珊瑚岸礁破碎带附近波浪演化实验研究.pdf

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1、第３７卷第１２期海洋学报Ｖｏ．ｌ３７，Ｎｏ．１２２０１５年１２月ＨａｉｙａｎｇＸｕｅｂａｏＤｅｃｅｍｂｅｒ２０１５姚宇，杜睿超，袁万成，等．珊瑚岸礁破碎带附近波浪演化实验研究［Ｊ］．海洋学报，２０１５，３７（１２）：６６－７３，ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３-４１９３．２０１５．１２．００７ＹａｏＹｕ，ＤｕＲｕｉｃｈａｏ，ＹｕａｎＷａｎｃｈｅｎｇ，ｅｔａｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｆｗａｖｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎａｒｏｕｎｄｔｈｅｓｕｒｆｚｏｎｅｏｖｅｒｆｒｉｎｇｉｎｇｒｅｅｆｓ［Ｊ］．ＨａｉｙａｎｇＸｕｅｂａｏ，２０１５，３７（１２）

2、：６６－７３，ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３-４１９３．２０１５．１２．００７珊瑚岸礁破碎带附近波浪演化实验研究姚宇１，２，杜睿超１，袁万成１，蒋昌波１（１．长沙理工大学水利工程学院，湖南长沙４１０００４；２．河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏南京２１００９８）摘要：通过波浪水槽实验对珊瑚岸礁破碎带附近波浪演变规律开展研究，实验采用了概化的岸礁模型，测试了４种礁坪水深、４种礁前斜坡坡度和一系列入射波高的组合工况。对破碎带宽度和破碎带附近波浪的入射、反射、透射以及能量耗散进行了测量分析，透射波的计算考虑了礁坪上高次谐波的影响。结果表明：礁

3、坪水深和入射深水波高的比值（即礁坪相对水深）是影响岸礁破碎带附近波浪演化的关键参数，而礁前斜坡坡度的影响在本文测量的范围内可以忽略不计。破碎带宽度与礁坪上浅水波波长为同一数量级，并与礁坪相对水深成反比；透射系数随礁坪相对水深的增大呈线性增长，而反射系数的变化却无类似规律；岸礁能够削弱超过５０％入射波能，礁坪相对水深越小，波浪破碎造成的能量耗散越大。关键词：波浪演化；破碎带；物理模型实验；珊瑚岸礁中图分类号：ＴＶ１３９．２文献标志码：Ａ文章编号：０２５３-４１９３（２０１５）１２-００６６-０８来说有两个显著特点：（１）礁前斜坡往往较陡，通常１引言在１∶１０的数量级；（２

4、）存在着一个水深很浅（通常小珊瑚礁（ｃｏｒａｌｒｅｅｆ）是由碳酸钙组成的珊瑚虫骨于１ｍ），较平坦的向海岸方向延伸几百至几千米宽骼在数百年至数千年的沉积过程中形成的，广泛分布的礁坪。波浪从深海传播至礁前斜坡时水深急剧变于热带和亚热带浅海地区。岸礁（ｆｒｉｎｇｉｎｇｒｅｅｆ）为珊浅，由于浅化作用而变陡，在礁缘处通常发生破碎并瑚礁最为常见的类型，它直接与海岸线相连，并通常损耗大量的能量，破碎带通常会在礁坪上延伸一段向外海延伸数百到数千米。理想岸礁由礁前斜坡的距离，随后破碎作用停止并重新生成垂直于海岸（ｆｏｒｅ-ｒｅｅｆｓｌｏｐｅ）和礁坪（ｒｅｅｆｆｌａｔ）组成，礁前斜坡和礁方

5、向的行进波（再生波），所以破碎带后并不存在一坪的过渡区域称为礁缘（ｒｅｅｆｅｄｇｅ）。在众多影响珊瑚个类似于平直海岸的冲泄区（图１）。岸礁水动力过程的作用力中，波浪作用是决定礁坪上国外文献中对于波浪在珊瑚礁上传播变形的物水位、营养物质输送以及珊瑚沙运动的直接动因，也［２—３］理模型实验研究报道较多。Ｇｏｕｒｌａｙ首次进行［１］是珊瑚海岸水动力学研究的主要对象。了一系列的实验来测量规则波在概化岸礁物理模型珊瑚礁地形类似台阶地形，其相对于平直海岸上的传播变形，破碎、增水和波生流问题。Ｄｅｍｉｒ-收稿日期：２０１５-０５-０７；修订日期：２０１５-０６-２７。基金项目：国家自

6、然科学基金资助项目（５１３０９０３５，５１２３９００１）；高等学校博士学科点科研基金新教师类（２０１３４３１６１２０００４）；水文水资源与水利工程科学国家重点实验室开放研究基金（２０１４４９１０１１）。作者简介：姚宇（１９８２—），男，湖南省湘潭市人，博士，主要从事近海水动力学和环境流体力学研究。Ｅ-ｍａｉｌ：ｙａｏｙｕ８２１１０１＠１６３．ｃｏｍ１２期姚宇等：珊瑚岸礁破碎带附近波浪演化实验研究６７［４］ｂｉｌｅｋ等运用实验模型研究了风浪和（不规则）波指标。共同作用下礁坪的增水和波浪在礁后海岸的爬高问从目前国内外的研究现状可知，以往的实验研［５］题。Ｙａｏ等运用物理模型

7、系统地研究了破碎波类究都没有系统考虑礁前斜坡坡度变化对珊瑚岸礁破型和破碎波位置随礁坪水深和礁前斜坡坡度的变化碎带附近波浪演变（包括破碎带的宽度，波浪的入［５］规律，并给出相关破碎指标的经验公式。上述的物射、反射、透射以及能量的衰减）的影响。Ｙａｏ等理模型实验通常在长直的波浪水槽中进行，采用由证明了碎波相似参数（入射波波陡与礁前斜坡坡度固定坡度的斜坡和水平平台组成的概化的水平方向的比值）和礁坪相对水深（礁坪上的水位和入射波波一维岸礁模型。高的比值）是控制珊瑚礁附近波浪动力学特征的决［６］国内文献中赵子丹等总结了波浪在台阶式水定性无量纲参数，