基于实测资料的畸形波概率及波浪要素分析

根据Kjeldsen对畸形波的定义:波高大于有效波高的2倍(H/H_(1/3)>2),基于实测波浪资料,统计分析了江苏射阳海域和广东南澳海域的畸形波个数和波浪要素。江苏射阳海域畸形波发生概率为0.005 7%,广东南澳海域畸形波发生概率为0.007%。用Rayleigh分布、双参数Weibull分布和MER分布对实测数据得到的特征波高进行了拟合,研究了海域内畸形波发生的概率分布。拟合结果表明:MER分布更适合描述两个海域畸形波的发生概率,两个海域畸形波的发生概率均高于Rayleigh分布和Weibull分布。在测量数据期间,台风在海域过境可能增加畸形波的发生概率;同时两个海域的双峰谱占比为22.7%和5.8%,可能也是导致畸形波发生概率增加的原因之一。

黄河三角洲湿地水文连通及驱动力分析

湿地内的水文连通对维持湿地生态系统的完整性具有重要意义。本文以Google Eearth Engine为平台支撑,在全局尺度上利用水体面积、水文连通CFV指数(Connectivity Function Value)、像元月均淹没频率对1986—2020年黄河三角洲湿地水文连通进行定量分析,并利用灰色关联法进行驱动力分析;在淡咸水交互的典型区域尺度上选择水文环度(α指数)、节点连接率(β指数)、水文连通性(γ指数)进行区域水文连通定量分析。结果表明:(1)湿地水体面积整体增加,水文连通CFV指数减少,研究区内发生了连通阻断,重度淹没和永久性淹没主要集中在浅海区域;(2)湿地水体面积和水文连通CFV指数均呈季节性差异,自然因素对水文连通影响大于人类活动。黄河三角洲湿地水文连通性30余年一直保持中等水平。研究结果可为黄河三角洲湿地水文连通保护与修复提供参考。

可控深水破碎波的实验室生成方法研究

实验室一般采用波浪聚焦方法生成深水破碎波,通过各组分波浪的波幅叠加生成一个波高显著增大的大波,使其波陡超过极限波陡发生破碎。利用该方法生成深水破碎波浪的破碎次数通常并不唯一,导致波浪破碎后的流场特征不明显;造波参数不易于选取导致研究工况的设置难度大,直接影响深水破碎精细化实验的效果和效率。本文采用聚焦波理论计算波面,并利用上跨零点法定义的波高和波长计算理论波陡,结合物理模型实验统计波浪沿程破碎次数与剧烈程度,研究以JONSWAP谱为造波输入谱型时,聚焦波幅、谱峰频率、频宽等造波输入参数对于波浪破碎情况的影响,从而建立深水波浪破碎次数与造波输入参数之间的近似定量关系,为实验造波参数的选取提供参考,提高实验效率。

三维海洋紊流模型对杭州湾附近潮流场数值模拟

采用一种半隐式三维海洋紊流模型对杭州湾及长江口附近的潮流场进行了数值模拟 .该模型在垂向上采用σ坐标 ,可以较精细地处理表面和底层、较好地模拟地形的垂向变化和密度分层对潮流场的影响 .潮汐流的潮位和潮流流速的二维、三维模拟结果与实测结果符合良好 .

作用于可渗可压缩海床上的墩柱底面上的波浪力

在坐于可渗可压缩海床上的大尺度墩柱的设计中,波浪引起的渗流浮托力是主要的环境因素之一。本文研究了圆柱墩所受到的由波浪引起的渗流压力。假定海床中的流体为可压缩的,其流动遵从达西定律,从土介质的平衡方程和流体的连续方程中消去土介质位移,最终的控制方程为以孔隙水压力为变量的泊松方程。在确定墩柱以外海床上的波压力分布时,忽略了海床渗流的影响,直接由MacCany和Fuehs的线性绕射理论得出。 文中将渗流压力场分为两个子域:一个位于圆柱墩之下,是一个圆柱域;其他部分为第二个子域。对两个子域内的渗流压力求得了解析解,据此,可以计算作用在墩柱底面上的浮托力和倾覆力矩。该解适用于有限厚度海床的一般情况。

斜向入射波与反射波的分离

提出了一种分离斜向入射波和反射波的方法，波浪可以是规则波、不规则波，波向可以任意．在一定的限制条件下，采用两点浪高仪的波浪信号就可将斜向入射波和反射波分离．

波浪环境中垂直射流紊动特性的实验研究

利用粒子图像测速技术PIV(particle image velocimetry)对有限水深规则波浪环境下垂直射流紊动特性进行了实验研究.应用相位分析法从测量数据中分离出速度脉动项,用4种不同波高的波浪研究波高对射流紊动特性的影响,对紊动量的分布以及大小进行了分析.结果表明波高对射流的紊动特性有显著影响,并且对流项对波高的变化较紊动扩散项更为敏感,紊动扩散项量值约是对流项的1/8～1/3,在时均化的N-S方程中起的作用不可忽略.

浅水区海底埋设管线上非线性波浪力

在设计埋入海底的管线时 ,波浪引起的渗流力是必须考虑的主要环境因素之一 .基于一阶近似椭圆余弦波理论研究了浅水区非线性波浪对海底埋设管线的作用 ,求得了作用于管线上的渗流压力解析解 ,并同线性波浪理论结果进行了比较 .计算结果表明 ,当 L/d较大时 ,非线性结果远较线性结果大 ;当 L/d <8时 ,两者相差不大 .此外 ,土参数 Cs的影响也很显著 ,当 Cs值在单位量级左右时 。

波浪辐射应力对潮流的影响

利用考虑能量损失的抛物型缓坡方程计算大区域的波浪辐射应力,作为附加项添加到深度平均的二维潮流方程中,从而研究长时间波浪作用对于潮流的影响.数值试验表明,波浪在长时间作用后,波浪辐射应力对潮位的影响很小,可以忽略不计,但是对潮流流速有比较大的影响,尤其是在波浪破碎的情况下,在潮流流速计算中必须加以考虑.

波浪在可渗海床上传播时的衰减

在以往的波浪理论研究中,通常假定海床是不可渗的.但在浅水区,海床的可渗性对波浪的传播有一定影响,它能引起波高的衰减,同时波浪也能够引起海床的变形、滑动、甚至液化.当海床的弹性小、渗透性大时,波浪与可渗海床的这种相互作用更为明显.本文通过对波浪场控制方程——拉普拉斯方程和弹性海床的控制方程——比奥方程联合解析求解,给出了海床土体响应、孔隙水压变化规律,以及波高在传播过程中的衰减.

铰接多浮体耦合解析计算

利用Lagrange方程求解波浪作用下的铰接多浮体结构运动响应。基于二维微幅波理论,将流场分成若干子区域,在每个子区域内将速度势用特征函数展开,在各区域边界上进行速度势及水平速度的匹配并结合运动方程耦合求解速度势中的系数及结构响应值。计算与实验结果的比较表明,所采用的计算方法是合理的,可以为研究波浪与铰接多浮体相互作用作为参考。

梳式沉箱防波堤的水力学特性

本文通过实验研究 ,对于梳式沉箱这种新型防波堤结构的水力学特性进行了系统研究 ,论证了它能够减小波浪反射与减小结构受力的水力学机制 ;通过系列实验 ,本文给出了梳式结构受力与常用实体沉箱受力之比 (波浪力折减系数 )与各主要影响参数间相关的计算公式 ,可用以进行梳式结构的尺度选择与优化和进行梳式结构设计的初步计算。该结构已在大连港大窑湾港区岛堤工程中得到实际应用 ,实验证明梳式方案的水平波浪力仅为常用沉箱受力值的 6 2 %～73% ,可节省投资 2 4 .5 %。

区域综合承载力的多子系统非线性集对耦合评价

区域综合承载力评价是不确定性系统的分析问题,包含高度的非线性关系.作者建立了多子系统非线性隶属函数的集对耦合分析综合评价方法与系统的评价步骤,提出了针对不同评价指标的非线性隶属函数构建形式,并首次将水环境指标纳入到区域综合承载力评价体系之中.通过天津滨海新区区域综合承载力评价验证方法体系有效性,结果表明其不仅具有简洁、易操作和高精度等优点,同时可以为区域科学管理及时提供综合承载力的制约因子.

浙江象山港海域悬沙浓度分布变化及其水动力影响分析

利用冬、夏两季象山港15个同步连续站和60个准同步大面站实测悬沙浓度数据,结合实测潮流、盐度等海洋水文资料,分析了象山港海域悬沙浓度变化规律。结果表明,象山港海域悬沙浓度分布具有较明显冬季大于夏季、大潮期大于小潮期以及湾口向湾顶逐渐减小的变化特征。这些特征主要受制于冬季高含沙量、低温、低盐的闽浙沿岸流与夏季高温、高盐、低含沙量的台湾暖流的交替作用和半月潮周期潮流动力变化的影响。在这种背景下,由于潮流动力作用,大小潮周期中底部沉积物与水体悬浮泥沙之间存在再悬浮与沉降的交换过程。

宁波舟山近海三维潮汐潮流数值模拟

利用FVCOM模型对宁波舟山近海的潮汐潮流进行了三维数值模拟,并对其水动力特性作了相应分析。FVCOM模型采用非结构化三角形网格,很好地解决了精确拟合宁波舟山群岛的复杂岸线的问题。基于计算区域内的海床性质,采用Koutitas公式对FVCOM模型的中海底摩阻系数的计算进行了改进。通过计算域内多个潮位站和海流站的实测资料验证表明,改进的摩阻系数计算公式是合理的,流场的计算结果与实测符合良好,可以用于三维污染物扩散和泥沙输移计算。

斜向不规则波对直墙作用的实验研究

通过长峰不规则波和方向波谱对直墙作用的实验研究 ,分别给出了每延米斜向不规则波波浪力与正向力之比 ,方向波谱波浪力与斜向长峰不规则波波浪力之间的关系 ,通过与规则波实验结果的比较给出了斜向规则波与不规则波波浪力之间的相对关系 ;

一种新的长输管道泄漏点定位方法

将压力梯度法与逆瞬态法结合,提出了适合长输管道的泄漏点定位方法.该方法将泄漏点前后的摩阻系数以及泄漏流量系数看作优化控制变量、水击方程的数值计算结果与测量值之差的绝对值作为控制目标,利用遗传算法优选泄漏点前后的摩阻系数,与压力梯度法结合不断迭代求解泄漏点的位置.通过输水管道的泄漏实验得到该方法漏点定位的平均误差为4%左右.

风流作用下码头系泊船舶缆绳张力及运动量研究

基于力的平衡关系建立了系泊船舶在风和潮流作用下缆绳张力和运动的计算模型(Qmoor),其中根据船舶类型和吨位确定其水下的迎流面积和水上的迎风面积,由经验性公式计算风、流对码头前船舶的作用力,缆绳张力采用考虑缆绳非线性变形的Wilson公式计算,同时也考虑了护舷的变位与靠泊力之间的非线性关系。计算结果与物理模型试验结果较一致,且与Optimoor软件的计算结果进行了对比。

人工神经网络在潮汐预测中应用研究

海洋环境中,精确预测潮汐是关系到建筑物和人类活动的重要工作.利用人工神经网络进行单测站潮位和多测站对应潮位预测,并结合潮汐现象的特点,提出了在预测之前有针对性的数据处理分析方法——周期分析概念,并将其应用到实际的潮位预测当中,实例证明这种方法可以解决潮位预测中存在的时滞问题,提高了预测的精度.同时根据不同测站潮汐数据之间的相关性,以及潮汐数据规律性较强这一特点,进行了不同潮位测站之间的对应潮位预测,取得了很好的结果.

基于GPU并行算法的水动力数学模型建立及其效率分析

应用非结构化网格建立水动力模型目前已经得到了广泛的应用.针对在网格数过多,且无集群机情况下难以快速获得计算结果这一问题,基于GPU的高性能计算技术,在CUDA开发平台下设计并行算法,建立非结构化网格的二维水动力模型.与利用GTX460显卡和集群机的计算效率对比表明,在保持计算精度的前提下,速度提升了一个量级,且随着网格数的持续递增,可以保持较高的加速比增幅,比较适合应用于大范围海域的水动力模型的数值计算.