珊瑚礁具有獨(dú)特的地貌相帶特征，由外至內(nèi)依次為：向海坡（礁緣坡）相帶、外礁坪相帶、礁坪突起相帶、內(nèi)礁坪相帶、潟湖坡相帶和潟湖盆相帶。珊瑚礁生長(zhǎng)特點(diǎn)決定了礁坪相帶整體坡度小、表面粗糙不平，坑洞和凸石分布無規(guī)律。因此，波浪自礁坪外緣向潟湖方向傳播，翻越整個(gè)礁坪時(shí)能量逐漸衰減，形成波能分布帶。礁坪的存在能夠有效減弱深海傳遞的波浪直接作用于吹填島礁護(hù)岸防波堤的水動(dòng)力作用，在堤腳防浪塊石和扭王字塊共同作用下，護(hù)岸防波堤被淘蝕沖毀的威脅可降至更低。然而，由于海洋測(cè)試條件困難、傳感器精度和使用范圍受限，礁坪水動(dòng)力現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)確測(cè)試一直難以實(shí)現(xiàn)，為了更好的揭示礁坪水動(dòng)力消能機(jī)理，為島礁防波堤穩(wěn)定性設(shè)計(jì)提供可靠參數(shù)，武漢巖土所海洋工程地質(zhì)科研團(tuán)隊(duì)與天津大學(xué)建筑工程學(xué)院聯(lián)合攻關(guān)，開展了相關(guān)研究。

　　科研團(tuán)隊(duì)以某實(shí)際工程為原型，按照重力相似準(zhǔn)則，建立了用于開展珊瑚礁礁坪波浪傳播過程衰減消能研究的物理試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，通過水槽模型試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算模擬，分析不同坡度、粗糙度的礁坪對(duì)不同波高、周期的波浪傳播過程以及波高衰減規(guī)律，揭示了波浪能量耗散機(jī)理，研究了波浪在礁緣處破碎、波生流以及增水過程，提出了島礁防波堤穩(wěn)定性設(shè)計(jì)可靠參數(shù)。研究結(jié)果表明：相同條件下，相對(duì)入射波高越大（水深越小或者入射波高越大），礁坪的消能比越高；隨著波浪周期的增加，礁坪的消能比相應(yīng)提高，即礁坪對(duì)不同季節(jié)波浪消能效果不同；相同條件下，礁坪坡度越大，礁坪消能效果越顯著，表現(xiàn)在不同位置礁坪對(duì)同級(jí)波浪消能效果存在差異；礁坪粗糙特征尺度越小，對(duì)波浪能的耗散越好，但是粗糙度的整體影響較為有限。

　　該研究成果受中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（A類）（XDA13010200）和國家自然科學(xué)基金（No. 41877267）資助。

　　圖1  典型組次試驗(yàn)條件照片（H=0.06m, T=1.4s）

　　 　　圖2  數(shù)值模擬與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證（α=2°，d2=0.3m，h=4.8m，H=2.4m，T=8.67s）

　　圖3  沿?cái)?shù)值模擬波浪傳播過程，α=4°, h=4.80m, d2=0.30m，H=2.40m，T=8.67s

　　圖4  礁坪消能比模型試驗(yàn)與數(shù)值計(jì)算結(jié)果相關(guān)性分析