生态海堤多级平台消浪特性及越浪量计算

针对生态海堤多级平台消浪设计依据缺乏、人工经验设计效率低且难以最大限度发挥消浪效能的问题,通过构建耦合高精度水气界面捕捉算法的三维数学模型,开展了生态海堤多级平台消浪特性及越浪量计算研究,并基于多级堤身结构(平台宽度、平台高度、堤防高度)不同组合下的越浪规律,提出了生态海堤越浪量计算公式。结果表明:受多级平台逐级抬高影响,堤身上覆水厚度变小造成波浪逐层浅化发生连续破碎耗能,同时多级平台迎水面分级阻挡浅化波传播,造成波浪逐级反射衰减;多级平台宽度和高度共同控制着堤顶越浪,越浪量相同情况下迎水面横向堤身宽度与纵向堤身高度变化值存在定量互换关系。

基于装置得分的北太平洋波浪能资源评估

针对波浪能发电量取决于当地波浪特征和波浪能发电装置,而传统单一的波能流密度评估法则只考虑了地区波浪特性,未结合装置加以分析,评估结果偏向理论的问题,本文利用欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF)提供的第五代大气再分析数据集(ECMWF Reanalysis v5, ERA5)中的再分析波浪数据,通过装置得分的波浪能评估方法对北太平洋区域1979—2020年波浪能的空间分布进行了分析。结果表明:在本研究所涉及的地区中,纬度较高的地区波能流密度大且装置得分高,本研究所用评估方法的结论同传统评估方法一致,但在中国南海和部分太平洋纬度较低的地区,发电装置有着较好的连续发电条件,发电效率较高。不同装置间的适配区域也有很大不同,AquaBuoy和Pelamis装置的最佳适用区位于北太平洋纬度较高的地区,而Wave Dragon装置的最佳适用区范围更广,在150°E—160°W之间的纬度较低的地区也表现突出。对于中国南海海域,AquaBuoy装置的适配性最好,而北太平洋纬度较高的地区则最适合布置Pelamis装置,北太平洋纬度中游和较低区域最适合布置Wave Dragon装置。

基于江苏海域定点观测资料的双峰谱谱型研究

江苏海域作为全国海上风电重点建设海域,走向远海是未来发展的主趋势,外海开敞海域涌浪成分较多,海浪谱往往以双峰谱的形式出现,因此双峰谱海浪的谱型特征需要进一步深入研究,为海上施工提供参考依据。基于浮标测站2018年全年观测数据,经过异常值检验、双峰谱识别后得到1 223笔双峰谱数据,进而研究江苏海域波浪双峰谱谱型特征,对比不同典型双峰谱谱型并展开实测双峰谱的拟合,提出了修正谱宽参量,探究了修正系数、峰升高因子、谱宽参量间的依赖关系,得到了双峰谱拟合谱型表达式。结果表明:基于北大西洋海域提出Ochi-Hubble谱系及基于挪威海域提出的Torsethaugen谱并不适用于江苏海域双峰谱谱型,本文提出的双峰JONSWAP拟合谱具有自适应性,可以科学合理地描述江苏海域双峰谱谱型,并推广应用于不同风场、地形条件的海域中。

线上线下资源互补的实验教学改革与实践

国家一流课程“海岸动力学”建设过程中开发了实验课程微信小程序。小程序具有丰富的实验素材,学生可以通过手机随时访问教学资源、观看演示视频和相关案例。在应用过程中增加了“国家级精品资源共享课”“江苏省在线开放课程”和“实验慕课”等资源访问入口,将课程资源进行整合,建立了以小程序为平台的课程资源共享,节省了学生跨平台访问跳转时间。实验课小程序应用两年来,通过与之前仅采用线下实验教学对比发现,微信小程序改变了学生对实验课的认知,从被动机械式的完成任务改变为主动思考、积极动手、互动交流教学模式的探索与实践,营造了海岸动力学实验课良好的教学氛围,增加了学生对海岸动力学课程的兴趣和认知,提升了学生的自主思考和创新实践能力。

基于港航专业特色的大型仪器7S管理方法探索与实践

为最大限度发挥大型仪器效能,解决港航专业仪器数量多、库房少、仪器生产早、多通道采集箱式仪器多等带来的问题,经过5 a不断探索和3 a应用实践,逐步形成一套具有港航专业特色、能促进大型仪器资源共享、激发仪器效能的7S管理模式。该模式强调大型仪器管理要分步骤实施,先实现仪器的规范化管理,建立仪器信息库;再进行智慧创新管理,采用现有的先进试验技术,实现大型仪器开放共享、升级改造和二次开发。实践证明,该管理模式极大提高了仪器使用效率、便捷了师生的使用,在全校发挥了示范引领作用。

中法海洋卫星与ERA5数据在中国邻近海域的波高对比分析

中法海洋卫星CFOSAT搭载的高性能海浪谱仪SWIM获得了连续、大范围的海浪数据。CFOSAT海浪波高数据在全球范围已开展了许多验证与校准工作,但大多是与站点数据的比对,将卫星数据应用于面域波浪场特性研究时缺乏与已有成熟数据集的对比。通过将中国邻近海域作为研究区域,对CFOSAT与ERA5数据的有效波高进行对比,分析了二者间的差异。结果表明,CFOSAT数据与ERA5数据在波浪的面域观测上表现相似,相关性较高;二者有效波高的差值呈现季节变化特征,秋冬季节的数据离散程度较大,春夏季节较稳定;随海浪高度的增加,CFOSAT与ERA5数据的差异明显增加。

微信小程序在大型实验港池建设与运行中的全过程应用

为了确保投资千万级的大型实验港池建设质量,有必要引入可实现全过程信息监管的技术和管理手段。具有动态共享特性且方便使用的微信小程序,是实现以上功能需求的有效方法。在港池建设初期,设计并开发港池微信小程序平台,用于展示港池建设动态、港池功能、参观预约、技术支持、使用预约等内容;港池建设中,实现港池建设动态透明和规范资料整编;投入运行后,推动智慧预约功能和大仪共享。微信小程序引入后,建设方可实时关注港池建设动态,控制施工进度,保证施工质量;校内外科研团体可提前关注港池功能,熟悉港池可解决的基础研究问题和工程问题,提前预约参观,预约使用,为港池投入运行后的开放共享打下基础,有助于提高资源集约使用效率和创新能力。

挪威海畸形波波形特征研究

畸形波波形与其所处海况特征密切相关。在线性、窄谱假定下,最可能出现的畸形波波形服从“新波”理论,即最大波位于波群中间且其前后相邻波浪对称。然而,实际海浪谱通常是包含多种频率成分的宽谱。目前对实测畸形波及其附近波面形态特征仍缺乏系统认知,对其影响因素尚不明确。本文基于挪威海气象观测站共112个畸形波序列,分析实测畸形波波形及影响因素。研究表明,只有52%的畸形波在波群中间,其余畸形波在波群前侧的概率更高。此外,畸形波前后相邻波浪并不完全对称,其中位于后侧的波幅普遍更大。通过定量分析实测畸形波的平均波形与“新波”理论结果,发现谱宽是影响畸形波波形的关键参数。随谱宽增加,畸形波的平均波形与“新波”理论得到的波面序列误差呈指数增加。

连续弯道间航运枢纽泄流能力模型试验研究

拟建龙尾洲枢纽是一座以航运为主,兼顾防洪、水资源和水生态环境保护的低水头航运枢纽工程。坝址上下游各有2个连续弯道,坝址所在顺直段也较短,河道边界条件不利于工程后顺畅泄洪。为优化并论证拟建该枢纽总体布置方案的可行性,采用比尺为1∶80的整体水工物理模型,在水动力验证相似的基础上,对枢纽泄流能力进行试验研究,揭示了典型洪水条件下原设计方案的泄水闸过流分布和流量分配特征,阐明了原方案的不足及相应优化思路,提出了切除边滩的改善措施。通过优化方案试验,验证了泄流能力可以满足设计要求。研究结果可为本项目设计及类似工程提供参考。

基于多层感知器的风涌浪分离方法

风涌浪分离是研究风浪、涌浪各自特性的基础,但受限于海浪谱数据的匮乏,基于海浪谱的风涌浪分离方法难以普及应用,有效的解决办法是采用波浪观测中容易获取的基本波要素进行风涌浪分离。现有方法无法利用基本波要素全面计算出风浪、涌浪的比例及其特征参数,为此本文将机器学习引入到风涌浪分离中,以多层感知器模型为基础,提出了一种利用基本波要素、风要素准确计算出风涌浪参数的方法。该方法需要每个测站提供至少466笔、建议766笔及以上的实测波浪数据作为训练样本,适用于台湾海峡3个测站,在计算精度上显著优于基于海浪频谱的传统风涌浪分离方法,可为本海域缺乏海浪谱的测站提供替代性的风涌浪计算方案,有助于扩大实测风涌浪资料的来源,进而加强风涌浪分布特性以及预警预报研究。

台风路径北移对黄渤海风暴潮增水影响研究

热带气旋生命史最大强度(LMI)的年平均纬度在全球主要的热带气旋盆地中向极地移动,正在改变有关海域风暴潮增水的统计结论,对港区潮位设防标准的确定构成影响,西北太平洋(WNP)尤其明显。应用二维水动力模型MIKE21以及Holland台风模型建立天文潮-风暴潮耦合模型,模拟2106号“烟花”台风期间的风暴潮,并设置3个情景,将“烟花”台风的路径向北平移,分析其对黄渤海海域风暴潮增水的影响。初步得出台风路径北移3°,渤海海域风暴潮整体增水幅度达17%,连云港至启东角沿岸30 m水深范围内风暴潮增水幅度达32%等结论,以资沿岸防灾减灾及确定港区潮位设防标准时参考。

不同风场模式在台湾海峡涌浪模拟中的适用性研究

准确的风场信息是波浪预报的必要前提,利用第三代海浪数值模式WAVEWATCHⅢ,结合台湾海峡3个测站的实测资料展开对比分析,探讨了在GFS、GRAPES和WRF 3种风场作用下对涌浪参数模拟的适用性。结果表明:3种风场模式中,GFS风场的整体风速水平与实测值相符,相关系数达到0.72,在该风场作用下KM、MS、PH站涌浪有效波高及平均周期的模拟效果最佳且表现稳定,其中MS站的相关系数分别达到0.72、0.67。

基于实测资料的风、浪、流综合发电特性分析

风能、波浪能与潮流能装置联合发电能更大限度地获取海洋能、节约设备投资。文章基于实测资料,分析了江苏沿海大丰测站同步风速、浪高和潮流流速的时变特性,探究了风、浪、流和综合发电的理论发电功率的幅值稳定性、持续时间稳定性和同步相关性。研究结果表明,在不同时间窗下,综合发电的理论发电功率的幅值稳定性较低,持续稳定性最高,风能与波浪能理论发电功率的同步特性明显。该方法为我国近海可再生能源的综合利用提供了新思路。

波浪水质点可视化示踪教学实验装置

将一种能直接观测任意深度处的水质点运动轨迹的示踪装置引入到实验教学中,该装置操作简单方便,在实际实验教学应用中取得了良好的效果。通过受力分析证明了该装置对波浪水质点水平运动轨迹示踪的有效性,并用该装置对规则波和不规则波开展了示踪实验,将示踪粒子实测数据与经典微幅波理论进行分析对比,验证了示踪装置对波浪作用下水质点水平运动示踪的适用性。

灾害性异常浪特性及研究方法综述

灾害性异常浪是一种目前尚无法全面解释和预测的突然出现的大浪,其波高明显大于甚至数倍于相邻波况,波峰高而陡且常以单峰出现,存在时间很短。因其突发时的强危害性、目前的不可预测性及出现频次迅束增加的趋势,已经引起了全世界涉海工作人员的重视。首先介绍了灾害性异常浪的危害性,然后从研究对象的定义、研究方法的选择及主要结论等方面阐述了目前人们这一此现象的认知程度,希望能为对该现象和相关研究感兴趣的人提供一些思路。

关于实践课与基础课教学效果协同增效的思考——MIT实践教学启示

实践教学作为本科教学体系中的重要组成部分,是培养学生实践能力与创新能力的关键,也是我国高等教育的薄弱环节。文章以美国麻省理工学院(MIT)的仿生水下机器人项目为例,介绍了麻省理工学院实践教学的内容及特点。通过对麻省理工学院实践教学的研究,针对我国高校本科实践课程与基础课程的教学现状,从课程体系、教学模式、课程内容三方面提出了实践课程与基础课程教学效果的协同提升机制。

韩国周边海域的畸形波概率分析

为了加强对近海畸形波发生概率的认识,利用2009年韩国周边海域9个测站的波浪资料,在基于波压资料直接定义畸形波的基础上,探讨韩国近海畸形波的发生概率及其与有效波压高、季节和水深等3个主要参数的关联特性。结果表明:韩国近海畸形波发生概率与瑞利分布预测值相近,且不随有效波压高、水深的大小而发生变化,而畸形波频发时节随着测站地点的改变而改变。有效波压高、水深、季节与韩国近海畸形波的发生并无明显相关性。

黄茅海潮流场计算分析

采用海岸工程水动力学数学模型,用水平方向上的曲线正交坐标与垂直方向上的Sigma坐标相结合的方法,对黄茅海海域潮流场进行了计算;计算结果与实测结果比较表明:模型能较好地复演黄茅海潮流场,可以用于工程实际中的沿岸及河口湾潮流场问题的计算。

近海可再生能源发电研究综述与展望

综述国内外近海可再生能源发电的研究进展,指出现有以单一的近海可再生能源为对象的开发利用中存在能源利用率低、装置可靠性差等缺点。在此基础上,提出融合近海风电、波浪能发电和潮流能发电,研究近海可再生能源综合发电的新思路。在综合发电系统的构建、系统建模以及含近海可再生能源综合发电场电网的网源协调控制等方面开展研究,并讨论了具体研究方案和技术路线。

Boussinesq相位解析的海岸水动力学数学模型研究进展

由于在平衡计算效率和精度上具有优势,Boussinesq相位解析数学模型研究不断取得突破,已成为波浪和水流精细化模拟的较优解析方式,为海岸工程、环境、地质等问题提供了实用和高效的研究手段。本文对已有Boussinesq类模型的研究进行了评述,深入探讨其重要发展、实际应用和理论瓶颈,从高阶非静压修正、GPU准三维高性能算法编译、波浪破碎和泥沙运移沉积等4个方面提出未来可能的科学突破方向。