国际海岸带生态防护对我国生态海堤建设的启示

为充分发挥海堤的防灾减灾和生态服务功能,促进我国海岸带生态防护,文章概述国际海岸带生态防护的理念、案例、特点和效果,基于我国生态海堤建设研究和实践,提出启示和展望。研究结果表明:荷兰等国家通过生态缓冲和堤防后退等手段开展海岸带生态防护,在减缓海岸侵蚀的同时提升生态服务功能;我国相继开展生态海堤建设研究和实践,取得一定成效,但仍存在局限性,亟须借鉴先进经验,结合我国海岸带生态环境特点,针对新建海堤和已修建海堤,分别提高生态化水平;未来我国生态海堤建设将进一步完善理论体系、改进工程技术、建立调查数据库以及促进工程规范化和系统化。

珊瑚礁海岸波流运动特性整体物理模型实验研究

根据现场地形在港池中建立三维珊瑚礁−潟湖−裂口海岸定床整体物理模型,采用波高传感器、流速仪和表面流速测量系统分别测量了规则波作用下珊瑚礁海岸不同位置的波浪和流场特征。结果表明:礁坪上,波高在向岸方向逐渐减小,总减小幅度为86.7%,增水先增大后减小,沿礁坪下降幅度为65.9%,水流以向岸流为主,存在着先增大后减小的趋势;潟湖中,波高靠近裂口处较大,中部最大值约为两侧最小值的2.8倍,增水则靠近裂口处最小,相比两侧最大值下降了25.5%,水流主要为对称地指向裂口的沿岸流,流速从两侧到裂口先增大后减小;裂口中波高变化不大,增水在靠近潟湖处最大,为礁坪上增水的47.6%,水流主要为离岸流,流速同样是先增大后减小。量化分析了环流驱动力、辐射应力与波面压力梯度的空间变化规律,发现礁坪上向岸流变化是平均水位梯度和辐射应力相互作用的结果,在裂口中的离岸流驱动力主要为辐射应力,而潟湖中的沿岸流变化由平均水位梯度决定的。

促进高校实验室设备动态管理的若干思考

在强调实验室设备管理技术对于实验室科学发展重要性的前提下,结合他人在静态管理、动态管理、人员管理中的若干经验,讨论管理系统领域的科技发展新态势,总结实验室仪器设备借取、数据分析、资源合理利用等热点问题,对国内各高校的设备动态管理等问题进行分析并给出解决方案,提出实用性建议。

台阶式沉井等效墩宽计算方法探究

桥梁工程中存在形状各异的桥墩,在研究不同截面桥墩的局部冲刷特性时,桥墩尺寸的定量描述非常重要。以台阶式沉井结构为研究对象,梳理并分析了国内外相关等效桥墩宽度计算方法,发现各类公式本质上为计算不同条件下的桥墩平均阻水宽度。开展了台阶式沉井局部冲刷试验研究,基于试验数据对比分析了各类等效墩宽计算方法的计算结果,发现Melville和Raudkivi的等效墩宽计算公式能够较好地估算考虑动床条件下台阶式沉井的平均阻水宽度;进一步收集了国内外193组台阶式沉井类结构的局部冲刷试验数据,数据集统计分析结果显示Melville和Randkivi的等效墩宽计算公式能够较为准确且保守地量化大多数台阶式沉井类结构的截面非均匀性;最后基于数据集冲深墩宽比统计结果对该公式近似方法的合理性进行了讨论。

氯盐与硫酸盐复合侵蚀下钢筋混凝土锈裂行为

为评估海洋、盐湖等环境中钢筋混凝土结构耐久性,通过试验与理论相结合探究氯盐与硫酸盐复合侵蚀下钢筋混凝土锈裂特性。通电腐蚀5%(质量分数)NaCl、5%NaCl+5%Na_(2)SO_(4)溶液中钢筋混凝土试件,对比分析混凝土表观形貌、钢筋锈蚀特征。设计伴随的混凝土腐蚀试验,类比保护层腐蚀劣化,分析混凝土力学性能。结果表明:硫酸盐的存在改变胀裂前混凝土形貌,使得单一氯盐侵蚀下的“白须”消失,表面粉化并出现盐结晶,延长胀裂时间;复合侵蚀下钢筋锈蚀率低于单一氯盐侵蚀,二者均显著低于法拉第定律理论值;锈胀裂缝宽度与钢筋锈蚀率线性相关,硫酸盐的存在增大裂缝随钢筋锈蚀发展的速率;通电环境中,受腐蚀混凝土的抗压强度先升高后降低,劈裂抗拉强度不断降低。提出受腐蚀混凝土的抗拉强度演化经验公式。在经典锈胀模型的基础上考虑锈蚀产物对裂缝的填充作用,并将硫酸盐的影响考虑至混凝土抗拉强度、钢筋腐蚀电流密度中,建立复合侵蚀下钢筋混凝土胀裂时间预测模型,并验证了模型的有效性。

孟加拉湾波浪数值模型计算初始参数调整研究

在对孟加拉湾海域进行波浪建模的过程中,SWAN模型初始参数调整的研究显得尤为重要。鉴于该区域波浪特性的复杂性和多变性,利用波浪浮标数据,对SWAN模型在各种初始参数配置下的模拟结果进行了深入评估。研究结果表明,在某些特定条件下,仅仅提升计算分辨率并不能显著增强模型的模拟精度;因此,选择合适的分辨率对于确保计算效率与模拟精度之间的平衡显得至关重要。特别是在对BD08、BD11和BD14三个浮标的数据进行分析时发现,当模型设置为10 min时间步长和最大迭代次数为1时,波高模拟展现出了高度稳定性和准确性。因此,建议在模拟过程中采用较短的时间步长并减少迭代次数,尤其是在水深变化剧烈和近岸地区,以提高模型的模拟精度和效率。对SWAN模型初始参数进行细致的调整,对于提高模型在不同地区的模拟精度和效率是至关重要的。

“一带一路”沿海城市风暴潮灾害综合防灾减灾研究

基于"一带一路"战略背景,以历史灾情数据和国内沿海城市特征为基础,分析"一带一路"国内沿海城市风暴潮灾情影响因素,深入探讨风暴潮灾害的致灾因子危险性、承灾体脆弱性以及孕灾环境稳定性,剖析风暴潮灾害链式反应过程,最后提出信息保障、政策保障、工程保障以及技术保障等风暴潮灾害防灾减灾保障措施。

海洋空间资源开发工程BIM技术的递进式教学模式探索

为适应信息化时代的快速发展,河海大学针对海洋空间资源开发工程BIM技术进行了“课程教学—课程设计—毕业设计”递进式教学模式的实践。通过与海洋资源开发和防护工程相结合,提高了学生触类旁通、解决实际工程问题的能力;灵活的课题布置方式培养了学生的发散思维方式和自由探索能力。思政元素的融入将可持续发展的生态理念有效植入,并提升了学生的行业认同感和民族自豪感。递进式教学模式既提升了传统工程技术类课程的维度,也为BIM技术贯穿专业全过程培养的可行性探索提供了借鉴。

基于ERA5的几内亚湾及邻近海域波浪能空间分布和变化趋势

利用欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)提供的ERA5再分析资料,分析了西非几内亚湾及邻近海域1979—2020年间的能流密度空间分布、季节特征和多年变化趋势。结果表明:①该地区的波浪能呈现出西南高、东北低的由海向陆衰减态势。波浪能季节分布差异明显:夏季的波浪能主要呈现出南北向分布差异,能流密度值较大,而冬季的波浪能主要呈现出东西向分布差异,能流密度值较小,春秋季作为过渡季节,量值和分布介于两者之间。②研究海域多数地区的波浪能均呈现出显著的增长态势,增速大值中心位于海域东南角,每年约增加0.06 kW·m^(-1),增长速度由东南向西北逐渐衰减。③从区域平均角度而言,研究海域的整体波浪能以每年增长0.025 kW·m^(-1)的速度逐年增加,而引起该地波浪能增加的主要原因为夏季波浪能的增长。各季节下的波浪能变化趋势表现不一:秋冬两季波浪能占比小,年际变化不明显,春夏季的波浪能占比大,年际变化趋势显著,春季的波浪能大致以每年0.05%的占比向夏季转移。

斜坡式防波堤堤后波高试验研究

通过斜坡式防波堤物理模型试验,研究堤后次生波波浪透射系数的变化规律,建立了堤顶相对出水高度H_(c)/H_(s)和相对堤顶宽度B/H_(s)与波高透射系数的关系并拟合非线性回归公式。同时采用本文拟合公式和经验公式对不同工况下的堤后次生波波高进行计算,并与试验结果对比。结果表明,本文拟合公式与试验结果最为吻合,具有良好的适用性,然后分析了其他经验公式计算结果的差异性。该成果可为工程实际以及由斜坡式防波堤堤顶允许越浪生成的堤后次生波计算提供参考依据。

波浪布拉格共振研究进展

为给河口海岸防护工程设计和地形演变预测提供科学依据,研究了波浪从外海向近岸传播过程中在一定地形条件下产生的布拉格共振现象。介绍了波浪布拉格共振的定义、特征和研究意义,评述了现场观测、理论研究、水槽试验、数值模拟等4种研究方法的优缺点,总结了波浪布拉格共振类型、低阶共振反射系数公式和高阶共振数值模拟的研究成果,提出了波浪布拉格共振主频下移、不规则波布拉格共振特性、波流相互作用下布拉格共振机理等3个亟待深入研究的课题。

波流边界层内外流速剖面的数值模拟

准确模拟波流相互作用下的流场结构是河口海岸动力学研究与工程实践的一个重要课题。改进了波流边界层控制方程中的波浪压强梯度垂向变化关系式,结合两方程紊流模型,建立了可以模拟边界层内外全水深流速剖面的数学模型。将计算结果与纯水流、纯波浪、波流同向和波流逆向实验数据进行对比,结果表明,模型可以较好地复演波流相互作用下边界层内外的时均流速分布特征。

基于基因表达式编程算法的波浪透射预测

准确预测波浪透射对于维护港内水域平稳、保障港内船舶稳定具有重要意义。基于567组透浪试验数据,采用基因表达式编程(gene expression programming,简称GEP)算法预测波浪透射。主要研究内容包括:确定GEP算法的最优输入变量组合;建立透浪系数与最优组合变量的定量关系;探究GEP算法的预测精度随训练组数变化的规律;并对输入变量进行了敏感性分析。研究结果表明,GEP算法的最优输入变量组合为深水波陡、相对堤宽和相对水深;训练组数较少时,GEP算法的预测精度不高,当训练组数提高至300组,预测的精度已经达到较高水平,且精度随着训练组数的继续增加提高不大;GEP算法的预测精度远远高于前人的经验公式;相较于相对堤宽和相对水深,深水波陡对波浪透射影响更为显著。本研究表明,GEP算法可作为一种新的方法研究波浪透射,为后续研究与应用提供参照。

非均匀二型三角剖分二元二次样条的数值积分公式

给出了构成矩形域的4个三角形子区域的二元样条拟插值算子的等价形式,对这4个三角形子区域分别建立了数值积分公式,相加后得到一般矩形域上的数值积分公式,同时给出了构造数值积分公式所需的结点处的函数值与相应的求积系数。进一步,利用算子范数、连续模及拟插值算子的保多项式性,针对具有不同连续性的被积函数,得到了相应的数值积分公式的求积余项。研究表明,提出的数值积分公式不仅具有较高的计算精度,而且计算量约为二元张量积型求积公式的1/5。数值算例进一步说明了数值积分公式的有效性。

珊瑚岛礁护岸对礁坪上极端波浪传播特性的影响

极端波浪要素是珊瑚岛礁护岸工程设计的重要参数。利用大比尺波浪水槽,采用1∶15的模型比尺开展试验,从波浪形态、增水、波速、波谱等方面研究了珊瑚岛礁护岸对礁坪上极端波浪传播特性的影响规律。护岸工程产生了明显的阻水效应:对于波浪形态,反射波的影响使得波浪在礁缘破碎更为剧烈;显著增加了礁坪增水,最大增水值是自然地形下的4倍,影响在波周期较短时更为显著;减小了波速约20%~35%,其影响随波周期的减小而增强;对于波谱,护岸的存在使得波浪的非线性相互作用更加复杂,降低了波浪在礁缘处的主频能量,但同时增大了礁坪上的主频及高频能量;护岸距礁缘距离对堤前水位具有重要影响,随该距离的增加,堤前时均水位先增加后降低。

伶仃洋洪季潮波传播变形及不对称性规律分析

珠江河口伶仃洋水域潮波传播变形及其不对称性关系对河口动力环境和物质输运产生影响。研究根据珠江口伶仃洋及东四口门19个潮位站2011年6月实测逐时潮位,利用收缩河型沿程潮幅解析理论,阐释伶仃洋从桂山岛上行沿程潮汐传播规律特征;在调和分析基础上,应用偏度理论和分潮组合分析方法,阐明了伶仃洋东西岸及洪奇门、蕉门内潮汐不对称性分布特征,对照数值研究结果,指出伶仃洋至虎门之间水域导致潮汐不对称性的主控因素及响应规律。研究表明,河口平面形态呈近似指数收缩特征的伶仃洋,沿程潮幅的变化符合指数收缩型河口波幅解析变化规律,东岸潮幅高于西岸的主要原因是东岸水深大于西岸,其次是科氏力影响;行进潮波虽受地形摩擦耗能及非线性作用下不同频率分潮间能量迁移的影响,但收缩河口能量汇聚效应可以保证收缩段天文分潮潮幅减缓衰减甚至增加,半日分潮能量汇聚效果强于全日分潮,各非线性项作用促使浅水分潮产生并持续增能,保证一定距离内沿程潮幅的增大;潮汐不对称性的偏度由湾口落潮占优向湾顶涨潮占优发展,在伶仃洋中部赤湾至金星港一线转为涨潮占优,产生该现象的原因是自湾口向湾顶不同频率间天文分潮K1-O1-M2的相互作用,导致表现为落潮优势潮的不对称性减弱,而天文分潮M2和其对应的浅水分潮倍潮M4组合作用使涨潮优势偏度值的不对称性增强;收缩河口形态属性要素中,水深是影响潮不对称性的最主要因素。

规则波作用下潜堤透浪系数数值模拟

潜堤透浪系数是衡量潜堤削弱波浪能力的主要指标。基于Boussinesq型方程的MIKE21-BW模型建立波浪数值水槽,进行规则波作用下潜堤透浪系数的数值模拟。根据Dingemans物理模型试验结果对BW模型进行参数率定和验证,验证结果良好。在此基础上,进一步分析了影响潜堤透浪系数的无因次影响参数,包含相对淹没深度、波陡、相对堤顶宽度、斜坡堤坡度等,研究不同因素组合情况下潜堤透浪系数的变化规律。建立了规则波作用下潜堤透浪系数的计算式,应用MATLAB数学软件对式中的系数进行拟合,拟合式计算值与BW模型计算值相关系数为0.858,相关性较好。另外,将拟合式与杨正己公式进行比较,并分析数据的差异与原因。研究表明:MIKE21-BW模型可以进行规则波作用下潜堤透浪系数的数值模拟。

基于波高和周期双指标的福建海域海浪危险性分析

现行的海浪危险性评估方法仅以波高作为指标,没有考虑波浪周期对海上建筑物和船舶航行安全的影响。基于1979-2016年福建外海海浪数值后报结果,建立了基于周期的海浪强度和危险性等级划分标准,提出了基于波高和周期双指标的福建海域海浪危险性分析方法。结果表明,双指标下海浪危险等级分布结合了波高单指标下环状分布和周期单指标下带状分布的特点,以台湾海峡中南部海域海浪危险等级最高,闽南近岸海域海浪危险等级高于闽东和闽中海域,总体危险等级分布呈现南高北低的特征;双指标下的福建外海海浪危险等级分布比单指标考虑更为全面,不仅包含波高对结构物的影响还考虑了周期对浮式结构物和防波堤的作用,更加贴近真实情况下的海浪危险性特征。

大型原油码头船舶系泊试验研究

为满足某大型原油码头工程设计的需要,进行了船舶系泊物理模型试验,试验测量了30万t、15万t和5万t级油船在风、浪、流不同组合工况下的缆绳系缆力、船舶运动量、护舷撞击力及撞击能量,给出了作业条件及系泊条件,并进行了船舶靠泊试验,同时对系缆方式进行了比选。结果表明:对于系泊系统的动力因素波浪、水流和风来说,波浪的影响程度为三者中的最大。其中,在压载时风的影响程度比水流大,在满载时水流的影响程度比风大。该码头前沿既有绕射波浪也有顺堤波浪,波况较为复杂,导致系泊船舶的系缆力前后分布不均匀,运营期间应根据实际波况及时调整缆力。

辐射沙洲海域潮汐不对称对岸线变化的响应

基于Delft3D建立辐射沙洲海域平面二维潮流数值模型,并与实测潮位流速进行验证,保证了计算精度。分别对1984年和2014年岸线条件下辐射沙洲海域的潮汐不对称性进行了研究。结果表明,辐射沙洲海域潮波变形显著,大部分区域涨潮历时小于落潮历时。近岸地区潮波变形在岸线变化后明显减弱。浅滩和深槽处涨落潮流速相对大小不同。岸线变化使得该海域涨潮占优的特性越发显著。通过分析烂沙洋水道及西洋水道的潮汐不对称性,分别探讨了岸线变化对两个潮波系统的影响特征。岸线变化对传入辐射沙洲南部水域的东海前进波的影响为:大潮期涨落潮潮高不对称性在岸线变化前后差别大,偏度在岸线变化后略微增加。岸线变化对传入辐射沙洲北部水域的黄海旋转潮波的影响为:偏度在岸线变化后增加明显,造成潮汐不对称的主要分潮组合可能发生改变。