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水 利 学 报

２０２３年 ８月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５４卷 第 ８期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２３）０８ － ０９１０ － １１

滩地刚性植物消浪作用特性研究

张之琳 １，２，３ ，黄本胜 １，２，３ ，刘 达 １，２，３ ，邱 静 １，２，３
（１．广东省水利水电科学研究院，广东 广州 ５１０６３５；２．河口水利技术国家地方联合工程实验室，广东 广州 ５１０６３５；
３．南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海），广东 珠海 ５１９０８２）

摘要：滩地植物有利于保障沿海地区的水安全，量化成熟期植物消浪作用是提升生态海岸韧性的基础。本文基于
一般试验规律和两种波高消减模型，分析提出了新的滩地植物消浪系数计算方法，结合波高条件可计算林带消浪
后波高，相关表达式由大量试验数据进行了验证，最后对比了由本文方法与规范方法计算的林带后波高。结果表
明，阻尼因数及消浪系数能直观体现植物消浪作用特性，波浪传播方向上植物面积占横截面比例是影响植物消浪
机理的关键无量纲参数。植物非淹没时，本文方法得到的林带后波高与规范方法接近；植物淹没时，本文方法能
更准确描述植物消浪作用。相较于规范方法，本文方法考虑了植物淹没情况，直观揭示了林带密度、宽度、高
度，植物平均直径，水深等参数的影响，适用于更多工况。基于植物消浪作用的模型可快速研判相关参数变化对
植物消浪效果的影响，为生态海堤滩地刚性植物规划设计及数模研究提供科学和技术支撑。
关键词：植物消浪；波高消减模型；消浪系数；拖曳力系数；物理模型试验
文献标识码：Ａ
中图分类号：ＴＶ１３９．２ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２３００７１

１ 研究背景

红树林等滩地植物的消浪作用实质上是波浪与植物相互作用导致波浪能量的耗散，而林带与水体
相互作用复杂，量化成熟期滩地植物的消浪作用是提升生态海岸韧性、合理利用滩涂资源的基础 ［１ － ３］ 。
目前针对植物消浪作用的研究方式主要有原型观测 ［１，４ － ５］ 、物模试验 ［６ － ７］ 及数模计算 ［８ － ９］ ，其中，
植物消浪系数表征波高在林带前后的变化，是量化植物消浪效果的关键系数。原型观测方面，由于观
测地点及其地形地貌、植物类型及其种植结构的差异，不同学者观测到的植物消浪作用虽有所差异，
但已知盐沼湿地的消浪效果远优于潮泥滩地、林带内波高呈指数衰减等规律 ［４，１０］ 。物模研究方面，章
家昌 ［６］ 根据试验结果得到植物消浪系数与来波波长、林带宽度、林木主干和枝叶遮蔽系数的定量表达
式。虽然后续研究中纳入了波浪类型 ［１１］ 、初始波高 ［７］ 、波周期 ［１２］ 、波陡 ［７，１３］ 、波流耦合作用 ［１２］ 、植
物淹没度 ［１２］ 、植物垂直密度分布 ［１４］ 、杆群刚度 ［１５］ 、植物形态 ［７］ 等影响因素，但植物消浪系数的计算
方法仍是以文献［ ６］为主。数模研究中，植物作用一般通过摩擦项体现 ［１６ － １７］ ，模型中往往以植物对波
浪水流的阻力研究作为机理研究的基础，其中，求解拖曳力系数是量化植被在水中阻力的关键。在以
往研究中 ［１８ － ２０］ ，基于波浪通过林带后波高消减这一规律，根据波高消减模型率定得到阻尼因数，再通
过阻尼因数与拖曳力系数及其他易于测量的参数（如滩地水深、平均植物密度）之间的联系，得到拖曳
力系数的值，最后通过非线性回归得到拖曳力系数与雷诺数、邱卡数等参数之间的关系式以供数模计
算。然而，拖曳力系数受不同试验工况（如植物密度）影响与重要参数呈不同的非线性关系 ［１４，２０］ 。

收稿日期：２０２３ － ０２ － １３；网络首发日期：２０２３ － ０７ － ０５
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２３０７０４．１１０２．００２．ｈｔｍｌ
基金项目：广东省水利科技创新项目（２０２１ － ０１）；广东省科技计划（２０２０Ｂ１２１２０３０００５）
作者简介：张之琳（ １９９１ － ），高级工程师，主要从事水动力、水环境研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｓｃｕｔｚｚｌ＠１６３．ｃｏｍ
通信作者：黄本胜（１９６５ － ），教授级高级工程师，主要从事水力学及河流动力学研究。Ｅ － ｍａｉｌ：１０２４７０１５８５＠ｑｑ．ｃｏｍ
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