孤立波作用下植物带消浪效果影响因素分析

近岸植物带能有效削弱波浪作用,植物带消浪影响因素分析对布置护岸工程、维护岸线稳定有重要意义。在模型实验基础上,探究相对波高、模型相对宽度、模型相对高度和体积分数对透射系数的影响。设置波浪水槽试验,研究孤立波在不同水深、入射波高及植物排布方式等组合条件下对植物消浪效果的影响。采用遗传编程法得出各复杂度下的透射系数计算公式,并分析各参数在方程中的表现情况,发现遗传编程能定性给出参数的敏感度。相比于非线性回归拟合结果,遗传编程方法得到的函数关系更加精确。采用人工神经网络方法进一步分析与验证各影响因素对植物消浪效果的影响程度,结果表明人工神经网络得出的结果与遗传编程方法相近,体积分数对消浪效果起主导作用。     

根、茎、叶定量概化植物模型沿程不规则波消减实验

在理论分析的基础上利用根、茎、叶均可量化的植物模型,开展波浪水槽实验。通过改变实验水深、入射波高、植物分布密度等因素,研究不规则波在植物群传播时沿程波高衰减特性,利用快速傅里叶变换对不规则波频谱变化情况进行分析。结果表明,各植物模型消波效果较好,但很少出现植物消波的边界效应,不规则波沿植物群的波高变化情况多数时与Mendez理论曲线不一致,植物群各部分的波能衰减情况并无固定的变化规律。此外,波能衰减集中在谱峰频率处,且入射波高越大,透射波与入射波之间的谱峰值差值越大,但透射波的频谱宽度与入射波相比无明显变化。本研究可为采用近岸植物消波护岸提供一定的理论依据。     

海岸植物带对孤立波的波能耗散研究

为揭示近岸植物对孤立波的消减机制,利用物理模型实验探究了不同水深、入射波高和植物密度下植物模型与孤立波的相互作用机理。研究结果表明:树根、树冠和整株植物模型波能耗散系数范围分别为0.003～0.036,0.010～0.110和0.020～0.130;植物树根和树冠具有不同的消减孤立波机制,其中树冠对孤立波的消减起主要作用;波能耗散系数随相对波高增大而增大;植物模型的波能耗散系数小于其各组分波能耗散系数的线性叠加;当植物消波时,植物各组分之间存在反协同效应,且反协同效应随相对波高的增大而增强;波能耗散系数随雷诺数的增大而增大,当根部或冠部分布密度较小时,耗散系数与雷诺数的敏感度更高。研究结果可为沿海地区人工防浪林的设计提供一定参考。     

植物消波机制的实验与理论解析研究进展

从以物理模型实验及理论解析为代表的植物消波研究手段与宏观和微观尺度下植物消波分析方法两个方面总结了国内外的研究现状和最新研究进展。对物理模型实验中的植物因子、水动力因子、植物模型制作和实验布置等要素以及理论解析模型进行归纳,分别阐述了以波高衰减和波能耗散为主要分析对象的植物消波分析方法,指出现有物理模型实验中植物几何比尺与波要素比尺难以统一和理论解析研究局限于二维情况等问题。综合考虑季节更替、植物摆动、波浪破碎、波浪随机性及非线性、潮流等因素是今后植物消波研究的重点突破方向。