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。

空间节省型堰式沉箱波浪反射与结构优化试验研究

为了同时提升消浪效果和节省海岸空间,对低反射防波堤进行改进,提出了一种空间节省型堰式沉箱结构。通过物理模型试验研究了堰式沉箱在规则波作用下的消能机理,然后采用单因子分析法分析了相对淹没深度、波陡和相对波高对反射系数的影响,并且利用SPSS软件对无因次参数进行非线性回归分析得到了反射系数计算公式。结果表明,内堰消浪室可以形成良好的波能耗散机制,随着有效消浪室个数的增多,消浪效果逐渐增强,使得反射系数的最小值和最大值较非透空直立结构分别降低了60%~90%和10%~30%。基于以上研究成果,给出关于特征水位与内堰的相对位置关系的合理建议,并总结了堰式沉箱结构的优化设计要点,对实际工程应用具有一定的指导意义。

基于SWAN模式的南海台风浪推算的影响因素分析

基于南海实际地形和真实的台风过程,对影响SWAN模式在南海台风浪推算中的准确性的因素进行了较系统的研究。首先对不同的模型风场进行了对比分析,结果表明一个准确的风场是正确推算台风浪的关键。同时对SWAN模式中的白冠耗散作用、风能输入与白冠耗散不同的组合方式和折射项作用等因素对台风浪推算的影响进行分析,并对模式中的各影响因素给出了合理建议。使得SWAN模式在南海台风浪推算中具有更好的适用性。

潮汐水域中污水侧向排放的数值模拟

基于Ｎ－Ｓ方程，采用深度平均的应力－通量代数全场模型，模拟流场及热水或污染物侧向排入大水体的各向异性的输移扩散规律．模型中采用深度平均的连续、动量、浓度方程进行潮汐流动的数值模拟计算，潮流采用非对称潮流，模拟结果给出了一个周期内流场、污染物浓度场随时间的变化特征．所得的数值结果与他人的模型实验结果非常一致，而较其他结果更合理，说明本模型的合理性和可靠性．

渤海典型余环流及其影响因素研究

以大阪大学海湾模型(ODEM),三维斜压水动力模型研究了渤海夏、冬季节典型余环流结构及其控制因子的影响.浅析了不同计算工况下余流结构对海域不同部分水交换能力的影响.通过分析渤海中部流速的垂向分布,探讨了潮汐、季风和表面热交换对余环流的贡献.从表面和底层的潮余流结构可以看出渤海的余环流由多个而不是一个旋涡构成,海域的地形和海岸线形状是控制沿岸潮余流结构的主要因素.渤海典型风向下的夏季风和冬季风对余环流的影响差异较大;区域性热盐效应导致的密度流不管是否引起层化现象都会对风生流和潮余流产生较大的影响.

基于Fluent的白内障术后房水流体力学数值分析

应用fluent软件,建立三维自然对流水动力刚体模型,探究了眼内微流体的运动.本研究将以眼球前房和后房即房水主要流动区域作为研究模型,求解眼球内部房水流动产生的压力差和温度场,分析了眼角膜温度、房水分泌流量和虹膜至晶状体的最小距离对眼内压差的影响.计算了虹膜至人工晶体不同间距下的白内障术后模型前后房眼内压的差值,通过和术前对比,分析了白内障术后并发症的水动力因素,为后续白内障术后并发症的研究提供了新的途径.

深水波浪破碎时波浪演化特征实验研究

采用能量聚焦的方式产生深水破碎波,并通过增加输入波陡使发生不同强度的波浪破碎现象。实验中,沿水槽中心位置布置22个浪高仪,分析波浪传播过程中的波面演化特征。对水槽不同位置处波面数据进行波能谱与小波能谱分析,发现在聚焦波传播过程中,低频能量部分保持相对稳定,而一次谐波高频部分先逐渐拓宽,经过破碎区域后又逐渐恢复。能量在高频部分有所损失,这种现象在破碎时更加明显,且破碎强度越大,越显著。波浪未破碎时,由于波浪传播过程中高频部分拓宽,导致聚焦前后特征频率略有增加,特征群速和特征周期略有减小;当波浪破碎时,由于破碎导致的能量损失比较明显,且卷破时更加明显,导致破碎后特征频率减小,特征群速和特征周期增大。

深度平均的应力—通量代数全场模型及其验证

提出了深度平均的应力—通量代数全场模型，用来模拟热水侧向排入大水体的各向异性的输移扩散规律。应用有限体积法对控制方程进行离散，利用ＳＩＭＰＬＥ法进行数值模拟。通过该模式的模拟计算给出了速度场、温度场的分布。所得的回流区形状及温度场分布与深度平均的ｋ－ε模型及实验资料对比。

桩柱结构在地震作用下非线性响应研究

基于试验基础上建立的经典弹塑性模型——剑桥模型能够准确描述正常固结土的应力-应变关系。当土体的应力历史上经历过卸载或受到循环交变荷载作用即进入超固结状态,它作为土的应力历史的反映,相比正常固结土受力特性有着显著的差异。为研究超固结因素对土体加载特性的影响,在引入能考虑超固结状态影响的下负荷面剑桥模型后,通过三轴压缩和剪切试验对处于超固结状态下土体的受力特性进行了对比分析,并对循环剪切加载下的应力-应变关系以及超固结比的演化规律进行了研究。结果表明,下负荷面剑桥模型能准确反映超固结因素对土体力学特性的影响,相比原状土有着更高的屈服强度。而通过数值模拟自由场地基在地震作用下的动力响应可以看出,超固结因素对地基的动力响应起到了不可忽略的影响,尤其在强震下更需要考虑其影响。在自由场地基地震动力响应基础上,通过对桩柱结构桩-土耦合系统在地震作用下非线性动力响应的模拟对土体非线性以及超固结因素的影响进行了对比研究,研究表明:土体的非线性因素能显著降低结构振动响应中的高频成分,由于土体在交变加载下很快进入超固结状态,相对于剑桥模型,下负荷面剑桥模型在考虑超固结因素后土体的承载性能显著提高,尤其在强震作用下超固结因素带来的影响更加明显,因此,建议对桩基结构物地震响应研究考虑超固结因素影响,以提高桩基结构物地震响应模拟的精确度和可靠性。

深水破碎波周期变化的试验研究

海洋中波浪周期的表达及准确预测一直是个难题,对于周期推算过程中的影响因素目前缺少系统的研究。根据室内试验,重点分析深水极限波浪传播及破碎过程各特征周期的演化规律。在实验室二维水槽中,基于相速度聚焦方法生成深水聚焦波和破碎波,并通过逐渐增加聚焦波幅使波浪破碎强度增大。由实测的波面序列统计计算跨零点周期和谱平均周期,结果表明,谱平均周期在传播过程中很稳定;波浪聚焦未破碎时聚焦区域前后周期变化率小于1%;波浪破碎后周期明显增大,且增量!T随实测波陡(破碎强度)增大而增大;从稳定性和波浪非线性机理的角度分析T0,2的变化规律最能体现深水极限破碎波浪周期的演化特征。

海洋资源开发技术专业复合型人才培养体系的建设和探索

为了应对国家战略性迫切需要的高素质海洋开发人才,国内四所院校利用相关专业的教学、科研的优势,开始培养开发海洋资源技术人才。根据国内海洋资源开发技术专业的概况,分析研究海洋空间资源开发技术及其知识体系的要求,提出和建构海洋空间资源开发技术专业的人才培养体系,分析其课程体系设置和相应的人才培养保证机制,培养海洋资源开发技术专业的复合型人才。

海洋环流模式中的二阶湍流封闭格式综述

针对目前海洋环流模式预测能力存在的不足,从雷诺应力方程着手,归纳和阐述了二阶湍流闭合模式中压力项、扩散项和耗散项的改进与发展,分析和讨论了各种改进格式对模型完善和预测能力的影响,同时分析了波浪混合作用对环流封闭格式的影响,并对海洋环流模式中二阶湍流封闭格式发展进行了简要综述。压力项的改进主要集中于压力项中各影响量的添加,使得可以模拟的湍流的理查森数Ri趋近1;扩散项的改进主要通过改善湍流能量扩散的第三稳定函数Sk来完成;对于耗散率的改进更多是基于经验,用与理查德森数相联系的阶梯型函数可以有效模拟强分层流;环流模式中通过模拟波浪对垂向扩散系数的影响和在紊动动能方程中考虑波浪破碎耗散的能量的注入,都可以从物理机制上改善目前模式所模拟的混合层太浅和温跃层强度偏低的共性问题。

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.

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。

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.

砂质海岸整治修复效果模糊综合评价研究——以营口月亮湾为例

本文采用模糊综合评价方法,从自然环境效果、景观生态效果、沙滩资源效果和社会经济效果4个方面研究构建了砂质海岸整治修复效果综合评价指标体系与评价方法,并以营口月亮湾为例进行了实证研究。结果表明:本文提出的砂质海岸整治修复效果综合评价方法涵盖内容全面,指标获取可行,评价结果明确,整体方法实用。营口月亮湾砂质海岸整治修复效果总体评价结果为优秀,综合评分为2.6362,其中社会经济效果贡献率为30.52%,沙滩资源效果贡献率为30.17%,自然环境效果和景观生态效果贡献率分别为19.88%和19.44%。

模拟畸形波的聚焦波浪模型

利用改进的高阶谱方法建立了模拟极限波的二维聚焦模型,通过与Baldock(1996)的实验结果和理论值的比较,验证了模型的正确性,并分析了波浪非线性的相互作用对聚焦结果的影响.通过改进Longuet-Higgins海浪模型,给出了4种实验室聚焦模拟畸形波的波浪模型:极限波聚焦模型+随机波模型;极限波聚焦模型+规则波模型;相位角分布范围调制聚焦模型;相同相位角组成波个数调制聚焦模型.基于上述完全非线性数值波浪模型,采用不同的能量分配方式,在有限模拟长度和时间内得到了具有不同H_(max)/H_s值的畸形波.

基于高空间分辨率卫星遥感影像的砂质海岸空间整治效果分析——以营口月亮湾为例

采用2005年采集的SPORT5卫星遥感影像和2015年采集的GF-1卫星遥感影像,分别对2006-2014年之间营口月亮湾海岸空间整治项目实施前后的海岸景观格局进行监测,在此基础上构建了沙滩面积系数、适宜游乐水域指数、主体功能度指数、景观多样性系数、景观变化指数等评估指标,评估了营口月亮湾海岸空间整治效果。结果表明:营口月亮湾沙滩养护工程实施后沙滩面积大幅增加,沙滩面积系数为2.44,适宜游泳嬉水娱乐区面积略有增加,适宜游乐区指数为1.10。海岸空间整理工程实施使月亮湾海岸游乐功能分区明显,月亮湖公园、高尔夫休闲区、山海广场区、农业生态旅游度假区和滨海嬉水观光区主体功能度指数分别达到0.89、0.76、0.68、0.65和0.77。海岸景观美化工程整体改变了海岸景观格局,使各功能分区海岸景观多样性提高,海岸景观格局更为优化,总体景观多样性系数达到1.13,景观变化指数达到0.30。