珠海三角岛沙滩修复工程岸滩演变数值模拟研究

针对三角岛沙滩修复工程,使用岸滩演变数学模型预测三处沙滩在不同设计方案实施后的岸滩冲淤变化情况。研究表明:对于沙滩一,设置了连岛防波堤的方案三最有利于保持沙滩的整体稳定性;对于沙滩二,增设潜堤的方案二对人工沙滩的掩护效果有限,从经济性的角度而言,可选择方案一作为最终选择方案;对于沙滩三,由于未设置掩护措施,岸滩冲淤变化强烈,应在实际工程中考虑增设掩护措施;由工程海域的悬沙落淤强度计算结果结合现场资料,综合判断拟建人工沙滩泥化风险有限。研究结果可为相关工程设计提供参考。

港口导堤植被消波的试验研究

针对天津中心渔港东导堤工程,通过几何比尺为1∶10的断面物理模型试验,研究了植株布置方式、种植排数和淹没水深对护岸植被消波效果的影响。研究表明:1)护岸植被对波浪有一定的消减作用,可减小波浪对护面结构的直接冲击,并降低越浪量,但是植被的消波效果只对一定范围内的波浪有效。2)就植被的消波效果而言,矩形布置方案略好于梅花形布置方案;树木种植排数越多消波作用越大;半淹没时的消波效果略好于全淹没状态。3)结合天津中心渔港东导堤护岸结构,肩台种植树木7排时,植被消波效果最好,其中波高最大消减32.9%,越浪量最大消减87.8%。

不同上部结构开孔沉箱的消浪效果与波浪力研究

通过参考烟台某港区码头开孔沉箱形式,利用1∶35的波浪断面物理模型研究双柱块体上部结构和侧开孔上部结构开孔沉箱的消浪效果和波浪冲击荷载。结果表明:在相同波浪条件下,开孔沉箱开孔率增加的消浪效果好于双柱消浪块体;波浪与双柱块体上部结构开孔沉箱的波压力最大处区域在开孔下方,而侧开孔上部结构开孔沉箱的波压力最大区域在开孔处附近;双柱块体上部结构开孔沉箱所受波浪力主要受静水位影响,而侧开孔上部结构开孔沉箱所受波浪力主要受波面对开孔的淹没程度影响。

不规则波浪作用下带腹板型浮式防波堤的水动力特性研究

本文基于福州港松下港区拟建的浮式防波堤开展研究,建立不规则波浪与带腹板型浮式防波堤相互作用的数值模型,通过开展水槽试验,对该模型进行验证。进而对带腹板型浮式防波堤的水动力特性进行模拟分析,讨论波浪透射系数和锚链拉力的影响因素。结果表明,防波堤的消浪性能随吃水深度、腹板高度和浮箱宽度的增大而提升;在入射波浪有效周期接近纵荡自振周期时,锚链拉力显著增大,在浮式防波堤设计中,应使得结构纵荡自振周期远离设计波浪周期。研究结果可为实际工程设计提供参考。

"山竹"台风影响下的防波堤损毁与应急修复研究

盐田港东作业区东大堤因遭受超强台风"山竹"的袭击,损毁严重,急需对台风袭击后损毁的防波堤进行应急修复.结合实际工程现场资料,针对北处位置的不同设计方案,通过几何比尺为34的波浪断面物理模型试验,对各个方案的块体稳定性及上水越浪情况作对比.研究表明:对于块石堆积严重区域,可进行现状损坏剖面稳定性试验,得出块石输移堆积的相对平衡剖面,并根据现场情况和工程需要将修复结构的胸墙布置于剖面变化较小的区域,墙前布置简单的防冲刷结构,可减少台损修复方案的前期清理工作,降低工程造价并缩短工期.

波浪与高桩承台式结构作用的试验研究

针对舟山市泗礁岛的车客渡码头工程建设情况及工程海域特点,以高桩承台式结构为研究对象,通过波浪断面物理模型试验,对比3种不同设计方案下高桩承台式结构后的次生波波高及透射率、上水越浪情况,以及原设计直桩方案和修改方案结构所受到的波浪力,并对原设计直桩方案结构前挡浪板夹缝处的流速进行测量,综合整个波浪断面物理模型试验,对比不同方案的试验结果。结果表明,直桩方案堤前波浪条件较斜桩方案差,而斜桩方案堤后波浪条件较优;由于结构设计高程接近波浪作用较强区,越浪及破碎波浪冲击均较大,在设计中应对结构上部排水和受力予以关注。

波流作用下悬浮隧道运动响应纵向截断模型试验研究

利用波流水槽构建悬浮隧道纵向截断模型试验,分析了水流及波浪作用对悬浮隧道运动响应的影响,获得了管体结构的垂向及横向运动响应特性。研究结果表明:水流流速较小时,模型振幅随约化流速Vr增大而增大,而在约化流速为5.8附近,管体振幅达到最大并在这一临界值之后形成较为稳定的振幅值,产生明显的结构共振和涡激振动“锁定”现象。振幅稳定后垂向幅值约为管径的2倍,横向幅值与管径相当。对于波浪单独作用,在波浪较弱时,横向幅值与垂向几乎相等,随着特征KC_(n)数的增大,响应振幅先增后减。在特征KC_(n)数小于0.51范围内,垂向振幅大于横向振幅,其余范围则相反。垂向振幅和横向振幅分别在特征KC_(n)数为0.42和0.55时达到峰值,且两个方向的最大振幅值均与管体的管径相当。相对响应频率随着特征KC_(n)数的增大而减少,且垂向大于横向。

55000 t散货船在风浪联合作用下的系泊试验研究

通过几何比尺1∶50的物理模型试验,对55 000 DWT散货船在风、浪不同组合条件下船舶系泊的运动量、系缆力以及船舶靠泊产生的撞击力和撞击能量进行了研究。分析表明系缆方式二艉横缆的缆绳长度比系缆方式一增加2.0～3.8倍时,使得横缆受力有所减小,艏、艉缆和艏、艉横缆绳受力更为均匀;在推荐的系缆方式二中,港内波浪周期在12 s时,从受力角度来看,限制波浪工况为H4%≤0.5 m;从运动量角度来看,限制波浪工况为H4%≤0.6 m。文章在上述分析的基础上,推荐了合理的系缆方式,为工程设计提供了参考。

波流作用下新型立管大水槽试验研究

针对一种新型自由站立式防台风隔水立管系统,在3种不同浮筒净浮力条件下,通过几何比尺1∶21的大水槽物理模型试验,研究了纯水流以及波流联合作用下隔水立管整体的涡激振动和运动轨迹情况,统计了不同测点顺流向位移的平均值和横流向位移的均方根,并对比了纯水流和波流联合工况下立管涡激响应的差异性.研究表明,浮筒净浮力对新型立管的固有频率和运动响应有较大影响,可以通过调整浮筒净浮力来避免立管自振频率与外界激励频率锁定,保证结构安全;纯水流工况下新式立管的涡激振动现象明显,同时通过分析立管不同位置的运动轨迹发现由于结构的复杂性和外部荷载的不稳定性会激发频率为固有频率偶数倍的非对称振动.在波流联合工况下,波浪在一定程度上抑制了隔水立管的涡激振动,使其整体偏移量减小;在横流向,波流联合工况下新式隔水立管的涡激振动相比于纯水流工况发生明显变化,波浪频率成为控制其振动响应的主导频率,此时立管位移的最大值未出现于顶端测点处,而是出现在距离表面波影响较小的测点处.

基于随机森林的复坡堤越浪量预测研究

针对复坡堤越浪量的计算问题,提出了采用随机森林算法预测越浪量的方法。首先,通过对欧洲CLASH数据集进行筛选,挑选出符合复坡堤越浪量预测的数据;其次,对数据做无量纲化处理,建立以随机森林为基础的复坡堤越浪量预测模型,并通过网格搜索(GridSearchCV)方法对模型进行调参以改善模型的性能;最后,利用决定系数R^(2)来评估模型的精度,并将随机森林模型与集成神经网络模型做了预测能力的对比,同时还给出了随机森林模型各个特征参数对预测精度的重要性。结果显示,随机森林模型的决定系数为92.7%,集成神经网络模型的决定系数为87.7%,表明随机森林模型对越浪量具有更强的学习和预测能力。通过对特征重要性的分析,墙顶高程对模型预测精度的影响最大,堤顶高程次之,堤脚宽度影响最小。

国内外生态海岸建设技术综述

海岸带定义为海洋与陆地相互交汇的地带,是当今人类社会经济发展的“生命带”。由于全球气候变化的影响,使得海岸带地区的生态环境受到严重威胁。本文简述了国内外生态海岸管理的相应法规,同时总结了生态海岸建设的相关工程技术,希望能够为生态海岸建设工程的有力开展提供可靠的依据,从而进一步推动海岸带地区的海洋生态文明建设。通过对近年来国内外生态海岸建设工程实践中常用的技术手段进行总结,提出未来的生态海岸建设技术应重点关注以下几个方面:(1)生态海岸防护技术;(2)人工护滩技术;(3)景观护岸建设技术;(4)生态工程技术。

基于机器学习的斜坡堤越浪量预测方法研究

针对斜坡堤越浪量预测方法,分别建立集成神经网络(ensemble neural network,ENN)、随机森林(random foreset,RF)和支持向量回归机(suppport vector regression,SVR)3种机器学习模型对斜坡堤越浪量进行预测,并利用决定系数R 2和均方根误差RMSE来评估模型性能。最后,对3种模型的性能进行分析。结果显示,集成神经网络模型的决定系数R 2和均方根误差RMSE分别约为0.96和0.0018,随机森林模型的决定系数R 2和均方根误差RMSE分别约为0.97和0.0014,支持向量回归机模型的决定系数R 2和均方根误差RMSE分别约为0.94和0.002。对比发现,3种模型的决定系数都达到0.9以上,都具有较高的预测精度,随机森林相比其他两个模型精度更高。

斜坡堤新型人工块体TB-CUBE的波浪爬高和反射试验研究

针对新型人工块体TB-CUBE在斜坡堤上对于规则波爬高及反射的影响效果,进行试验研究。研究结果表明:波浪爬高随斜坡堤坡度增加呈现先增加后减小的趋势,并随水深增加先减小后增加;同时,堤前反射系数随水深和坡度增加呈现逐渐减小的趋势。依据波浪在新型护面块体TB-CUBE上爬高的相关因素,并以此拟合出波浪在该块体上爬高的经验公式,并与JTS 145—2015《港口与航道水文规范》进行了对比分析。结果表明:拟合的经验公式对TB-CUBE块体的适用性比规范中的计算公式更好。

防波堤及护岸越浪研究综述

近年来防波堤越浪方面的相关研究,分别在越浪影响因素、越浪量计算公式推导论证、越浪数值模拟与越浪量标准4个方面进行归纳总结。已有成果表明:1)越浪影响因素的研究多是集中于常规因素,包括波高周期,堤顶高程,坡肩宽度,护面块体,而对水流、风速、波浪谱以及水的性质等其他因素研究相对较少;2)越浪量计算公式研究中主要集中在影响越浪量因素和越浪量公式比选以及公式推导3个方面;3)在数值模拟方面,研究多以RANS方程、RNG k-ε的湍流模型、VOF方法为基础,运用FLUENT等成熟软件对越浪过程进行模拟或进行越浪量预测,神经网络等机器学习算法也越来越多地使用在越浪量的数值模拟中;4)随着以上研究的深入,越浪标准也开始逐步完善,适用性得到了一定加强。

T型浮式防波堤水动力特性的数值模拟研究

为提升浮式防波堤的消波性能,提出一种T型浮式防波堤.首先基于数值模拟方法,建立了波浪与T型浮式防波堤作用的数值模型,然后分析了波浪作用下T型浮式防波堤的吃水深度、腹板高度和浮箱宽度分别对透射系数、锚链受力及波压力分布影响,最后结果表明在相对宽度为0.48时,防波堤腹板高度为0.35 m时的消波性能相对于无腹板可以提升76%,同时可以减小锚链拉力.

环境敏感因子在威海湾沉积环境中的应用比较

环境敏感因子是沉积环境演化研究中的重要参数,其提取方法有多种,不同方法在海湾内应用成果相对较少。文章根据山东半岛威海湾WH-05岩心(钻探深度18.2 m)高分辨率(2 cm)粒度分析结果,采用基本端元模拟算法(BasEMMA)、粒级—标准偏差法和粒级旋转主成分分析法(V-PCA)提取了环境敏感因子,结合AMS14C数据,对不同方法提取的环境敏感因子进行了对比分析,探讨了其对季风强度变化的响应关系。结果表明:8.4 ka B.P.以来威海湾沉积物类型均为粉砂,粉砂含量为主、黏土含量次之、砂含量较少,以跳跃组分为主,悬浮组分次之。BasEMMA和粒级—标准偏差法提取的3个敏感粒级范围(2.6~11.0μm、31.3~63.4μm、256.9~500.0μm)总体一致,能较好地反映东亚季风长周期变化事件(8.4~6.5 ka B.P.东亚季风强度减弱;6.5 ka B.P.至今东亚季风强度增强);V-PCA提取的环境敏感因子,能较好地反映东亚季风短周期变化事件(如明清小冰期、西汉小冰期事件等)。以上三种方法提取的环境敏感因子指示了研究区气候变化,对研究区沉积环境具有较好的指示作用。

大型舰船岸基恒张力系泊装置的理论计算及系统设计

为了解决大型舰船驻泊时系泊缆绳瞬时张力过大而发生断裂的问题,提出一种岸基恒张力系泊装置,采用容积变化式的恒张力液压控制原理,主要内容包括设计要求及工作原理、理论计算及关键元器件选型、机械结构设计、液压系统设计、系统仿真。分析结果表明:此系泊装置在不改变现有系泊设施和缆绳的情况下,可以将系泊缆绳张力控制在一个相对固定的范围内,从而可以确保缆绳不发生断裂,并且可单独安装,需要的能量很少,经济实用。

锚地船舶反复抛锚作用下的隧道埋深研究

为了研究在下穿锚地段过江隧道工程设计中如何合理确定最小埋深,以某过江隧道工程为例,采用模型试验手段预测锚地水域河床的极限冲刷深度。利用ABAQUS有限元软件数值研究锚地水域船舶多次抛锚作业对河床土体的作用,给出了船舶反复抛锚入土影响深度。结果表明,极限冲刷后锚地河床最低点高程为-28.2 m。在此地形条件下,船舶反复抛锚作业对土体的扰动使得河床表面土层的抗剪强度降低。30 000 t级海船反复抛锚的船锚入土深度为3.61 m,冲击力影响深度为2.61 m;50 000 t级海船反复抛锚的船锚入土深度为3.90 m,冲击力影响深度为2.89 m。从安全角度出发,隧道顶高程至少应控制在-34.99 m以下。研究结论可为穿越锚地和停泊区水域的水下过河建筑物埋深设计提供指导。

南海海洋温差能发电站冷却水排放对周边海洋环境的影响分析

南海温差能资源储量巨大且水深、海底地形条件适宜,是具备开发海洋温差能条件的理想场所。为了分析西沙甘泉岛拟建岛基式海洋温差能发电站冷却水排放对甘泉岛附近海域环境的影响,利用数值模拟的方法建立了三维水动力模型,采用永兴岛验潮站的实测潮位数据验证了模型的可靠性,模拟分析了海洋温差能发电站冷却水的扩散过程及其对甘泉岛附近海域海水水温结构的影响。研究结果表明,温差能发电站冷却水会引起排放口周边温度的急剧下降,进而会在局部范围内产生温跃层,但温降范围主要集中在排水口附近,并且随着潮流流向扩散;排水口处温度梯度最大,且距离排水口越远,温度梯度越小;温跃层包络面积随排水温度的升高而减小,随排水流量的增大而增大;冷水团上方出现一个正跃层,下方则出现一逆跃层,且温跃层上界深度随着排水深度的增大而增大。研究成果可为海洋温差能发电站建设所涉及的环境问题给予合理评价和在生态环境管理上提供科学依据。

波流耦合作用下的海底管道溢油水下运动扩散规律研究

海流和海浪是水下溢油扩散的主要动力。基于数值模拟方法构建二维水槽模型分析了纯流、纯浪和波流耦合作用下原油从水底漂移扩散至水面的过程。结果表明波流耦合作用时溢油扩散具有纯流和纯浪影响下油粒子的运动特征,油粒子随水质点振荡的同时朝水流方向扩散。油粒子受水体的摩擦及掺混作用随其升高而变强,在油粒子上升到倾斜变化转折点时,溢油轨迹开始朝水流方向倾斜。另外,溢油量越大,引起的卷吸效应越显著,油粒子在横向和竖向上的扩散程度加剧。研究结果可为溢油事故应急处理提供参考依据。