海堤越浪严重威胁堤旁人身安全、堤后基础设施和堤身稳定，也可能导致海岸洪水淹没，对沿海地区的社会经济造成巨大损失。海堤越浪风险及其灾害程度的时空变化，也是海平面上升、波候变化、风暴潮频发等全球气候变化情景下海岸灾害防护的重点评估对象之一。

        针对海堤越浪的研究，国内外学者大多采用物理模型试验或数值模拟方法，提出了许多用于海堤设计或越浪预测的经验公式。但受限于复杂的现场条件、恶劣的天气环境、严峻的人身安全风险、较高的经济成本和不确定的风暴发生概率，海堤越浪的现场观测一直是个难题。大多数已有的现场观测技术手段，因适用环境、时空分辨率和连续性等限制，无法在实际风暴过程中精细捕捉全时间、大范围的海堤越浪时空变化过程，导致风暴海堤越浪的第一手数据获取及其灾害风险预测和减灾效果评估的科学性和可靠度仍存在许多局限。

        课题组基于自主研发的海岸带岸基数字影像监测系统（COSVIMS），利用该系统时空分辨率高、监测范围广、无人值守、可适用于极端风暴环境的全天候实时连续监测能力，研发了一套基于数字影像解译的海堤越浪现场观测新方法。该方法通过时间堆栈图像和像素传感器提取越浪位置、宽度、历时、频率及虚拟越浪量等参数，可实现全风暴过程和长距离岸段的越浪监测，并成功应用于2018年7月23日AMPIL台风过境10h内，日照海龙湾360m长岸段，6252次海堤越浪过程，1Hz时间分辨率的实时同步观测与分析。研究发现：潮汐水位是海堤越浪量逐时变化的控制因素（R=0.87），波高增大显著增强越浪频率；海堤越浪呈现显著的空间不均匀分布特征（若干波长的沿岸范围内越浪量变化可高达6倍），破波带宽度和越浪量具有很强的负相关性（R=0.90），是越浪空间不均匀分布的重要成因。在现场实测数据的基础上，探讨了我国港口与航道水文规范（JTS145-2015）和欧洲EurOtop（2018）越浪计算公式的表现以及虚拟越浪量和真实越浪量的转化关系，进一步论证了海堤越浪新型数字影像监测方法的合理性。

        本研究为风暴过程中的海堤越浪现场监测提供了新的技术手段，并丰富了海堤越浪时空变化特性的认识，可为越浪灾害风险和减灾效果评估、越浪预测与防护方法研究、变化环境下的海堤防护标准研判和海岸带数字化建设与智慧管理等工作提供科技支撑。研究成果于近日发表在学术期刊《Journal of Hydrodynamics》（2021年第33卷）, 迟善航博士生和张弛老师分别为论文第一作者和通讯作者。本研究得到国家杰出青年科学基金项目、国家自然科学基金重点和面上等项目的支持。

参考文献：

Shanhang Chi, Chi Zhang, Titi Sui, Zhubin Cao, Jinhai Zheng, Jiangshan Fan. Field observation of wave overtopping at sea dike using shore-based video images. Journal of Hydrodynamics. 2021, 33(4), 657–672.

图1 基于海岸带数字影像监测系统COSVIMS的海堤越浪数据处理流程

图2 台风期间海堤越浪的沿岸空间不均匀性及其与破波带宽度的负相关关系