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这篇综述聚焦低波堤（LCBs）附近的冲刷现象。分析了现有移动床物理模型、数值模拟的进展与局限，探讨了冲刷孔预测公式。指出研究存在诸多不足，如物理模型设置不真实、公式适用性窄等。强调需综合多种方法，推动海岸防护结构的研究与设计。
1. 引言
减少沿海地区受气候变化影响的脆弱性是未来几十年的重大挑战之一，低波堤（LCBs）能有效消散波浪能量，减少波浪对沿海基础设施和社区的影响，但它易受波浪和水流作用引起的冲刷影响，进而影响结构稳定性。过去对冲刷现象的研究多采用物理模型，近年来数值模拟也逐渐成为重要工具，但两者都存在局限性。本文旨在分析冲刷现象，评估现有研究技术，找出知识差距，提出未来研究方向。
2. 波浪 - 结构相互作用及相关几何参数
沿海保护结构类型多样，低波堤按顶部与静水位的关系分为出露型（Rc>0）和淹没型（Rc<0）。其具有独特的功能特性，与珊瑚礁有一定相似之处。几何参数如干舷、堤顶宽度、坡度角等对低波堤的功能和周围海岸环境有重要影响。这些参数会影响波浪的反射、透射和能量耗散，进而影响泥沙输运和冲刷现象。
波浪与低波堤相互作用的过程中，波致过程如波浪破碎、反射、越浪等直接导致冲刷的发展。此外，沿岸和跨岸泥沙输运机制也影响着海床的长期演变。综合这些过程，形成了低波堤周围的冲刷模式和形态演变。
3. 用于冲刷评估的移动床物理建模
3.1 引言
物理模型可模拟多种物理过程和海岸结构，在研究海岸系统中具有重要作用。在移动床物理模型中，泥沙缩放定律至关重要，它能将实际现象转化为实验室实验结果。常见的泥沙输运模拟模型有最佳模型、密度弗劳德模型、轻质模型和砂模型等，它们各有特点和适用范围，选择合适的模型需综合考虑实验可行性和准确性。
3.2 低波堤附近的冲刷评估
物理模型可研究多种变量对冲刷现象的影响，但研究过程面临诸多挑战，如实验设施、泥沙类型、监测工具等方面的要求较高，且存在缩放效应、重复性差和成本高等问题。现有研究在低波堤冲刷评估的模型设置上存在差异，不同研究的测试方法、结构放置位置和泥沙特性等不一致，导致难以直接比较研究结果，也使得目前尚无普遍接受的冲刷预测公式。
4. 冲刷特征评估
4.1 冲刷孔深度预测的经验公式
冲刷实验研究主要集中在低波堤的圆头和主干部分，相关公式也是基于这两个区域的物理过程分别建立的。例如，圆头部分的稳态流诱导冲刷深度和破碎波诱导冲刷深度都有相应公式，但这些公式存在局限性，如基于单一结构类型、未考虑某些重要因素等。对于主干部分，也有多个研究提出了冲刷深度的计算公式，但同样存在适用范围窄、未考虑多种因素等问题。
4.2 孤立波堤冲刷深度建模的挑战
现有冲刷深度公式缺乏统一框架，各公式适用范围不同，难以相互比较。在参数研究方面，坡度角对低波堤附近泥沙输运过程的影响研究不足，且现有公式大多未考虑其变化；对低波堤渗透性的研究倾向于不透水结构，缺乏对透水结构的深入研究；水深度、结构干舷等参数对冲刷的影响也有待进一步明确。此外，现有研究对斜向入射波、不规则海况等条件下的冲刷现象研究较少。
4.3 低波堤冲刷深度公式的局限性
现有用于估计低波堤冲刷孔深度的公式存在诸多局限性。如某些公式仅考虑了部分因素，无法准确预测不规则波作用下的冲刷深度，也难以适用于不同类型的低波堤结构。此外，公式验证主要集中在结构完全出露的情况，对于淹没或部分淹没的情况存在不足，需要开发更可靠的公式来估计不同水位条件下的冲刷深度。
5. 波浪和水流诱导冲刷的数值模拟
数值模型可预测流速和压力流场，对模拟泥沙输运和海床液化具有重要意义。基于计算流体动力学（CFD）的模型能较好地模拟相关过程，但在泥沙输运模拟方面仍面临挑战，现有方法在实际案例应用和验证方面存在不足。
数值模拟中，简单方法将波浪 - 结构 - 海床相互作用分为多个模块，通过经验公式计算泥沙输运，但该方法在处理复杂相互作用时存在局限性。波浪诱导的海床液化是影响低波堤稳定性的关键因素，数值模型在模拟液化过程中存在简化流体 - 土壤相互作用、验证困难、计算需求大等问题。
此外，数值模拟还面临稳定性、网格变形处理、与实验数据验证和计算成本等挑战。在泥沙输运模拟中，冲刷孔几何形状、时间步长选择、Courant - Friedrichs - Lewy（CFL）条件等因素对模拟结果的准确性和稳定性至关重要，需要进一步研究优化。
6. 讨论与结论
目前对低波堤附近冲刷现象的研究主要通过移动床物理建模，但现有公式适用性有限。未来需要开展更多实验研究，扩展对冲刷现象的认识，开发更全面通用的公式。同时，应深入分析破碎波现象、结构参数和泥沙特性对冲刷的影响，更新现有公式。
先进的监测技术与物理和数值模型的结合，可提高对冲刷演变的预测准确性。计算流体动力学（CFD）模型虽有优势，但计算成本高，动态网格技术的应用面临挑战，需进一步研究优化。
未来研究应建立综合数据库，开展现场监测，加强国际合作，以提高沿海结构的稳定性，推动海岸防护领域的发展。
