珊瑚礁是珊瑚骨架混合生物残渣在多年的沉积作用下形成的地貌结构,主要分布于热带和亚热带海域,在我国南海也有广泛分布。珊瑚礁具有独特的地貌特征,其波浪水动力过程与传统沙质岸滩之间有很大的区别。本文针对波浪在二维珊瑚礁上传播以及珊瑚礁上直立堤越浪问题进行了研究,主要研究内容如下:(1)基于下跨零点法定义了波列的波高历时,用于近似波群包络的振幅。基于波高历时提出了一种既适用于线性波列,也适用于强非线性波列的波群因子。本文提出的波群因子受计算时参数选取的影响几乎可以忽略,适合用来统一量化波浪在深水和浅水中的群性程度。研究了波浪在珊瑚礁地形上传播过程中群性变化规律,发现在线性浅水变形时群性不变;在非线性浅水变形时群性增加;在破波区内群性先下降后增加,波浪破碎是引起群性下降的原因,长重力波水面波动对短波局部水深的调制作用是破波后群性增加的主要因素。(2)通过开展二维物理模型实验,研究了不规则波在珊瑚礁上破碎、波谱演变及增水变化规律。结果表明,珊瑚礁地形上的波浪要素需统计200个波才能达到稳定。不规则波列在珊瑚礁上破碎过程比规则波列复杂,同一波列中波高较大的波以卷破形式在礁前斜坡上破碎、波高较小的波以崩破形式在礁坪上破碎或者不破碎。波浪破碎后波高沿程衰减,平均波周期增大。礁坪上的最大增水值随入射波周期的增大而增大、随礁坪水深的增大而减小,并与入射波高呈正线性关系。结合实验数据,对Gourlay提出的规则波礁坪增水公式中的参数取值进行了讨论。(3)开展了珊瑚礁上直立堤不规则波越浪的物理模型实验,采用实验数据检验了现有平均越浪量计算公式在珊瑚礁环境下的适用性。结果表明,由于珊瑚礁波浪传播演化过程的特殊性,现有公式均不能给出良好的平均越浪量预测结果。研究了影响珊瑚礁上直立堤越浪量的因素,发现珊瑚礁上直立堤平均越浪量受入射波高、水深和干舷高度的影响。提出了适用于珊瑚礁的平均越浪量计算公式。(4)用实验数据验证了非静压数值波浪模型SWASH对珊瑚礁上波浪演变及直立堤越浪量模拟的精确性。模拟了不同珊瑚礁地形、来浪条件、直立堤位置和堤高的越浪算例。采用模拟数据开发了基于人工神经网络的珊瑚礁上直立堤越浪预测模型。该模型采用深水来浪条件作为输入参数、不需要事先计算堤前波浪要素,具有较高的实用性。可用于珊瑚礁上直立堤初步设计和灾害实时预报。