海带养殖场的波浪衰减能力实验研究及其在海岸生态系统中的应用

本研究针对海带养殖场在波浪作用下的动态响应机制，通过物理模型实验系统分析了波浪周期、波高、海带叶片高度、行间距、淹没深度和养殖长度六参数对波浪透射系数(k t )的影响，建立了包含衰减阻尼系数(α )的预测模型（R2 达0.85），为优化海带养殖设计、增强海岸防护及碳汇功能提供了科学依据。

　　

在应对气候变化的全球行动中，海带养殖因其卓越的碳封存能力成为蓝色经济的焦点。然而，近岸海域频繁的波浪作用常导致海带叶片脱落，直接影响养殖效益和碳汇稳定性。尽管前人已关注海带与波浪的相互作用近百年，但现有研究多集中于单一参数分析，缺乏对规模化养殖场动态响应的系统评估，特别是对不规则波浪场景的量化研究。这种认知空白严重制约了海带养殖场在海岸带生态工程中的精准应用。

为解决这一难题，中国某研究团队在《Ocean Engineering》发表论文，通过几何相似的PVC海带物理模型，在波浪水槽中模拟真实海洋环境。研究创新性地同步考察波浪周期、波高、叶片高度、行间距、淹没深度和养殖长度六维参数，首次揭示了规则波与不规则波下透射系数(k
_t

)的差异化响应规律，并建立高精度预测模型。

关键技术包括：1）基于山东荣成寻山爱伦湾海洋牧场原型（水深10-14米）的物理模型设计；2）采用JONSWAP谱模拟不规则波浪；3）通过三维运动捕捉系统量化叶片动力学；4）应用量纲分析推导衰减阻尼系数(α
)的普适公式。

研究结果
波浪周期：规则波下k
_t

随周期延长而增大，不规则波则呈现相反趋势，表明波谱特性显著影响能量耗散路径。
波高与叶片高度：两者增加均导致k
_t

降低，证实叶片投影面积是阻抗波浪的关键因素。
行间距：间距扩大使k
_t

上升，揭示单位体积内植被密度对湍流生成的调控作用。
淹没深度：呈现非线性效应，建议根据海带生长阶段动态调整固定深度。
养殖长度：长度与衰减效果呈正相关，但存在边际效益递减现象。

结论与意义
该研究首次构建了适用于规模化海带养殖场的波浪衰减预测体系，其经验公式对规则波（R²
=0.80）和不规则波（R²
=0.85）均具高可靠性。实践层面：1）为海带养殖场的抗浪设计提供参数化工具，如成熟期海带建议采用较小行间距（D≤0.4h）；2）证实海带养殖可降低近岸波能70%以上，兼具生态护岸和碳汇增强双重价值；3）提出的有效叶片长度(l
_e

)概念为后续数值模型开发奠定基础。理论层面：突破传统刚性植被假设，建立柔性水生植被（Flexible Aquatic Vegetation）的波浪耗散理论框架，填补了海岸工程学与海洋生态学的交叉研究空白。