高强钢网石垫护岸对孤立波爬高的控制作用：实验与经验公式研究

为应对日益严峻的风暴威胁，研究人员针对新型海岸防护系统Tecco Cell(TC)护岸开展孤立波爬高实验，首次建立了两组经验公式：RH=1.284ξs0.345和Rd=0.7576cot0.5(α)(H/d)5/4，开发了配套计算诺模图。该研究填补了高强钢网石垫护岸水动力性能认知空白，为海岸工程设计提供了重要工具。

　　

随着全球气候变化加剧，近年来英国等沿海国家频遭风暴袭击，仅2013-2014年风暴链就造成多起海岸设施损毁和人员伤亡。传统海岸防护结构如抛石护岸存在碳足迹高、施工复杂等缺点，而新型Tecco Cell(TC)护岸系统采用高强度不锈钢网包裹石垫的模块化设计，2016年在英国Beesands首次应用后展现出良好防护效果，但其水动力性能研究严重滞后。

英国巴斯大学研究人员通过1:10比例物理模型实验，在10米长波浪水槽中测试了16°和20°坡度TC护岸对孤立波的响应。采用HR Wallingford公司HRIA-1016波高仪和视频测距技术，测量了24组不同水深(10-16cm)、波高条件下的爬高数据，结合前期4组实验数据，首次建立了针对TC护岸的孤立波爬高预测体系。

关键技术方法包括：1) 基于气动活塞的孤立波生成系统(压力范围25-100psi)；2) 采用钻石型网孔(2.0×2.5cm)的TC模型复刻；3) 四通道波高同步采集系统；4) 基于视频分析的爬高测量技术(±2mm精度)；5) 理论孤立波剖面验证(Munk方程)。

研究结果：
4.1 实验室数据及其概率分布
实验数据服从对数正态和威布尔分布，验证了测试结果的统计可靠性。实测孤立波与理论解(η=Hsech²[√(3H/4d³)(x-Ct)])高度吻合，波速C=√(gd)(1+H/2d)。

4.2 爬高公式
建立无量纲爬高RH=R/H与Iribarren数ξ_s=tanα/(H/d)的关系式RH=1.284ξ_s^0.345，幂律指数0.345显示TC护岸的波能耗散效率优于光滑斜面(对比Fuhrman-Madsen曲线)。

4.3 爬高定律
提出替代公式R_d=R/d=0.7576cot^0.5(α)(H/d)^5/4，较Synolakis光滑斜面公式的系数2.831降低73%，证实TC结构可显著抑制爬高。

4.4 工程应用与诺模图
开发双诺模图设计工具，建议取两种方法预测值的平均值。示例计算显示：当坡度1v:2h(≈26°)、H=3.1m、d=5.5m时，预测爬高为3.4m。

该研究开创性地量化了TC护岸的消波性能，其建立的预测模型可直接用于工程设计。相比传统结构，TC系统在保持防护效果的同时，具有更低的碳排放(减少石材用量)和施工优势。作为首个系统研究钢网石垫护岸水动力特性的成果，为应对气候变化下的海岸防护需求提供了创新解决方案，将推动该技术在易受灾地区的推广应用。未来研究可扩展至不规则波、三维效应及长期耐久性评估。