新闻网讯（通讯员艾一丹）近日，水资源工程与调度全国重点实验室、水利水电学院槐文信教授团队在流体力学期刊Journal of Hydrodynamics发表封面文章，论文题目为《植被-台阶减灾设施中台阶高度对减缓海啸淹没和提高效能效率的影响》（Effect of backward-facing step heights in vegetation-step model on reducing the velocity of a tsunami inundation and increasing the energy dissipation efficiency），槐文信教授为论文第一作者。该研究得到了国家自然科学基金重点国际合作项目、面上项目，以及长江联合基金的资助。
海啸是一种破坏力极强的自然灾害，能够冲毁建筑物，破坏沿海生态系统。目前，针对海啸的防灾减灾措施主要集中于单一人工或自然减灾措施。人工减灾措施，如建设海堤、海啸门和防波堤等均需要投入大量资金，维护成本较高。自然措施如建设沿海森林经济可行，但防御能力相对较弱，在海啸冲击下易产生大量漂流浮木，堵塞河道，甚至引发新的洪灾风险。为了克服单一人工或自然减灾措施的局限性，研究人员开始探索复合减灾措施。调查研究发现，在海啸发生后，与无台阶沿海森林后方的房屋相比，台阶上的沿海森林后方的房屋遭受的破坏更小。然而，目前针对这种复合措施的系统研究相对较少，一方面未阐明台阶高度在提高消能与减缓海啸淹没中的作用，另一方面未对台阶与植被的最佳组合模式给出指导意见。因此，在植被-台阶组合减灾设施研究中考虑植被与后台阶消能的机理，分析不同植被和台阶条件对消能效率与回水上升的影响，对于探索台阶与植被的最佳组合模式具有重要意义。
图1 植被-台阶复合减灾设施消能概念图
沿海植被密度、斑块长度和初始弗劳德数的增加可使得上游相对回水上升增加，可减缓海啸淹没的速度（图3）。同时，植被与台阶组合可有效消耗海啸能量。其中植被一方面导致树干尺度湍流而在森林内部耗散水流能量，另一方面改变跃前水流能量（图2，4）。最终，消能效率随着植被密度、植被斑块长度和台阶高度的增加而增加。通过增加台阶高度，可以使稀疏且较短的植被斑块构成的复合减灾设施，达到与密集且较长的植被斑块构成的复合设施相同的消能效率（图5）。研究建议，在选择复合海啸减灾设施的设计参数时，以消能效率及其增长速率不随植被参数变化而变化为准则。当能量耗散效率曲线与阈值斜率曲线相交时，该交点所对应的植被参数即为在该台阶高度下最经济的植被参数（图6）。
上述工作系统阐明了植被-台阶复合设施的减灾机制，深化了对植被-台阶复合设施作用下水流能量耗散机理的理解，揭示了植被与台阶对消能效率的影响，为复合减灾设施的设计提供了理论依据。此外，研究所提出的阈值斜率概念也探索植被-台阶复合减灾设施在更极端条件下的适用性提供了新思路。
论文链接：https://doi.org/10.1007/s42241-024-0064-0
（实习生：肖亦卓 编辑：张丽平）
