青岛胶州湾大桥建设对周边海域水动力环境影响的数值研究

应用MIKE21建立胶州湾平面二维潮流模型,对青岛胶州湾大桥建设前后胶州湾内的潮流场进行数值模拟,探讨了青岛胶州湾大桥建设对周边海域的潮位、潮流、潮通量等水动力环境的影响。通过胶州湾大桥两侧的连续实测海流、潮位资料与模拟结果进行比较,可以看出两者趋势基本符合,说明该模型能够较精确地反映胶州湾大桥建设前后的潮流场分布情况。计算结果表明,大桥的建设具有一定的阻流作用并减小了过水断面,从而对周边海域的水动力环境产生一定的影响,但对胶州湾整体潮流场改变较小,影响范围限于桥位南北1.5km范围内。

董家口尾水排海环境影响数值预测及排放口比选研究

采用二维平面潮流数值模拟的方法对董家口港区尾水排放口位置进行比选研究,预测4个拟选排污口分别在尾水正常排放和事故排放两种工况下各水质污染因子的环境影响范围,并结合水深、动力条件等因素最终选定最优排污口.结果表明:研究海区海流以潮流为主,潮流性质为半日潮流,潮流运动形式以往复流为主,旋转为辅,海域涨落急流向为SW—NE向,整体上西防波堤—LNG码头连线南侧海域的水动力条件较好.经数值模拟预测研究,位于西防波堤南侧的P4排污口所在海域水动力条件活跃,水深条件适宜,有利于物质扩散,且事故条件下对日照海域和日照西施舌种质资源保护区影响小,为较优尾水排放点.同时P4排污口所在海域执行三类水质标准,污水数值模拟结果显示该排污口各污染因子超三类水质标准的面积均小于0.742 km2,NS向扩散距离均小于0.34km,扩散趋势与潮流方向一致,有利于其污染物稀释扩散.本次模拟预测客观地反映了污染物排海后的浓度变化和运动规律,为尾水排海污染物进行总量控制及海洋环境开发管理规划提供了科学依据和技术保障.

海洋温差能向心透平的气动设计及性能研究

通过对7.5 kW海洋温差能向心透平的蜗壳、喷嘴和叶轮进行气动设计,模拟研究了透平在设计工况及非设计工况下的气动性能。采用经验参数及遗传算法优化方法对透平的一维参数进行设计,得到一维设计结果,并据此对蜗壳、喷嘴和叶轮进行三维设计,得到透平的气动结构造型。利用CFD技术模拟研究了透平的三维流场及性能,得到透平在设计工况及非设计工况下的性能,模拟结果表明:在设计工况下,透平效率为86.5%;在非设计工况下,透平效率随着叶轮转速的增加而增大,但增加至设计转速后,透平效率增加幅度较小;随着进口温度的升高,透平效率逐渐增大;当进口压力为设计工况压力时,透平效率存在最大值;非设计工况下的透平功率基本与叶轮转速、进口压力和进口温度均呈正相关;设计工况下的最佳喷嘴-叶轮相对径向间隙为0.05,可变喷嘴叶片安装角为35~40°。

不同悬沙组分对潮流的响应关系研究

通过建立一维水深平均悬沙模型,对典型潮流控制的海湾内不同悬沙组分对潮流的响应关系进行了研究。模型以泥沙的水平输运、再悬浮和沉降为主要物理过程,以M2,S2分潮及余流为主要动力因素,反演了湄洲湾支水道内粉砂、淤泥组分含量的时间序列,采用2007-08潮位、潮流、悬沙、底质同步观测资料进行分析和验证。通过三角傅里叶分析,将悬沙的时间序列分解为12个主要的谐波分量,模型分解得到的主要傅里叶分量具有M2分潮两倍的角速度与1/4日潮周期,该分量粉砂组分振幅6.1 mg/L,淤泥组分振幅1.5 mg/L;次主要傅里叶分量具有M2分潮的角速度,振幅受水平输沙、余流、M2分潮流共同影响,粉砂组分振幅4.9 mg/L,淤泥组分振幅1.2 mg/L。由于粉砂组分单位起动能力强、沉降速度高,且淤泥组分由于粘结力等因素起动条件较高,粉砂组分振幅高于淤泥组分。测站位置余流与涨潮流方向一致,余流致使涨潮过程中粉砂组分含量所占百分比上升,而落潮过程下降,淤泥组分则相反。

半日潮流作用下悬移质泥沙的运动特征及其影响因素研究

本文通过建立一维水深平均悬沙模型,对典型潮流控制的水道内悬沙运动特征进行研究。模型以泥沙再悬浮、沉降和平流为主要物理过程,动力因素包含M_2、S_2分潮及余流,采用湄洲湾2007年8月潮位、潮流、悬沙、底质同步观测资料进行分析和验证。通过三角傅里叶分析,将悬沙的时间序列分解为12个主要的谐波分量,其中主要分量包括:M_2分潮作用下产生的具有M_2倍潮角速度的1/4日分潮项,M_2与S_2分潮共同作用下且角速度为两分潮角速度之和的1/4日分潮项,及水平悬沙梯度、余流与M_2分潮共同作用下具有M_2分潮角速度的半日潮项。悬沙在时间上的平均值受到余流、悬沙水平梯度、M_2分潮流及悬沙起动条件等因素控制。余流导致了悬沙序列中相邻周期之间的不对称性。反映泥沙特性的参量对悬沙的曲线特征具有重要影响,泥沙沉降速度影响悬沙的相位,并影响其振幅;再悬浮有关的参量仅影响各谐波分量的振幅,但不影响相位。

基于无监督机器学习的胶州湾海底工程环境适宜性综合评价

海岸带工程地质环境的稳定性对于海洋工程的建设安全和沿海经济繁荣十分重要。在胶州湾海域已有地质、水文等数据的基础上,对胶州湾海底工程环境适宜性进行了分区。通过无监督机器学习的谱聚类算法,构建了胶州湾海底工程环境适宜性综合评价模型。结果表明,胶州湾整体工程环境适宜性趋势为北高南低,从北向南依次可分为适宜性高、适宜性较高、适宜性较低和适宜性低四个区域。相关性分析表明,影响胶州湾海域海底工程适宜性的因素从高到低依次为冲淤分布、沉积物类型、坡度、第四系沉积物厚度、水深、海流流速、断裂分布。本研究可为胶州湾工程环境和地质灾害预防提供参考,有助于海洋工程环境稳定和经济安全保障。

长乐海上风电场水动力影响数值模拟研究

运用平面二维数值模拟的方法,在长乐海上风电场B区建成之后对海域的影响进行了研究,将风电桩基概化为边长为6.4 m的正六边形,采用网格嵌套、逐层加密的方式对研究区地形进行刻画,模型经过6个测点和1个临时潮位站实测资料的验证,表明模型结果良好,能够反映研究区潮流性质,并模拟风电场建成后对所在海域和风电桩基附近的影响。模型计算结果表明,风电场建成后对所在海域的主要影响集中在桩基附近,对流场影响主要体现在流速的变化上,在桩基根部附近,流速会因为桩基之间的束水效应增大;在桩基周围因为其阻水效应,桩基背水面和迎水面流速均会减小,且背水面流速变化范围会大于迎水面。工程会对北部两排桩基周围的余流产生10%左右的影响,产生30%数值变化的范围仅在桩基根部。

江苏辐射沙脊底质沉积物特征分析

本文分析了2014年取自江苏大丰附近海域辐射沙脊区域的64个海底表层样品,对样品进行测试分析之后,得到了每个样品的中值粒径和各组分含量,样品中有砂、粉砂、黏土3种成分,依据其各组分含量,沉积物一共可分为砂质粉砂、黏土质粉砂、粉砂质砂、砂4种类型。结合辐射沙脊展布形态和海流特征,对沙脊上沉积物的分布作了分析,发现沙脊之上垂直沙脊的往复流和沙脊之间平行沙脊的往复流是形成沉积物分布,塑造沙脊形态的主要动力因素。根据各组分百分含量变化的等值线图和梯度分布,发现沉积物中砂、粉砂、黏土各组分含量以及空间变化和沙脊形态的对应关系。