刚性植被对沿坡运动泥沙异重流动力及湍流特性的影响

开展一系列开闸式斜坡泥沙异重流水槽实验,采用高速相机记录异重流发展过程,并利用声学多普勒流速仪(acoustic doppler velocimeter, ADV)获取泥沙异重流的速度、浓度及湍流结构,探究刚性植被对异重流运动特性的影响。实验结果表明:随着植被高度的增大,泥沙异重流的头部与尾部发生分离,且植被高度对异重流头部速度削减作用的重要性大于植被密度;受植被作用的影响,异重流速度剖面的峰值位置和峰值大小均发生改变;此外,由于植被与异重流相互作用产生的湍流,使异重流的泥沙浓度剖面发生改变,并使悬浮于流体中的泥沙颗粒向上输运。本研究的结论对自然环境保护、水下工程建设等生产实际问题提供重要的科学依据。     

双层环境中圆桩柱对斜坡异重流动力特性影响的试验研究

利用开闸式异重流水槽试验,结合高速相机和粒子图像测速技术,量化不同强度双层环境中圆桩柱对斜坡异重流传播模式、速度与涡度场、波流作用等宏微观特性的影响。试验结果表明：在低理查森数Ri_ρ环境中,圆桩柱的存在抑制了异重流混合层厚度的增加,但延展了其在流向的长度;在高理查森数Ri_ρ环境中,圆桩柱打破了侵入流在密度跃层处对称的传播模式,并促进了异重流与环境流体的剪切过程。当内波弗劳德数Fr> 1时,产生锁定波,异重流头部出现强漩涡,在密度跃层产生有利压力梯度使内波尺寸增大;当内波弗劳德数Fr <1时,振荡产生发射波,波谷与异重流头部相互作用而使波形变平整;当内波弗劳德数Fr≈1时,锁定波和发射波并存。在低理查森数Ri_ρ环境中,圆桩柱的存在导致波流耦合作用减弱,而在高理查森数Ri_ρ环境,波流耦合作用反而增强。     

基于图像处理的异重流与系泊结构物作用模型试验研究

异重流广泛存在于江河入海口附近,速度快、破坏力强,给近海工程的施工作业带来不小的难度。为了研究系泊结构物在异重流作用下的运动响应,基于图像处理技术,采用开闸式异重流模型试验方法,将异重流和结构物作为研究对象。利用图像处理技术处理由高速摄像机拍摄的结构物运动图片,从而获得结构物运动的时历曲线。对比讨论了不同密度比的异重流对结构物运动的影响,同一密度比的异重流对处于不同深度结构物运动的影响。研究结果表明：结构物运动受异重流密度的影响较大,结构物的运动幅值随着密度的增大而增大。处于高密度流体非混合层的结构物受到异重流的作用会产生大幅度的顺时针旋转和正x方向偏移;位置较高的方柱受到淡水的主导作用,会产生逆时针旋转和负x方向偏移。位于盐水与淡水剧烈混合区域的方柱并不会产生单一方向的偏移,而是在平衡位置附近波动。     

潮汐河段挖入式港池异重流淤积探讨

盐水与泥沙异重流的基本运动特性是相类似的。文本利用盐水楔扩散问题试验研究的成果,应用到泥沙异重流受潮汐影响的扩散和淤积分析。利用紊动能量损失与扩散系数之间关系,进行潮汐河段异重流问题的研究;并求得紊动能量损失指标G/J<50,属异重流范围。又利用挖入式港地实际淤积资料与淤积计算对比分析,初步认识到异重流淤积量占总量相当大的比例,是由于落潮时无径流量而只有些潮蓄量下泄,流速很小而形成异重流。此外,小潮大径流量时,也有异重流。 在潮汐河段上,由于水位与流速随涨落潮的过程不断地改变,除涨落地期间流速较小外,一般流速较大,即使产生了盐水楔,它也不能持久。因此有人认为有潮汐的盲肠河段或挖入式港池内,不会有异重流的淤积问题。但另有一些人认为水流情况与有潮河段并不完全相同。如在落潮时只有盲肠或港池的潮蓄量外泄,流速很小,有利于形成异重流而淤积。因有上述二种不同看法,故对潮汐河段挖入式港池异重流淤积进行初步探讨。     

应用循环水槽计量标定海流计

一、前言我所最近新建的循环水槽,为船舶水动力试验提供了新的测试环境,它与通常采用的拖曳水槽的不同点是被试验物体固定不动,水在循环槽中按不同的速率运动,对被测试物体进行多种试验。当前,世界各国对循环水槽的功能评价很高,在循环水槽中可进行船舶阻力,推进、操纵,海洋构造物及渔捞工具等许多流体力学问题的研究,由于具备试验过程的可观测性及水流速度对时间系列的稳定性等优点,有些测试工作是静水水槽无法替代的。我所自循环水槽建成以来,不断扩大其应用范围,除了完成船模试验中的有关流体力学问题的     

黄河清8出汊河口泥沙异重流特征及其时空分布

选用1996年9月5—6日黄河口新口门水文泥沙同步观测资料,采用距离倒数加权插值法(IDW)生成河口泥沙异重流的含沙海水密度、流速和含沙量随时间变化的等值线图。基于此,分析了黄河口泥沙异重流发育形成的时空变化特征,并结合遥感影像和水下地形图进一步探讨了泥沙异重流对河口沉积的影响。研究结果表明,黄河口(新口门)泥沙异重流发育频繁,且其形成时的含沙海水密度与老河口相似;泥沙异重流的空间分布与水下三角洲泥沙堆积体及河口沙嘴的形态存在明显相关,泥沙异重流的存在直接影响河口前缘泥沙的沉积,但对侧缘的影响不大;泥沙异重流形成初期,在低高潮涨潮阶段中的一次较小的涨落潮周期内其形成和消亡过程与潮流的涨落潮周期呈正向对应关系,且在这一时段的涨憩时泥沙异重流的泥沙含量达到最大;流速垂向分布为泥沙异重流形成初期流速小于上层海水流速,且层次分明,随其进一步向深海运动流速呈增大再减小的趋势,至三角洲前缘陡坡段其底层流速大干中上层海水流速。     

数值波浪水槽中完全非线性浅水波仿真特性研究

应用基于势流理论的时域高阶边界元方法,建立一个完全非线性的三维数值波浪水槽,通过实时模拟推板造波运动的方式产生波浪。通过混合欧拉-拉格朗日方法和四阶Runge-Kutta方法更新自由水面和造波板的瞬时位置。利用所建模型分别模拟了有限水深波和浅水波,与试验结果、相关文献结果和浅水理论结果吻合较好,且波浪能够稳定传播。系统地讨论造波板的运动圆频率、振幅和水深等对波浪传播和波浪特性的影响,并对波浪的非线性特性进行分析,研究发现造波板运动频率、运动振幅以及水深均将对波浪形态和波浪非线性产生显著影响。结果为真实水槽造波机的运动控制以及波浪生成试验提供了依据,便于实验室设置更合理的参数来准确模拟不同条件下的波浪。     

长江口南支河床质的运动规律

对长江口南支河床不同地貌单元上河床质的组成进行了分析,并通过室内环形水槽试验和现场资料分析、验证,得出不同河床质的运动规律,然后在分析各家泥砂运动公式的基础上,得出适合于长江口南支河床质的运动表达式。     

极限波浪运动特性的非线性数值模拟

利用时域高阶边界元方法建立了模拟极限波浪运动的完全非线性数值模型,其中自由水面满足完全非线性自由水面条件.采用半混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面,运用四阶Runge-Kutta方法更新下一时间步的波面和速度势,同时应用镜像格林函数消除水槽两个侧面和底面上的积分.研究中利用波浪聚焦的方法产生极限波浪,并且在水槽中开展了物理模型实验,将测点试验数据与数值结果进行了对比,两者吻合得很好.对极限波浪运动的非线性和流域内速度分布进行了研究.     

黄河水下三角洲浅表土体的风暴液化问题

黄河水下三角洲的地质勘察揭示了海底浅表地层发生的各种灾害地质现象.以风暴浪导致海底土体液化观点,结合土体动力三轴试验、波浪水槽试验,对黄河水下三角洲浅表地层土体的液化发生条件、形成模式、液化土体运动以及地层发生的重新层化问题进行了分析,指出黄河水下三角洲的灾害地质由于风暴浪导致海底粉质土液化运动而形成,液化后土体运动形...     

海区沉积盆地的三维变密度基底反演及其应用

建立了适合海区沉积盆地基底反演的密度模式，推导了对应的重力异常精确公式（近区计算公式）和近似公式（远区计算公式），提出模拟沉积盆地复杂变化的密度差－深度曲线的分段拟合方法。建立了一种利用地震波速度谱、重力和水深资料反演沉积盆地基底的方法。利用地震波速度谱的资料对厦澎凹陷的密度－深度关系进行了统计分析，并反演了厦澎凹陷的重力基底，认为整个厦澎凹陷可能由不同构造格局的东北和西南两部分组成，并分别讨论了这两部分的基底特征。     

旋转地球上不可压缩流体惯性重力波的频率方程

用微扰动方法对旋转地球上不可压缩流体的控制方程组进行线性化,得到了扰动解和流体界面上惯性重力波的频率方程。表面惯性重力波和惯性重力内波的相速公式都是这个更普遍的频率方程的特殊情况。     

Static stability of submerged partial revetment structures under regular and irregular waves

Physical models of submerged partial revetment structures were built on natural beach sand with a diameter of 0.35 mm and specific gravity of 2.63. The armor units, the diameter and specific gravity of which varied in the range of 8.5–67.95 mm and 1.81–2.77 respectively, were placed only on wave breaking areas. A series of experiments has been conducted on the conditions of different armor units and different wave characteristics using regular waves and irregular waves. Based on the experimental data, the effects of wave height, wave period, diameter and specific gravity of armor units, water depth in the channel, and wave types on static damage of given structures are assessed. Some empirical formulas have been suggested through regression analysis to describe static stability and stability number of submerged partial revetment structures under pure regular waves, pure irregular waves, and regular–irregular waves. The suggested formulas compared with Van der Meer’s (1988) formulas and some differences have occurred because of differences among revetment types and test conditions; therefore, proposed formulas give reasonable results for the test conditions used.     

直立椭圆柱体重力场的谱分析及其应用

利用傅里叶积分变换法导出了埋藏的直立椭圆柱体的重力场在频率域中的解析公式，依此得了确定此直立椭圆柱体尺寸的公式，提出依据这些重力公式来计算侵入大洋地壳中的地幔柱的尺寸和洋壳厚度的方法。     

Estimation of Water Particle Velocities by Empirical Transfer Function

-In previous and this studies it appears that the linear and nonlinear wave theory can notaccurately and easily predict the water particle velocities.Therefore,different from the theoretical consider-ations,in this study we have attempted to determine the transfer function empirically.Laboratory experi-ments were performed under various wave conditions.The empirical formulas of the transfer function ofthe wave height,angular frequency and water particle velocity were obtained on the basis of these test databy dimensional analysis and regression analysis.In intermediate and deep water depth conditions,thetransfer function was only a function of a nondimensional parameter which is composed of the angular fre-quency,the depth of the velocity gauge under the still water level,water depth and the acceleration of grav-ity.Finally,the empirical formulas were compared with experimental data and observational data formpresent and Cavaleri's(1978)studies.The empirical formulas were found to be in sufficient correl     

EGM96与EGM2008地球重力场模型精度比较

给出了由地球重力场模型计算重力异常和垂线偏差的公式,利用36阶、360阶EGM96、EGM2008地球重力场模型计算了国内某地区格网点重力异常和地面垂线偏差,并将其与实测数据进行比较,从而对这两种模型的精度进行了分析和比较。结果表明,在表示国内某地区格网点重力异常时,EGM2008模型精度较高;在表示地面垂线偏差时,两种模型的精度相当。     

基于Stokes公式的扰动重力梯度张量无奇异计算模型

为有效解决Stokes积分奇异性问题,以扰动重力梯度张量的计算为例,采用双二次多项式插值和非奇异变换推导了解决计算点和临近格网点积分奇异的统一公式,分析了数据分辨率对中央区选取范围及积分奇异性的影响。选取某海域8°×8°范围的重力异常数据进行数值实验,结果表明,该方法与传统去奇异方法在一些分量的差异可达数E,使用该方法更有助于提高计算精度。此外,针对不同分辨率的数据,合理选取中央区范围可有效避免计算结果产生舍入误差或奇异。     

不同来源重力数据在海洋重力编图中的拼接——以南通幅海洋重力编图为例

以南通幅海洋重力编图为例,论述了如何应用海洋重力与陆地重力以及卫星重力数据等不同来源的重力数据进行海洋重力编图。讨论了编图中关键问题,如各种数据的统一改算问题,包括统一的重力基准网、统一的正常重力公式、统一的投影方式;不同来源数据间的拼接调平问题;卫星重力数据使用范围问题等,并对最新的南通幅编图结果与以往相同范围内的编图进行了比较。     

海洋矢量过程旋转谱估计的统计分布及置信区间

本文利用一些复随机变量的分布和统计推断理论,导出了向量过程的正旋谱、负旋谱、谱差、总谱、外自谱、频域外自相关函数、外自谱的位相函数等估计量的渐近分布以及它们的置信区间,并简略地讨论了所得置信区间的最优性。最后用锚系海流计资料实例说明了所得置信区间公式在海流资料分析中的应用。     

海空重力测量及应用技术研究进展与展望(四):数值模型构建与综合应用技术

分析总结了海空重力测量数据向上和向下延拓技术的研究现状及发展方向,简要论述了海空重力测量多源数据融合处理技术的研究动态及发展前景,分析讨论了海空重力测量数据应用于地球外部重力场赋值和大地水准面精化技术的研究进展及发展思路,为海空重力测量数值建模与数据综合应用技术的未来发展提供参考。