台风登陆期间景观护岸上规则波浪越浪空间分布特征及其对后方道路冲击力的影响研究

为解决低矮亲水护岸在台风期间面临的严重越浪风险问题，研究人员通过开发风浪耦合数值水槽模型，系统研究了风速、胸墙高度、护岸坡度和入射波周期对规则波越浪空间分布及道路冲击力的影响。结果表明：35 m/s风速下单波越浪量可达无风条件的5.2倍，冲击力影响范围扩大1.7倍，最大冲击力增加5.9倍。该研究为台风区海岸基础设施布局设计提供了关键技术指导。

　　

在追求亲水性和景观效果的现代海岸工程中，低矮护岸设计日益普及，但台风带来的风暴增水和巨浪却让这些"颜值担当"面临严峻挑战。当滔天巨浪拍打护岸时，越浪水体如炮弹般砸向后方的道路、建筑等基础设施，这种"美丽与危险并存"的矛盾已成为沿海城市的心腹大患。更棘手的是，现有研究多聚焦于平均越浪量估算，对强风作用下越浪水体的空间分布规律及其破坏力认知严重不足，这直接制约着海岸带风险防控和应急决策的科学性。

针对这一关键问题，国内研究人员在《Applied Ocean Research》发表创新性研究，通过开发集成风场的非反射数值波浪水槽，首次系统揭示了台风条件下护岸越浪水体的三维运动特征。研究团队采用RANS（雷诺平均纳维-斯托克斯）方程与VOF（流体体积法）耦合的数值方法，结合SST k-ω湍流模型，构建了能精确捕捉风-浪-结构物相互作用的高精度仿真系统。研究特别关注风速（0-35 m/s）、胸墙高度（0.7-1.3 m）、护岸坡度（1:1-1:4）和波周期（3.5-5.0 s）等关键参数的影响机制。

研究结果部分呈现了四大发现：

1. 风速影响机制：35 m/s强风使单波越浪量激增至无风条件的5.2倍，冲击力影响范围扩展1.7倍。风压改变了水体的抛物线轨迹，使越浪中心线向陆侧偏移，最大冲击力达无风时的5.9倍。
2. 胸墙高度效应：1.3 m高胸墙使冲击力降至1.1 m高度时的49.5%，但会延长水体溅射距离，冲击峰值位置随高度增加呈线性外移。
3. 坡度关键作用：1:2坡度时出现典型的卷破波（plunging breaker），冲击力峰值达1.09 kN，较1:1和1:4坡度分别提高40%和45%，揭示存在最优坡度设计。
4. 波周期规律：5.0 s长周期波的冲击危险区域宽度是4.0 s波的7倍，最大冲击力达2.31 kN，且空间分布呈现从离散型向集中型转变的特征。

这项研究突破了传统越浪量评估的局限，首次量化了台风条件下越浪水体的三维动力特征。研究建立的参数化模型可直接用于指导护岸后方道路标高设计、防浪墙优化布局等工程实践。特别是发现的1:2坡度最优抗浪性能、胸墙高度与冲击力衰减的非线性关系等规律，为景观护岸的"功能-美学"协同设计提供了科学依据。未来研究可进一步拓展至三维斜向波况、不规则波谱等更接近实际海况的模拟，并通过机器学习提升模型的工程适用性。该成果标志着海岸工程风险评估从"量"到"质"的认知飞跃，对提升我国台风多发区的海岸韧性具有重要实践价值。