编辑推荐：
为解决海岸带冲浪和冲流区（surf and swash zone）水动力及泥沙输运过程难以理解的问题，研究人员开展斜向单色波作用下相关水动力的研究。结果发现流速和床面切应力在不同波角和位置有变化，这对理解海岸带过程意义重大。
在美丽的海岸线上，海滩不仅是人们休闲度假的好去处，还具有重要的生态和防护功能。然而，海浪在海滩的冲浪和冲流区制造的复杂水动力现象，就像隐藏在海面下的神秘密码，一直让科学家们难以破解。目前，要获取这一区域可靠的水动力测量数据困难重重，现有的研究也未能充分了解斜向波对沿岸和跨岸水流的影响，以及床面切应力在泥沙输运中的作用。为了揭开这些谜团，来自国外的研究人员开展了相关研究，其成果发表在《Applied Ocean Research》上。
研究人员在皇后大学海岸工程实验室的波浪水槽中展开实验。水槽长 26 米、宽 20.6 米、深 1 米，配备有可调节角度的活塞式造波机。他们用压实砾石和光滑混凝土构建了一个 1:10 坡度的海滩，通过改变造波机的位置和参数，产生不同高度（0.15m、0.20m、0.25m）、周期（2.0s 和 2.5s）和入射角度（5°、10°、15°）的单色波。在冲浪和冲流区布置了多种高精度传感器，如超声波测距仪（UDM）、线波计（WG）、电磁流速仪（EM）和声学多普勒剖面流速仪（ADPV），用于收集数据。数据处理时，运用三重分解法将流速和深度数据分离为时间平均流、波致流和湍流，并采用壁面定律（Law of the Wall）和二次拖曳定律等方法估算床面切应力。
研究结果如下：
- 跨岸分布的波高和流速：波高从离岸到近岸逐渐减小，跨岸流速呈锯齿状的不对称分布，向岸速度大于离岸速度，在靠近破波区域的 S2 位置流速变化更大。沿岸流速在破波点附近及向岸方向较大，且在不同波角下呈现出有趣的变化规律，如 10° 波角时，沿岸流速在多个位置达到最大。
- 流速剖面：跨岸流速剖面在波周期内呈现出明显的变化，边界层在波周期开始时发展，在流速反转时消失，随后在离岸流时重新发展。沿岸流速剖面相对稳定，垂直切变较小且对波角的敏感性较低。
- 流速变异性：通过计算流速比（R）发现，沿岸流速主导的持续时间在离岸处较低，向冲流区增加，但在某些特定波况下，如 Case03、Case04 和 Case05 中 5° 波角时，在冲浪区中部（ADPV2）会出现沿岸流速主导持续时间的最大值。
- 床面切应力：跨岸床面切应力在波周期开始和结束时出现峰值，不同波况下峰值大小不同。沿岸床面切应力峰值出现在流开始时，其大小受波角影响，15° 波角时峰值往往较大。在流速反转时，沿岸床面切应力分量可能会超过跨岸分量。
研究结论和讨论部分指出，此次研究揭示了不同波角和跨岸位置水动力的细微但重要的变化。跨岸流速的不对称性和高床面切应力表明在移动床情况下可能存在形态动力学变化。沿岸流与波角的关系复杂且非单调，其变化可能与破波位置有关。流速反转时沿岸流和床面切应力的主导地位，强调了沿岸流在小角度波情况下的重要性。这些发现对于理解海岸带的泥沙和溶质输运过程至关重要，凸显了进一步研究沿岸流和床面切应力在近岸区域作用的必要性。同时，研究也为海岸带的可持续管理提供了关键的理论支持，让我们对海岸带的复杂水动力系统有了更深入的认识，有助于未来更好地保护和利用海岸带资源。
