风暴潮浪与离岸深水结构相互作用研究成果达到国际先进水平

<正>本刊从交通运输部天津水运工程科学研究院获悉,2014年8月26日,中国航海学会在天津主持召开了以交通运输部天津水运工程科学研究院为主要承担单位完成的《风暴潮浪与离岸深水结构相互作用研究》研究成果鉴定评审会。该项目针对离岸深水波浪强和地基土软弱等关键技术问题,通过数值模拟、物理模型试验、原型实验验证等技术手段和方法,开展了风暴潮浪与离岸深水结构相互作用研究,解析了考虑流固耦合作用的风暴潮浪荷载特性,揭示了离岸深水全直桩码头承载特性及破坏模式,创立了稳定性静力、动力     

高速排水型船舶艉浪数值计算

采用近、远域结合的方法,对高速排水型船舶在深水状态下的NPL单体船、双体船以及三体船的艉浪进行数值计算,计算与试验比较表明该方法是可行性的,初步探讨了深水条件下单体船艉浪的衰减规律。     

长江口围垦工程越浪数值模拟研究

运用基于非线性浅水方程的SWASH模型对长江口围垦工程的越浪进行模拟研究。采用垂向结构提高了模型的色散性,使模型适用于深水区,考虑垂向加速度的作用,使浅水区域的模拟更加精确。根据实际具体工程对模型进行验证并与海堤规范计算结果进行比较。研究表明:该模型和海堤规范都能很好地对越浪量进行计算,模型计算结果更为精确,工程中栅栏板对波浪的耗散等还需在数模中进一步概化和优化。     

不同质量级配堤心石对波浪传播影响的试验研究

通过物理模型试验的方法,采用规则波研究了深水斜坡堤堤心石物理特性的变化对于波浪传播的影响。在无越浪的前提下,主要讨论了斜坡堤透浪系数与入射波周期、入射波高、质量级配等因素的关系。根据上述研究成果,拟合得到了考虑无因次参数H_i/d、gT~2/d及堤心石结构B/D_(50)等因素的透浪系数计算经验公式,为今后防波堤工程建设及科学研究提供一定的参考依据。     

堤心石级配变化对不规则波传播影响的试验研究

通过物理模型试验的方法,研究深水斜坡堤的不同质量级配堤心石对不规则波传播的影响。对不规则波的外在规律进行了统计分析,且研究入射波周期、入射波高、堤心石质量级配等因素对防波堤透浪系数的影响,拟合得到考虑无因次参数H_i/d、gT~2/d及堤心石结构B/D_(50)等因素的不规则波透浪系数的计算经验公式,为防波堤工程建设和研究提供参考依据。     

新型消浪块体在防波堤断面上坡度确定的试验研究

根据以往研究的成果和参考相关堤防设计规范,对于现有不同的消浪块体在防波堤工程设计应用时,均有对应的最佳边坡坡度。在2013年申请交通运输部应用基础研究项目"新型深水防波堤结构型式与消浪块体稳定性研究"子题三(新型消浪块体研究与开发)中开发了一种新型消浪块体,通过对该块体坡度与稳定性的影响试验中,得出了边坡坡度与块体稳定重量并不是如Hudson公式所体现的反比例关系,而是呈抛物线变化规律。试验结果可为新型消浪块体在工程上推广应用提供基础数据。     

董家口防波堤结构设计创新与研究

在青岛港董家口港区防波堤设计中,成功应用了深水窄体防波堤结构,在挡浪墙断面形式、挡浪墙材料、护面块体设计等方面均具有创新性,具有良好的推广应用前景。同时依托本项目,对防波堤挡浪墙设计理论进行了深入研究。     

风暴潮与波浪动态耦合三维港池模拟研究*

风暴潮是发生在海洋沿岸的一种严重的自然灾害，通常会伴有大浪，二者的耦合作用极大地威胁着沿岸地区的安全。以往对近岸承灾体海洋动力灾害的研究大多集中于单一致灾因子的影响，多采用恒定水位和定常波浪要素，对风暴潮与波浪耦合效应及其对海堤承灾体动力响应的研究不足。采用9711号台风在宁波北仑海域引起的风暴潮潮位及波浪过程，通过将连续的风暴潮水位变化过程与波浪过程进行叠加，模拟真实的动态潮位过程，在三维港池实验室中实现风暴潮和波浪的动态耦合模拟，为相关模型试验的开展提供参考。     

新型码头结构与消浪块体研发成功

本刊从中交一航院获悉，由中交一航设计院和唐山港口投资有限公司联合完成的“遮帘式板桩码头新结构的设计与应用”和由一航院自主完成的“新型消浪块体开发与研究”两项开发成果不久前通过了专家鉴定。专家认为，遮帘式板桩码头新结构设计理念先进，结构新颖，创造了建造10万t级以上大型、深水板桩码头的条件，为原始自主创新，总体处于国际领先水平。经过离心模型试验和现场原型观测验证，专家认为“遮帘式板桩码头新结构的设计与应用”报告提出的设计理论和计算方法合理，结果可信，可用于今后该类结构的设计计算。“新型消浪块体开发与研究”推出的“双柱型”和“双联型”消浪块体，设计理念先进，块体结构新颖，为自主创新，总体上达到国际先进水平。“双柱型”消浪块体用于直立式岸壁，具有波浪作用下反射率小和结构稳定性高的优点，便于水上和陆上安装，且有较好的景观效果。     

深水养殖平台的水动力特性及锚泊安全

为研究深水养殖平台的水动力特性及其锚泊系统的安全性,以“振渔二号”深水养殖平台为例,开展物模试验和数值仿真计算。测试该平台在极限风速和流速下的外载荷作用力,并对其进行规则波频率运动响应试验和数值模拟,同时对其锚泊系统进行风、浪、流联合作用下的运动和系泊受力试验,获得该平台的水动力及其锚泊系统的受力特征值。物模试验和数值计算结果表明：忽略网衣的影响,纯波浪作用对平台运动的影响较小;在横风、横浪、横流作用下,锚泊系统最大受力对应的安全系数满足船级社相关指南的要求,有一定的安全裕度。研究成果可供深水养殖平台及其锚泊系统的优化设计和作业安全评估参考。     

风暴潮增水和台风浪联合分布在北仑港中的应用

通过台风期间北仑港实测潮位、波浪资料统计分析,研究台风期间风暴潮增水特性和统计规律,采用概率统计理论研究风暴潮增水和波浪的相关性,建立风暴潮增水与波高的联合分布,提出考虑风暴潮影响的设计潮位、波浪组合的推算方法。     

Influence of model domain size,wind directions and Ekman transport on storm surge development inside the Chesapeake Bay: A case study of extratropical cyclone Ernesto, 2006

The Chesapeake Bay is vulnerable to severe flooding caused by hurricanes and strong Northeasters. A 3D storm surge model of the Chesapeake Bay is developed for studying the impact of model domain size, wind directions and Ekman transport on the storm surge in the Chesapeake Bay. The model encompasses the Chesapeake Bay and the US East Coast shelf to reduce the influence of model domain size on surge prediction inside the Chesapeake Bay and to account for both local and remote wind effects. This study used 3D model experiments, with respect to different wind directions, to diagnose the relative influences of the local and remote wind effects and Ekman transport on spatial surge distribution during storm events. The model results confirmed that spatial surge distribution can be well explained by the superposition of two distinct physically driven mechanisms during a storm event: incoming surge wave caused by remote effects and local wind forcings. A large model domain is a necessity for predicting storm surge accurately inside the Chesapeake Bay. The model results suggest that the interactions of the incoming surge propagating into the Bay and the local wind forcing from N and NE directions result in an enhanced setup in the lower to middle portions of the Bay, whereas the superposition of incoming surge and the local wind forcing from S and SE directions enhance the surge in the upper Bay region. A combined northwesterly wind over the middle to upper portions of the Bay and southwesterly wind over the lower Bay can cause a large setdown throughout the entire Bay. The Ekman setup along the coast contributes significantly to the water level variations during storm events. It enhances (reduces) surge inside the Bay under the wind forcings from N and NE (SW, S, and SE) directions.     

Empirical relation between the typhoon surge deviation and the corresponding typhoon characteristics: a case study in Taiwan

The relation between typhoon surges and typhoon characteristics measured at Kenfang Tidal Station on the northeast coast of Taiwan was studied in this paper. Typhoon characteristics include the typhoon center atmospheric pressure, the typhoon near-center wind speed, the typhoon storm radius, the distance between the typhoon center and the tidal station, and the typhoon approach tracks. The results show that the typhoon surge deviation is strongly dependent on typhoon characteristics. An empirical typhoon surge formula is proposed in terms of the typhoon wind speed, the typhoon storm radius, and the distance between the typhoon center and the tidal station. The coefficients in the empirical formula were evaluated, based on the measured typhoon surge data at Kenfang Tidal Station. The storm surge deviations at Kenfang Station during Typhoons Doug (1994) and Herb (1996) estimated using the proposed empirical formula were compared with the measured data as well as with the results of a numerical study.     

离岸深水港岩基浅埋轻型结构码头建造技术

从码头新型结构、码头连接构造技术、荷载计算、结构设计计算方法、新型消能系统等方面,介绍了国家863课题"离岸深水港岩基浅埋轻型结构码头建造技术研究"取得的主要创新成果,并对需进一步开展的研究提出了建议。     

边界适应曲线网格在天文潮、风暴潮数值模拟中的应用

采用曲线坐标系下的准三维近岸流波流耦合数值模型,采用边界适应曲线计算网格和两层嵌套方法,设计一套简单实用的天文潮预报系统,并引入风场以及考虑天文潮和风暴潮之间非线性作用的开边界水位,对2003年渤海发生的一次温带风暴潮进行模拟,计算结果与实测潮位吻合较好。     

小径厚比深水管道的压溃屈曲研究

深水管道所处的特殊海洋环境极易导致其发生压溃屈曲破坏.通过深入分析不同径厚比深水管道的压溃屈曲特点,并对具有不同径厚比及初始椭圆度的深水管道模型进行了压溃屈曲及后屈曲行为的计算分析.研究发现,压溃屈曲的经典理论公式并不适用于小径厚比深水管道.文章基于经典理论和数值模拟结果,得到了适用于小径厚比深水管道压溃屈曲分析的临界压力修正公式,进而对小径厚比深水管道的压溃屈曲评估提供理论支撑和工程推荐.     

一种设计潮位推算方法在深水筑港中的应用

深水筑港是港口建设的趋势。文章探讨了确定深水筑港设计潮位的一种方法,阐述了基于潮流数学模型的设计潮位推算方法,用实际资料验证了该方法。结果表明:该方法有较高的计算精度,用于确定深水筑港的设计潮位是合理的、可行的。     

滨海核电厂冷却水排水建筑物布置的应用研究

冷却水排水建筑物布置是滨海核电厂水工建筑物布置设计中的关键问题,排水建筑物不仅确保核电厂冷却水系统正常运行,同时保护核电厂免受风暴潮危害影响。通过对已建滨海核电厂冷却水排水建筑物布置特点进行分类阐述,为排水建筑物布置设计提供工程应用参考。     

深水半潜式钻井平台波浪载荷预报与结构强度评估

采用理论分析和模型试验相结合的方法,对一深水半潜式钻井平台进行了波浪载荷预报和结构强度评估,进而为平台结构设计提供了参考依据.同时,对半潜式平台波浪载荷预报和结构强度评估的分析方法和流程进行了归纳与总结.     

天津港深水港池泥沙淤积的分析计算

依推天津港大量的实测资料和现港口条件下淤积规律,通过类比方法,首次提出深水港池、泊地和转头地淤积计算公式,并在计算方法和深水港区合理布局等方面提供了思路.