波流反向作用下紅樹林消浪機理的物理模型研究

《波流反向作用下紅樹林消浪機理的物理模型研究》是依託中山大學，由胡湛擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：波流反向作用下紅樹林消浪機理的物理模型研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：胡湛
• 依託單位：中山大學

中文摘要

紅樹林具顯著的消浪防災功能，對海岸起重要的防護作用。探討其消浪作用機理，為構建具防浪功能的綠色海岸提供科學依據。現有的紅樹林消浪研究主要針對純波浪和波流同向工況，而很少考慮波流反向工況。在波流同向和反向工況下，流速剖面和植被拖拽力係數有顯著差異，植被消浪作用隨之變化。因此，本項目針對反向流導致植被消浪過程多變的問題，通過物理模型實驗，揭示波流反向條件下紅樹林消浪作用機理。擬在水槽中模擬紅樹林海岸典型的水動力和植被密度條件，逐步探究在純波浪、純水流以及波流同向和反向條件下紅樹林區域的流速剖面特徵；採用新型的直接測定法，探求模擬紅樹林植被的拖拽力係數，並建立其與雷諾數之間的經驗解析關係；對比分析不同流向和流速的水流對植被消浪過程的影響，結合實驗數據分析（流速剖面、拖拽力係數和波高衰減等）和理論模型構建，闡明波流反向作用下紅樹林消浪作用的內在機理，為評估和利用紅樹林的消浪防災功能提供科學依據。

結題摘要

本項目針對反向流導致植被消浪過程多變以及複雜流態下的植被拖拽力係數變化的問題，開展了物理模型試驗，進行了深入的數據分析，並以實驗數據為基礎進行相關數值模型研究，揭示波流正反向條件下的植物消浪特徵。實驗結果顯示，對於剛性植物，反向流和正向流都可能增加或者減小植物消浪的效能。但相比於正向流，絕大部分反向流都會促進植物消浪，特別是在植物淹沒的情況下。同時我們的實驗揭示了不同波流工況下紅樹林中流速剖面以及拖拽力係數變化的規律，這些規律對於植物消浪模型的研發非常重要。本項目基於模型結果，研發了植物消浪的理論和數值模型（SWASH植物消浪模組），可對植物消浪過程進行較精細化模擬，相關研究成果可為評價紅樹林海岸在真實複雜條件下的防災功能提供科學依據。根據項目總體安排，項目的預期研究目標已完成，目前由該項目資助的SCI期刊論文達到10篇，其中第一標註論文3篇，第二標註論文3篇，第三標註論文4篇；依託本項目研究，指導本科論文一篇。根據本項目授權實用新型專利1項，授權發明專利2項。已授權發明專利《用於模擬植被消浪機理的實驗系統》和《植被拖拽力係數測量方法、裝置、計算機設備和存儲介質》預期可為進一步開展植物消浪的物理模型實驗提供技術支撐。相關研究成果在生態海岸的建設中具有一定的套用前景。