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-86

V-3-5. Combinations and New Technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-86a. Combinations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-87

(1) Structural combinations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-87(a) Beach stabilization structures and beach nourishment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-87(b) Seawalls, revetments, and beach nourishment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-87(c) Beach nourishment and rebuilt dune with buried seawall/revetment . . . . . . . . V-3-87

(2) Nonstructural and structural combinations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-87b. New technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-87

(1) Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-87(2) Pre-cast, concrete units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-88(3) Geotextile filled bags . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-90(4) Beach drains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-90(5) Innovative technology demonstration program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-90

V-3-6. Do-Nothing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-92a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-92b. Appropriate response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-92c. After the flood . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-92d. Government programs available . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-92e. National coastal hazard mitigation plan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-93

V-3-7. References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-93

V-3-8. Definition of Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-3-109


Beach Fill Design V-4-i

Chapter 4 EM 1110-2-1100BEACH FILL DESIGN (Part V)


Table of Contents

PageV-4-1. Engineering Aspects of Beach-Fill Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-1

a. Project objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-1b. Project features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-1

(1) Beach berm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-1(2) Dune . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-3(3) Nearshore berm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-4(4) Feeder beach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-5(5) Structures in conjunction with beach nourishment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-5

c. Define regional setting and site history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-5(1) Site location within littoral cell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-6(2) Pathways of sediment movement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-7(3) Beach topography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-8(4) Sediment characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-8(5) Wave and water level climate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-9(6) Existing structures and infrastructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-9(7) Prior engineering activities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-10

d. Reach delineation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-10e. Evaluate sediment sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-11

(1) Borrow source types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-11(2) Borrow site exploration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-15(3) Borrow site characterization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-19

f. Beach-fill cross-section design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-28(1) Berm elevation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-28(2) Berm width . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-29(3) Dune dimensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-32(4) Design profile shape . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-32(5) Optimization of design profile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-35(6) Cross-sectional fill volume requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-38

g. Evaluating project longevity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-46(1) Periodic renourishment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-47(2) Advance nourishment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-49(3) Fill parameters affecting lateral spreading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-49(4) Shoreline change modeling to estimate advance fill and renourishment

requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-55(5) Anticipating hot spots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-61

h. Fill transitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-66i. Beach-fill stabilization measures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-71

(1) Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-71(2) Evaluation and optimization of stabilization structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-74(3) Dune stabilization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-75


V-4-ii Beach Fill Design

j. Construction issues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-78(1) Removal, transfer, and placement of borrow material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-78(2) Construction template . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-80(3) Postconstruction profile adjustment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-82

k. Plans and specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-84(1) Schedules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-84(2) Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-85

l. Project monitoring and data analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-90(1) Monitoring objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-90(2) Physical monitoring components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-90(3) Borrow area monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-94(4) Biological monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-95(5) Structure monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-96

m. Operations and maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-96(1) Purpose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-96(2) Scope of the O&M manual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-96(3) Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-96(4) Operations and maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-98(5) Periodic nourishment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-99(6) Responsibilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-101

V-4-2. References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-101

V-4-3. Definition of Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-4-108


Navigation Projects V-5-i

Chapter 5 EM 1110-2-1100NAVIGATION PROJECTS (Part V)


Table of Contents

Page V-5-1. Project Assessment and Alternative Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-1

a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-1(1) Purpose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-1(2) Contents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-1(3) Relationship to other chapters and parts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-1

b. Port and harbor facility issues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-2(1) Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-2(2) Deep- versus shallow-draft projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-2(3) Organizations related to navigation projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-2(4) Trends in port and harbor development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-3

c. Preliminary planning and design elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-4d. Policy considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-5

V-5-2. Defining Vessel Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-5a. Deep-draft ships and shallow-draft vessels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-5

(1) Vessel dimensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-5(2) Cargo capacity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-6(3) Restrictions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-8(4) Vessel characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-8(5) Form coefficients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-11(6) Ship speed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-11(7) Maneuverability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-12

b. Vessel operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-12(1) Navigation system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-12(2) Typical operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-13(3) Shallow water, restricted channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-14(4) Ice navigation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-17

c. Design considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-19(1) Design vessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-19(2) Design transit and mooring area conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-20

V-5-3. Data Needs and Sources (Pre-project) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-21a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-21b. Currents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-21c. Water levels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-21d. Wind . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-21e. Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-21f. Water quality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-21g. Sediments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-21h. Bathymetry and sediment transport processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-21i. Ecological processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-21


V-5-ii Navigation Projects

j. Local coordination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-21(1) Pilot interviews . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-21(2) U.S. Coast Guard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-22(3) Accident records . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-22

V-5-4. Economic Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-22

V-5-5. Channel Depth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-24a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-24b. Effect of fresh water . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-25c. Vessel motion from waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-25d. Vessel squat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-29e. Trim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-34f. Shallow-water effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-34g. Safety clearance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-34h. Advance maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-34i. Dredging tolerance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-34j. Tidal shoals and ship transit concerns example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-35

V-5-6. Channel Alignment and Width . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-38a. Alignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-38b. Inner channels (protected waters and harbor areas) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-39

(1) Width . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-39(2) Berthing areas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-44(3) Special considerations due to ice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-44

c. Entrance channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-44d. Turns and bends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-45

V-5-7. Other Project Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-47a. Turning basins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-47b. Moorage/anchorage areas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-49c. Basin flushing and water quality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-49d. Navigation structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-50

(1) Breakwaters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-50(2) Jetties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-55(3) Training dikes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-58(4) Wave absorbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-58(5) Revetments, seawalls, and bulkheads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-60

V-5-8. Aids to Navigation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-60

V-5-9. Operation, Monitoring, and Maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-63

V-5-10. Model and Specialized Field Studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-65a. Harbor modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-65

(1) Physical modeling as a design tool . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-65(2) Example: Dana Point Harbor, California . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-67(3) Numerical modeling as a design tool . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-69

(a) Wind waves, swell, and harbor oscillations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-69(b) Example: Kikiaola Harbor, Kauai, Hawaii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-71


Navigation Projects V-5-iii

(c) Flushing and circulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-78(d) Example: Maalaea Harbor, Maui, Hawaii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-78(e) Shore response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-79

b. Navigation modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-80(1) Physical models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-80

(a) Example: Barbers Point Harbor, Oahu, Hawaii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-80(b) Additional Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-85

(2) Ship simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-85(a) Example: Alafia River Harbor, Florida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-87(b) Example: San Juan Harbor, Commonwealth of Puerto Rico . . . . . . . . . . . . . V-5-90

c. Specialized field studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-92(1) Harbors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-92

(a) Example: Kahului Harbor, Maui, Hawaii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-92(b) Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-93

(2) Ship tracking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-93

V-5-11. References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-96

V-5-12. Definitions of Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-103

V-5-13. Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-5-104

Sediment Management at Inlets V-6-i

Chapter 6 EM 1110-2-1100 SEDIMENT MANAGEMENT AT INLETS (Part V) 31 July 2003

Table of Contents

Page V-6-1. Introduction .............................................................................................................. V-6-1 a. Overview................................................................................................................ V-6-1 b. Definitions ............................................................................................................. V-6-1 c. Background............................................................................................................ V-6-1 d. Summary................................................................................................................ V-6-5 V-6-2. Regional Sediment Management and Coastal Inlet Processes ........................... V-6-5 a. Overview.............................................................................................................................V-6-5 b. Regional sediment management .........................................................................................V-6-5 (1) Overview......................................................................................................................V-6-5 (2) Critical role of inlets ....................................................................................................V-6-6 (3) Coastal inlet processes .................................................................................................V-6-7 c. Inlet operation and maintenance activities ......................................................................V-6-14 d. Inlet modifications of longshore transport .......................................................................V-6-16 e. Alongshore extent of inlet influence .................................................................................V-6-21 f. Estimating alongshore extent of inlet influence ...............................................................V-6-25 g. Inlet interactions with adjacent beaches ..........................................................................V-6-56 (1) General.......................................................................................................................V-6-56 (2) Detection....................................................................................................................V-6-57 V-6-3. Inlet and Adjacent Beach Sediment Budgets .............................................................V-6-65 a. Overview...........................................................................................................................V-6-65 b. Introduction ......................................................................................................................V-6-66 c. Theory...............................................................................................................................V-6-66 d. Project applications .........................................................................................................V-6-68 e. History of and procedure for sediment budget formulation .............................................V-6-68 f. Data required ...................................................................................................................V-6-73 g. Sediment budget methods and tools .................................................................................V-6-75 V-6-4. Engineering Approaches ...............................................................................................V-6-118 a. General considerations ..................................................................................................V-6-118 b. Application of sediment budget to design.......................................................................V-6-125 c. Principles of sand bypassing and backpassing ..............................................................V-6-130 V-6-5. Engineering Methods ......................................................................................................V-6-131 a. Jetty sand-tightening ......................................................................................................V-6-131 b. Sand transfer plants........................................................................................................V-6-131 (1) Fixed systems...........................................................................................................V-6-131 (2) Mobile systems ........................................................................................................V-6-132 (3) Semimobile systems ................................................................................................V-6-132

EM 1110-2-1100 (Part V) 31 Jul 03

V-6-ii Sediment Management at Inlets

(4) Equipment for sediment extraction..........................................................................V-6-133 (5) Equipment for discharge ..........................................................................................V-6-139 c. Sediment traps, deposition basins, and inlet sediment sources ......................................V-6-143 (1) Introduction..............................................................................................................V-6-143 (2) Weirs and weir jetties ..............................................................................................V-6-143 (3) Sediment traps..........................................................................................................V-6-145 (4) Channel wideners.....................................................................................................V-6-146 (5) Flood shoals .............................................................................................................V-6-147 (6) Ebb shoals ................................................................................................................V-6-147 d. Bypass system capacity ..................................................................................................V-6-148 (1) Dredges, jet pumps, and other pumps......................................................................V-6-148 (2) Excavation craters....................................................................................................V-6-149 (3) Productivity..............................................................................................................V-6-149 (4) Weir jetty systems....................................................................................................V-6-151 e. Placement of material .....................................................................................................V-6-154 (1) Alongshore location.................................................................................................V-6-154 (2) Nearshore disposal ...................................................................................................V-6-156 f. Costs ...............................................................................................................................V-6-162 V-6-6. Project Experience ..........................................................................................................V-6-162 a. Overview of existing prototype systems..........................................................................V-6-162 (1) Santa Cruz Harbor, California .................................................................................V-6-162 (2) Santa Barbara Harbor, California ............................................................................V-6-164 (3) Port Hueneme, Channel Islands Harbor, and Ventura marina, California...............V-6-165 (4) Oceanside Harbor, California ..................................................................................V-6-166 (5) Indian River Inlet, Delaware....................................................................................V-6-167 (6) Rudee Inlet, Virginia................................................................................................V-6-168 (7) Masonboro Inlet, North Carolina.............................................................................V-6-169 (8) Ponce de Leon Inlet, Florida....................................................................................V-6-170 (9) Port Canaveral Entrance, Florida.............................................................................V-6-171 (10) South Lake Worth Inlet, Florida .............................................................................V-6-171 (11) Boca Raton Inlet, Florida........................................................................................V-6-172 (12) Hillsboro Inlet, Florida ...........................................................................................V-6-173 (13) Port Sanilac, Michigan............................................................................................V-6-174 (14) Viareggio Harbor and Marina di Carrara, Italy ......................................................V-6-174 (15) Nerang River Entrance, Queensland, Austraila ......................................................V-6-177 (16) Other projects..........................................................................................................V-6-178 b. Lessons learned ..............................................................................................................V-6-178 V-6-7. References .........................................................................................................................V-6-181 V-6-7. Definition of Symbols .....................................................................................................V-6-198 V-6-8. Acknowledgments ...........................................................................................................V-6-201

Coastal Engineering for Environmental Enhancement V-7-i

Chapter 7 EM 1110-2-1100COASTAL ENGINEERING FOR (Part V)

ENVIRONMENTAL ENHANCEMENT 31 July 2003

Table of Contents

PageV-7-1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-1

V-7-2. Coastal Habitat Projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-1

V-7-3a. Habitat Trade-offs: Issues Associated with Compensatory Mitigation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-2

V-7-3b. Habitat Restoration: Issues and Initiatives Beyond Compensatory Mitigation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-3

V-7-4. Ecosystem Function and Biodiversity in Coastal Habitat Projects . . . . . . . . . . V-7-3

V-7-5. Defining Success and Project Maintenance and Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-4

V-7-6. Adaptive Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-5

V-7-7. Design Considerations and Information Sources for Habitat Projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-5a. Underwater projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-5

(1) Artificial reefs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-5(2) Oyster reefs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-6(3) Coral reefs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-7(4) Live bottom and worm rock reefs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-8(5) Seagrasses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-9(6) Use of dredged material for creating shallow habitat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-11

b. Projects at the land-sea interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-11 (1) Mud/sand flats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-11

(2) Intertidal salt and brackish marshes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-12(3) Tidal freshwater wetlands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-14(4) Tidal freshwater marsh restoration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-15(5) Mangroves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-16(6) Rocky intertidal shores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-16

c. Projects in coastal uplands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-17(1) Coastal dunes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-17(2) Coastal dune restoration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-18(3) Maritime forests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-20(4) Bird/wildlife islands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-20

V-7-8. Environmental Features of Traditional Coastal Engineering Projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-21a. Example project types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-21

(1) Beach nourishment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-21(2) Shoreline structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-22

EM 1110-2-110031 Jul 03

V-7-ii Coastal Engineering for Environmental Enhancement

(a) Breakwaters and sills . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-23(b) Groins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-23(c) Seawalls and revetments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-24

(3) Navigation, ports, and marinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-24(a) Construction and maintenance channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-24(b) Inlets and jetties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-25(c) Piers and docks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-25(d) Boat basins and marinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-26(e) Port facilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-26(f) Confined disposal facilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-26

V-7-9. Environmental Issues To Be Considered for All Projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-27a. In the water . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-27

(1) Sea turtles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-27(2) Cetaceans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-28(3) Fish and invertebrates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-28

b. At the shore/water interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-29(1) Sea turtles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-29(2) Marine mammals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-29(3) Sea, shore, and wading birds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-30(4) Fish and invertebrates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-31

c. Critical areas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-31

V-7-10. Information Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-33

V-7-11. References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-7-34


VI-1-i

EM 1110-2-1100 (Part VI) Change 3 (28 Sep 11)

CHAPTER VI-1

Introduction to Coastal Project Element Design

TABLE OF CONTENTS

Page VI-1-1. Introduction to Part VI ............................................................................................... VI-1-1

a. Part VI Overview .................................................................................................... VI-1-1 b. Comparison between Part VI and the Shore Protection

Manual .................................................................................................................. VI-1-2 c. Logical Connections to Other Coastal Engineering

Manual Parts ......................................................................................................... VI-1-4 d. Using Part VI in the Design Process ....................................................................... VI-1-4

VI-1-2. References .................................................................................................................. VI-1-5

VI-1-3. Acknowledgements .................................................................................................... VI-1-5

VI-1-4. Symbols ...................................................................................................................... VI-1-5

VI-2-i


CHAPTER 2 Types and Functions of Coastal Structures

TABLE OF CONTENTS

Page

VI-2-1. Applications ............................................................................................................... VI-2-1

a. Sea dikes ................................................................................................................ VI-2-1 b. Seawalls ................................................................................................................. VI-2-1 c. Revetments ............................................................................................................ VI-2-1 d. Bulkheads .............................................................................................................. VI-2-2 e. Groins .................................................................................................................... VI-2-3 f. Detached breakwaters ............................................................................................ VI-2-4 g. Reef breakwaters ................................................................................................... VI-2-5 h. Submerged sills ..................................................................................................... VI-2-5 i. Beach drains ........................................................................................................... VI-2-6 j. Beach nourishment and dune construction ............................................................. VI-2-6 k. Breakwaters ........................................................................................................... VI-2-6 l. Floating breakwaters .............................................................................................. VI-2-7 m. Jetties .................................................................................................................... VI-2-7 n. Training walls ........................................................................................................ VI-2-7 o. Storm surge barriers .............................................................................................. VI-2-7 p. Pipelines ................................................................................................................ VI-2-7 q. Pile structures ........................................................................................................ VI-2-8 r. Scour protection ..................................................................................................... VI-2-8

VI-2-2. Typical Cross Sections and Layouts ......................................................................... VI-2-8

a. Sea dikes ................................................................................................................ VI-2-8 b. Seawalls and revetments ....................................................................................... VI-2-9 c. Groins .................................................................................................................. VI-2-12 d. Detached breakwaters .......................................................................................... VI-2-14 e. Rubble-mound breakwaters ................................................................................. VI-2-15 f. Reshaping rubble-mound breakwaters ................................................................. VI-2-18 g. Reef breakwaters ................................................................................................. VI-2-19 h. Vertical-front breakwaters ................................................................................... VI-2-19 i. Piled breakwaters ................................................................................................. VI-2-23 j. Jetties .................................................................................................................... VI-2-23 k. Storm surge barriers ............................................................................................ VI-2-23


VI-2-ii

VI-2-3. Main Types of Concrete Armor Units ..................................................................... VI-2-24

VI-2-4. Failure Modes of Typical Structure Types .............................................................. VI-2-26

a. Failure .................................................................................................................. VI-2-26 b. Sloping-front structures ....................................................................................... VI-2-27 c. Vertical-front structures ....................................................................................... VI-2-42 d. Floating structures ............................................................................................... VI-2-54 e. Beach fills ............................................................................................................ VI-2-54 f. Scour potential and toe failure ............................................................................. VI-2-55

VI-2-5. References ................................................................................................................ VI-2-55

VI-2-6. Acknowledgments .................................................................................................... VI-2-56

VI-3-i


CHAPTER 3

Site Specific Design Conditions

TABLE OF CONTENTS Page VI-3-1. Foundation/Geotechnical Requirements ............................................................... VI-3-1

a. Introduction ....................................................................................................... VI-3-1 b. Foundation loads ............................................................................................... VI-3-1 c. Foundation soil responses ................................................................................. VI-3-2 d. Geotechnical investigations .............................................................................. VI-3-3 e. Geotechnical design criteria for shallow foundations ....................................... VI-3-6 VI-3-2. Seasonal Profile Variation .................................................................................... VI-3-8 VI-3-3. Flanking Possibility .............................................................................................. VI-3-9 VI-3-4. Seismic Activity .................................................................................................. VI-3-10 VI-3-5. Ice ........................................................................................................................ VI-3-11

a. Ice loading ....................................................................................................... VI-3-11 b. Ice on sloping-sided (rubble-mound) structures ............................................. VI-3-12 c. Ice on vertical-wall structures ......................................................................... VI-3-13 d. Ice on the shoreline and shore protection structures ....................................... VI-3-14 e. Ice on floating breakwaters ............................................................................. VI-3-14 f. Ice on piles and piers ....................................................................................... VI-3-14 VI-3-6. Environmental Considerations ............................................................................ VI-3-14 VI-3-7. Construction Considerations ............................................................................... VI-3-15 VI-3-8. Other Design Considerations .............................................................................. VI-3-19

a. Regulatory compliance .................................................................................... VI-3-19 b. Project maintenance ........................................................................................ VI-3-19 c. Disposal of dredged materials ......................................................................... VI-3-20 d. Aesthetics ........................................................................................................ VI-3-20 e. Aids to navigation ........................................................................................... VI-3-20 f. Fishing platforms ............................................................................................. VI-3-20


VI-3-ii

g. Vandalism and theft ........................................................................................ VI-3-21 VI-3-9. References ........................................................................................................... VI-3-21 VI-3-10. Acknowledgments............................................................................................... VI-3-22

VI-4-i


CHAPTER 4

Materials and Construction Aspects

TABLE OF CONTENTS Page VI-4-1. Material Requirements .......................................................................................... VI-4-1

a. Material properties and strength ....................................................................... VI-4-1 b. Material durability ............................................................................................ VI-4-2 c. Material adaptability ......................................................................................... VI-4-4 d. Material costs .................................................................................................... VI-4-4 e. Material availability .......................................................................................... VI-4-4 f. Material handling requirements ......................................................................... VI-4-6 g. Material maintenance requirements .................................................................. VI-4-7 h. Material environmental impacts ....................................................................... VI-4-8 VI-4-2. Earth and Sand ...................................................................................................... VI-4-9

a. Uses of earth and sand in coastal construction ................................................. VI-4-9 b. Physical and mechanical properties of earth and sand ................................... VI-4-10 c. Placement considerations for earth and sand .................................................. VI-4-15 d. Environmental effects on earth and sand ........................................................ VI-4-15 VI-4-3. Stone ................................................................................................................... VI-4-16

a. Use of stone in coastal construction ................................................................ VI-4-16 b. Physical and mechanical properties of rock ................................................... VI-4-17 c. Quarrystone procurement and inspection guidelines ...................................... VI-4-22 d. Placement considerations for stone ................................................................. VI-4-23 e. Environmental effects on stone ....................................................................... VI-4-27 VI-4-4. Portland Cement Concrete and Bituminous Concrete ........................................ VI-4-28

a. Use of concrete and asphalt in coastal construction ....................................... VI-4-28 b. Physical and mechanical properties of concrete ............................................. VI-4-30 c. Physical and mechanical properties of asphalt ............................................... VI-4-35 d. Concrete construction practices ...................................................................... VI-4-36 e. Concrete for armor units ................................................................................. VI-4-38 f. Environmental effects on concrete and asphalt ............................................... VI-4-39


VI-4-ii

VI-4-5. Steel and Other Metals ........................................................................................ VI-4-40

a. Use of metal in coastal construction ............................................................... VI-4-40 b. Physical and mechanical properties of metals ................................................ VI-4-41 c. Design values for structural metals ................................................................. VI-4-43 d. Metal protective treatments ............................................................................ VI-4-46 e. Metal fasteners and connections ..................................................................... VI-4-46 f. Environmental effects on metal ....................................................................... VI-4-47 VI-4-6. Wood ................................................................................................................... VI-4-47

a. Use of wood in coastal construction ............................................................... VI-4-47 b. Physical and mechanical properties of wood .................................................. VI-4-48 c. Design values for structural lumber ................................................................ VI-4-50 d. Wood preservatives and treatment .................................................................. VI-4-51 e. Wood fasteners and connectors ....................................................................... VI-4-51 f. Environmental effects on wood ....................................................................... VI-4-52 VI-4-7. Geotextiles and Plastics ...................................................................................... VI-4-53

a. Use of plastics in coastal construction ............................................................ VI-4-53 b. Physical and mechanical properties of plastics ............................................... VI-4-55 c. Design requirements for geotextile fabrics ..................................................... VI-4-57 d. Geotextile installation considerations ............................................................. VI-4-61 e. Environmental effects on geotextiles and plastics .......................................... VI-4-64 VI-4-8. References ........................................................................................................... VI-4-65 VI-4-9. Acknowledgements ............................................................................................. VI-4-68 VI-4-10. Symbols ............................................................................................................... VI-4-69

VI-5-i


CHAPTER 5

Fundamentals of Design

TABLE OF CONTENTS

Page

VI-5-1. Introduction ..................................................................................................... VI-5-1 a. Overview ..................................................................................................... VI-5-1 b. Wave/structure interaction .......................................................................... VI-5-2 VI-5-2. Structure Hydraulic Response ........................................................................ VI-5-3 a. Wave runup and rundown on structures ..................................................... VI-5-3 b. Wave overtopping of structures ................................................................ VI-5-22 c. Wave reflection ......................................................................................... VI-5-38 d. Wave transmission .................................................................................... VI-5-50 VI-5-3. Rubble-Mound Structure Loading and Response ......................................... VI-5-59 a. Armor layer stability ................................................................................. VI-5-59 b. Granulated filters and geotextile filter stability ........................................ VI-5-94 c. Structural integrity of concrete armor units .............................................. VI-5-98 d. Toe stability and protection .................................................................... VI-5-111 e. Design of structure cross section ............................................................ VI-5-125 f. Blanket stability in current fields ............................................................ VI-5-140 VI-5-4. Vertical-Front Structure Loading and Response ........................................ VI-5-145 a. Wave forces on vertical walls ................................................................. VI-5-145 b. Wave-generated forces on vertical walls and caissons ........................... VI-5-149 c. Wave-generated forces on concrete caps ................................................ VI-5-174 d. Stability of concrete caps and caissons against sliding and

overturning ............................................................................................ VI-5-181 e. Waves at structure convex and concave corners ..................................... VI-5-184 f. Uplift forces ............................................................................................ VI-5-188 VI-5-5. Foundation Loads ....................................................................................... VI-5-192 a. Introduction ............................................................................................. VI-5-192 b. Soil and rock properties .......................................................................... VI-5-194 c. Strength parameters ................................................................................. VI-5-204 d. Hydraulic gradient and flow forces in soils ............................................ VI-5-212 e. Cyclic loading of soils ............................................................................. VI-5-217 f. Dynamic loading of soils under monolithic structures ............................ VI-5-231 g. Slip surface and zone failures ................................................................. VI-5-234


VI-5-ii

h. Settlement ............................................................................................... VI-5-250 VI-5-6. Scour and Scour Protection ......................................................................... VI-5-252 a. Scour problems in coastal engineering ................................................... VI-5-252 b. Prediction of scour .................................................................................. VI-5-257 c. Design of scour protection ...................................................................... VI-5-274 VI-5-7. Wave Forces on Slender Cylindrical Piles ................................................. VI-5-278 a. Introduction ............................................................................................. VI-5-278 b. Vertical cylindrical piles and nonbreaking waves .................................. VI-5-280 c. Selection of hydrodynamic force coefficients CD, CM, and CL ............... VI-5-301 d. Safety factors in pile design .................................................................... VI-5-307 e. Other considerations related to forces on slender cylindrical

piles ....................................................................................................... VI-5-308 VI-5-8. Other Forces and Interactions ..................................................................... VI-5-309 a. Impact forces ........................................................................................... VI-5-309 b. Ice forces ................................................................................................. VI-5-310 VI-5-9. References ................................................................................................... VI-5-320 VI-5-10. Acknowledgements ..................................................................................... VI-5-352 VI-5-11. Symbols ....................................................................................................... VI-5-353

VI-6-i


CHAPTER 6

Reliability Based Design of Coastal Structures

TABLE OF CONTENTS Page VI-6-1. Introduction ........................................................................................................... VI-6-1 VI-6-2. Failure Modes and Failure Functions ................................................................... VI-6-2 VI-6-3. Single Failure Modes Probability Analysis .......................................................... VI-6-3 a. Level III methods .............................................................................................. VI-6-3 b. Level II methods ............................................................................................... VI-6-5 VI-6-4. Failure Probability Analysis of Failure Mode Systems ...................................... VI-6-15 VI-6-5. Parameter Uncertainties in Determining the Reliability of Structures ............... VI-6-22

a. Uncertainty related to failure mode formulae ................................................. VI-6-22 b. Uncertainty related to environmental parameters ........................................... VI-6-22 c. Uncertainty related to structural parameters ................................................... VI-6-25 VI-6-6. Partial Safety Factor System for Implementing Reliability in Design ............... VI-6-26

a. Introduction to partial safety factors ............................................................... VI-6-26 b. Uncertainties and statistical models ................................................................ VI-6-27 c. Format for partial safety factors ...................................................................... VI-6-30 d. Tables of partial safety factors ........................................................................ VI-6-30 VI-6-7. References ........................................................................................................... VI-6-49 VI-6-8. Acknowledgments ............................................................................................... VI-6-50 VI-6-9. Symbols ............................................................................................................... VI-6-50

VI-7-i

EM 1110-2-1100 (Part VI)

Change 3 (28 Sep 11)

CHAPTER 7

Example Problems

TABLE OF CONTENTS Page VI-7-1. Introduction ................................................................................................................ VI-7-1 VI-7-2. Wave Runup ............................................................................................................... VI-7-2 VI-7-3. Wave Overtopping ................................................................................................... VI-7-21 VI-7-4. Armor Layer Stability .............................................................................................. VI-7-29 VI-7-5. Stability of Vertical Walled Bulkheads and Caissons ............................................. VI-7-70 VI-7-6. Forces on Cylindrical Piles ...................................................................................... VI-7-86 VI-7-7. References ................................................................................................................ VI-7-89 VI-7-8. Acknowledgements .................................................................................................. VI-7-91 VI-7-9. List of Symbols ........................................................................................................ VI-7-91

VI-8-i


CHAPTER 8

Monitoring, Maintenance, and Repair of Coastal Projects

TABLE OF CONTENTS

Page VI-8-1. Maintenance of Coastal Projects ........................................................................... VI-8-1 a. Aging of coastal projects .................................................................................. VI-8-1 b. Project maintenance .......................................................................................... VI-8-2 VI-8-2. Inspecting and Monitoring Coastal Structures ..................................................... VI-8-3 a. Introduction and overview ................................................................................ VI-8-3 b. Project condition monitoring ........................................................................... VI-8-4 c. Project performance/function monitoring ....................................................... VI-8-27 d. Monitoring plan considerations ...................................................................... VI-8-30 VI-8-3. Repair and Rehabilitation of Coastal Structures ................................................. VI-8-37 a. General aspects of repair and rehabilitation .................................................... VI-8-37 b. Repair and rehabilitation of rubble-mound structures .................................... VI-8-40 VI-8-4. References ........................................................................................................... VI-8-60 VI-8-5. Acknowledgments ............................................................................................... VI-8-67 VI-8-6. Symbols ............................................................................................................... VI-8-67

Appendix A Glossary of Coastal Terminology A-i

APPENDIX A EM 1110-2-1100GLOSSARY OF COASTAL TERMINOLOGY (Change 1)

31 July 2003

Table of Contents

A-1. Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-1

A-2. Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-92

A-3. Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-94

Documents

Chapter 1 EM 1110-2-1100 INTRODUCTIONadac.uaa.alaska.edu/css/images/pdf/online_course/references/CEM...Chapter 2 EM 1110-2-1100 COASTAL DIVERSITY (Part I) ... f. Pacific: Sea cliffs