麻省理工学院设计生态友好型近海珊瑚礁以保护海岸和海洋生物
麻省理工学院，剑桥，马萨诸塞州
麻省理工学院的一个团队希望用“建筑”珊瑚礁来加固海岸线——可持续的近海结构，其设计目的是模仿天然珊瑚礁的波浪缓冲效应，同时也为鱼类和其他海洋生物提供生存空间。 （图片：由 Michael Triantafyllou 等人提供）麻省理工学院的一个团队希望用“建筑”珊瑚礁来加固海岸线——可持续的近海结构，旨在模仿天然珊瑚礁的波浪缓冲效应，同时也为鱼类和其他海洋生物提供栖息地。
该团队的珊瑚礁设计以圆柱形结构为中心，周围环绕着四个舵状板条。工程师发现，当这种结构抵抗波浪时，它可以有效地将波浪分解成湍流射流，最终消散波浪的大部分总能量。该团队计算出，新设计可以减少与现有人工鱼礁一样多的波浪能，但使用的材料却少了 10 倍。
研究人员计划用可持续水泥制造每个圆柱形结构，将其塑造成可以自动组装的“体素”图案，并为鱼类探索和其他海洋生物提供栖息地。这些圆柱体可以连接起来形成一堵长长的半透墙，工程师可以沿着距离海岸约半英里的海岸线建造它。根据团队对实验室规模原型的初步实验，设计的珊瑚礁可以将传入波浪的能量减少 95% 以上。
“这就像一个长波浪破碎机，”迈克尔·特里安塔菲卢教授说。 “如果波浪高度为六米，冲向这个珊瑚礁结构，那么它们最终在另一侧的高度将不到一米。因此，这消除了波浪的影响，从而可以防止侵蚀和洪水。”
相反，该团队寻找设计人工鱼礁的方法，以更少的材料有效地消散波浪能，同时为生活在任何脆弱海岸的鱼类提供庇护所。
“请记住，天然珊瑚礁只存在于热带水域，”特里安塔菲卢说。 “例如，在马萨诸塞州，我们不能拥有这些珊瑚礁。但是人工建造的珊瑚礁不依赖于温度，因此它们可以放置在任何水域中，以保护更多的沿海地区。”
该团队的建筑礁石设计源于两个看似无关的问题。 CBA 研究人员正在为航空航天工业开发超轻蜂窝结构，而 Sea Grant 研究人员正在评估海上石油结构中防喷器的性能——用于密封油气井并防止泄漏的圆柱形阀门。
该团队的测试表明，该结构的圆柱形排列产生了大量的阻力。换句话说，该结构在消散高压油气流方面似乎特别有效。他们想知道：同样的布置能否消散海浪中的另一种类型的流动？
“我们正在利用这种湍流和这些强大的射流最终消散波浪能，”合著者 Jose del Auila Ferrandis 说。
一旦研究人员确定了最佳的消波结构，他们就制作了一个实验室规模版本的建筑珊瑚礁，该珊瑚礁由一系列圆柱形结构制成，并用塑料 3D 打印而成。每个测试圆柱体的尺寸约为一英尺宽，四英尺高。他们组装了许多圆柱体，每个圆柱体间隔约一英尺，形成一个栅栏状结构，然后将其放入麻省理工学院的波浪池中。然后，他们产生了不同高度的波浪，并在穿过人工礁石之前和之后测量了它们。
“我们看到海浪大幅减弱，因为珊瑚礁破坏了海浪的能量，”Triantafyllou 说。
该团队还研究了如何使结构变得更加多孔，并且对鱼类更友好。他们发现，他们可以使用更实惠且可持续的水泥类型，而不是用坚固的塑料板制造每个结构。
如需了解更多信息，请联系 Abby Abazorius：此电子邮件地址已受到垃圾邮件机器人保护。您需要启用 JavaScript 才能查看它。 617-253-2709。
复合材料