我国沿海地区重特大海洋动力灾害应对策略研究

我国沿海地区是极端天气和气候事件易发频发区,也是重要的人口和经济聚集地。在全球气候变化背景下,风暴潮、海浪、海冰和海啸等海洋动力灾害的形成机理、发生规律、时空特征、损失程度呈现出新的特点,重特大海洋动力灾害对我国沿海地区造成的威胁不容忽视。文章阐述海洋动力灾害时空分布特征,在分析我国沿海地区应对海洋动力灾害现状基础上,提出我国沿海地区应对重特大海洋动力灾害的对策与建议:建议开展重特大海洋动力灾害防御相关立法研究,制订国家层面应对重特大海洋动力灾害专项应急预案,建立健全重特大海洋动力灾害保险风险补偿机制以及提升重特大海洋动力灾害科技支撑能力。     

海岸工程对粉沙淤泥质侵蚀性海岸的影响--以茅家港环抱式突堤航道防护工程为例

研究了茅家港环抱式突堤航道防护工程对茅家港犀段的海犀水动力和海犀地貌的影响,分析了该岸段海犀水动力变化和海岸地貌演变的原因,结果表明,堤内和东堤外侧的水动力变弱,滩面淤积;西堤外侧的水动力变强,滩面冲蚀;口门处的水动力增强,航道位置稳定且冲蚀加深;口门以外的水动力未变化,航道不稳定．     

考虑温度应力下深海输油立管动力特性及响应研究

考虑深海输油立管管内外温差产生的温度应力以及管内流体流动和管外海洋环境荷载的共同作用,建立了深海输油立管振动微分方程,采用有限元法对输油立管动力特性及动力响应进行求解,并将考虑温度应力及不考虑温度应力的立管动力特性及在波浪作用下的立管动力响应进行了对比。结果表明,对于动力特性,温度应力的存在会使得立管自振频率降低;对于动力响应,会使得波浪作用下动力响应幅值增强而频率略有降低,易引起立管的疲劳破坏。     

基于海洋石油201 DP模式的东方1-1导管架安装技术

从动力定位起重船舶进行导管架海上安装研究出发,总结归纳了动力定位起重船舶海上安装导管架等大型结构物的优势,并以深水动力定位铺管起重船"海洋石油201"安装导管架为例,提出了南中国海大型导管架采用动力定位安装的环境限制条件及动力定位能力分析方法,数值分析导管架下水扶正过程,给出了东方1-1 WHPF导管架动力定位安装的关键步骤及方案设计。该研究对恶劣海况下的大型导管架安装具有一定的借鉴意义。     

NURBS高阶面元法在多体水动力分析中应用

当位于海上的多个浮体距离相近时,它们间将产生显著的水动力相互作用。使用NURBS(非均匀有理B样条)高阶面元法进行多体水动力分析,速度势用任意阶的B样条函数近似,物面用NURBS曲面表示,由于水动力与几何表示相分离,就可以方便地实现计算机辅助设计与水动力分析的集成。对截断圆柱与椭球间的水动力相互作用和半潜式平台与箱型驳船间的水动力相互作用的计算显示此种方法可以对多体间的水动力相互作用给出准确的分析,计算时间和占用内存大幅减少。     

动力定位系统的推力系统设计

在总结前人研究成果以及动力定位系统实例的基础上,提出推力系统设计方案,将之应用于动力定位系统的模型试验,并通过初步的动力定位模型试验验证了所设计的推力系统的有效性。     

板翼动力锚水中自由下落过程数值模拟

板翼动力锚是依靠自重完成安装并靠自重和海床土的抗力来锚固的新型动力锚。板翼动力锚在水中自由下落的阻力决定了锚到达海床表面时的速度,进而直接决定了锚贯入海床中的深度以及它能提供的承载力。板翼动力锚的形状比较复杂,采用计算流体动力学的方法研究板翼动力锚的下落速度、水平位移和转角与下落位移的关系。计算结果表明:板翼动力锚的拖曳阻力系数约为0.93~1.12之间;在沉贯过程中应使加载臂与翼板共面以减少阻力;板翼动力锚的终端速度约为28 m/s。     

基于位移的高桩码头抗震设计动力放大系数计算公式

为更加合理地计算基于位移的高桩码头抗震设计动力放大系数,采用40组地震动记录研究了双向水平地震作用下的码头动力放大系数。研究表明,码头的偏心距和分段长度以及地震波的入射角度对动力放大系数影响较大,地震动强度和近断层效应的影响可近似予以忽略。基于对动力放大系数计算结果的统计分析,提出了相应的计算公式,并确定了动力放大系数的变异系数和概率分布。     

惠州25-8 DPP组块动力定位浮托安装研究

从动力定位船舶浮托安装研究出发,归纳了动力定位船舶浮托安装的优势,并以"海洋石油278"驳船进行组块浮托安装为例,提出了南中国海大型组块采用动力定位船舶浮托安装的气候窗及动力定位能力分析方法,给出了惠州25-8 DPP组块动力定位浮托安装的关键设计结果。本研究对环境恶劣海况下的大型组块浮托安装具有一定借鉴意义。     

基于FCM方法的黄河水下三角洲沉积动力环境分区

客观定量地确定沉积动力环境分区是理解区域沉积动力过程的重要基础。本文以黄河水下三角洲表层沉积物的粒度分析数据为基础,运用模糊c均值聚类（FCM）等方法对该区域的沉积动力环境进行了分类、识别、分区及制图表达。结果表明,研究区域的沉积动力环境可分为3个类别,分别代表了冲刷、冲淤混合和淤积3类不同形式的沉积动力环境。各类别沉积动力环境的隶属度分布图具有指示其在不同空间位置处出现的可能性大小及其优势分布区的作用,而由模糊隶属度值生成的沉积动力环境分区图也与研究区域实际的沉积动力空间格局有着较高的吻合度,表明制图结果是合理和有效的。研究结果可为黄河三角洲滨海区地貌演变趋势分析和海岸防护提供重要的参考价值。     

黄河口邻近海域海冰变化特征及机制分析

黄河口邻近海域海冰是渤海海冰的一部分,为了解其独特的变化特征及机制,本研究基于北海预报中心提供的黄河口周边海洋台站观测数据以及CMEMS (Copernicus Marine Environment Monitoring Service)全球海冰密集度再分析数据,使用统计分析和两种滑动相关分析,结合小波相干方法及大气过程的影响,得到长期变化分析的结果。黄河口冰情在1979—2020年间整体呈减轻趋势(–0.25%/a),显然其直接因素为局地温度整体升高;海冰密集度与黄河径流量呈明显正相关,相关系数为0.46,其原因为径流增大导致盐度降低,海冰增加;与北极涛动指数(AOI,Arctic Oscillation Index)呈明显负相关,相关系数为–0.44,因为当北极涛动为正位相时,东亚大槽强度减弱,北极冷空气南侵受阻隔,冬季黄河口的整体气温升高,导致海冰减少;1997年和2016年左右与北极涛动的相关性都出现了显著正异常,其原因为两次强厄尔尼诺事件的影响,同时海冰密集度在1985年左右的跃变可能与AOI和黄河径流量的突变有关。短期变化分析的结果显示:从2010年和2020年冬季逐日的典型寒潮过程与海冰密集度的变化分析可知,海冰与前6 d负积温的相关性最大,平均相关系数为–0.77,寒潮的出现时间、强度及间隔,控制海冰的生成,而整体气温的低频变化控制海冰的维持和发展。     

黄河口新生湿地沉积物中的金属元素及其环境指示意义

通过对黄河口新生湿地沉积物岩芯中常量元素、稀土元素以及重金属分布特征的研究,探讨了滨海湿地沉积物中金属元素的环境指示意义。结果表明,大部分金属元素的分布模式类似,均在40 cm左右出现明显的低值区,这主要是由黄河携带而来的大量陆源物质的输入造成的。沉积物粒度组成以及有机质含量对金属元素的分布影响显著。常量元素中,Na₂O与其他元素变化趋势相反,反应了潮汐对滨海湿地的侵蚀作用;黄河口新生湿地沉积物单个稀土元素的含量大小顺序与黄河沉积物和渤海沉积物基本一致,稀土元素总量则高于黄河沉积物而低于渤海沉积物,表明黄河口湿地沉积物具有河流泥沙和海水颗粒物双重来源,而轻重分异比的变化则反映了物质输入的改变;而在较高的有机质和粘土含量的影响下,黄河口新生湿地沉积物中重金属发生了明显的富集。     

Sediment discharge of the Yellow River,China: past,present and future——A synthesis

The Yellow River cut through Sanmenxia Gorge and discharged into the sea via the North China Plain in 150 ka BP; since then, around 86 000 × 108 t sediment has been transported passing Sanmenxia Gorge. Based on land use and land cover changes in Loess Plateau and other available evidence, an estimate of the Yellow River sediment budget is presented here: about 72% of the sedimentary material was trapped in the North China Plain and the remainder(i.e., 26%) escaped to the sea. At the present stage, 0.2×108 t/a suspended sediment of the Yellow River enter the northern Yellow Sea. The transport pattern is determined mainly by the shelf current system. Annually 0.2×108–0.3×108 t of suspended particles are carried to the East China Sea; the materials are derived mainly from coastal and subaqueous delta erosion associated with the abandoned Yellow River on the Jiangsu coast. Since 1972, the lower Yellow River started to have a situation of continuous no-flow. During 1996–2000, the annual water flow and sediment discharge are only 19%, as compared with normal years(i.e., average for 1950–1979). In response to global warming and increase of water diversion from the Yellow River for industrial and urban use, the sediment flux of the Yellow River to the sea will most likely remain small in the next two to three decades.     

黄河入海径流对河口海域盐度影响研究

为研究黄河入海径流变化条件下河口附近海域盐度扩散特征,以更好地保护河口海域生物资源多样性,本文以黄河下游利津水文站的长序列实测径流数据资料为基础,利用近海水动力模型FVCOM,分析径流变化对黄河口海域盐度的影响规律。结果表明：黄河口与莱州湾之间存在顺时针的环流系统,在余流作用以及涨落潮方向的影响下,黄河冲淡水长期向莱州湾扩散;丰水期黄河冲淡水几乎影响了整个莱州湾,27盐度锋可以到达莱州湾中部,27等盐线的表层包络面积为2 665.61 km²,占莱州湾的1/4左右,枯水期低盐度水只有向南扩散的趋势,27以下的低盐度水集中分布在黄河口门附近,27等盐线的表层包络面积只有199.65 km²;5月份,随着入海径流量增加,27等盐线扩散的范围、距离、方向都会发生明显变化。在对近海生物资源有迫切保护需求的情景下,适当减少其他用水户供水量以增加入海生态径流量,可以有效改善黄河口海域附近的盐度情况,为生物资源的生长繁殖创造良好条件。     

黄河入海泥沙的淤积与扩散

本文通过原型实测资料，分析了黄河入海泥沙淤积在三角洲陆上和滨海以及漂向外海的泥沙分配，统计了三角洲淤积造陆和向外海延伸的速率以及泥沙在滨海水下的淤积范围，并进一步对漂向外海的泥沙去向进行了分析     

基于RS 和GIS 的近代黄河三角洲滩涂变化分析

黄河携带泥沙入海不断淤积而形成丰富的滩涂是三角洲地区重要的后备土地资源, 掌握滩涂的空间分布及演化特征对合理开发滩涂, 加强滩涂资源的保护和可持续利用, 促进黄河三角洲高效生态经济区发展都有重要意义。选取近代黄河三角洲地区1989 年和2000 年landsat TM/ETM+影像, 利用基于专家知识的监督、目视判读分类方法, 提取了两个时期内不同行政区域和不同自然岸段的黄河三角洲滩涂信息。通过土地利用类型转换矩阵分析了滩涂与其他土地利用类型间的相互转化关系, 得出1989～2000 年间, 黄河三角洲中潮位滩涂主要向林草地(15.9%)、海域(12%)、其他用地(7%, 含已围待用地)和养殖、盐田用地(6.3%)等土地利用类型转化; 同时又有36.5%的海域、6.5%的水域和2.5%的林草地转化为滩涂; 而总体上滩涂面积呈减少趋势, 减少面积为246.42 km²。海洋动力作用、黄河断流、人类活动是致使滩涂面积减少的主要因素。     

莱州湾西部沉积物粒度特征及沉积分区

基于莱州湾西部13个岩心柱样粒度组分与参数,运用Flemming粒度三角图,结合系统聚类分析方法,在对岩心柱样进行分类的基础上,将莱州湾西部划分为4个区域,即现代黄河口侧缘、广利河口北潮滩、莱州湾南岸和中部浅海区。根据粒度曲线特征,分析了每个区域内沉积环境的时空变化。结果证明:莱州湾西部百年来沉积特征建立在黄河形成沉积环境之上,沿岸短源河流对沉积环境产生了不同程度影响。现代黄河口侧缘沉积环境受黄河影响至今,沿岸河流改造作用较小;广利河口北潮滩沉积环境形成于黄河行水期间,目前广利河水系对原有沉积环境改造作用明显;莱州湾南岸小清河、弥河取代黄河成为影响沉积环境的最重要因素;莱州湾中部海域则受到沿岸河流的综合影响。沉积环境以广利河口为界限,呈现南北分异。北部沉积环境随时间变化明显,在垂向上反映了黄河多期次行水带来的沉积特征;南部沉积物质来源依次为广利河、小清河、弥河,沉积环境在水平方向上变化明显。     

黄河断流对河口地区生态环境的影响

在对黄河三角洲地区湿地形成机理分析的基础上,经进一步论证,认为黄河断流对湿地水环境的直接影响是相当微小的。根据黄河口及其附近海域鱼类资源的生物学特点和生态学特点的分析,认为在每年4～6月份鱼、虾产卵、孵化的高峰季节,由于黄河断流入海水量不足,会对鱼、虾产卵、孵化带来一定的不利影响。但对黄河口及其附近海域鱼类资源大幅度衰减的原因,还应结合近年的海洋捕捞业等方面进行综合分析。     

黄河清水沟流路大嘴的形成对莱州湾潮流场影响的数值研究

黄河口于1976年改道清水沟流路入海,入海河沙淤进致使莱州湾西岸局部岸线向海推进约21 km,在0,5,10 m等深线处分别向海推进21,17,16 km。按黄河口改道清水沟流路前和改道后的莱州湾岸线和海底地形分别建立模型,计算了黄河口改道前后的莱州湾潮流场。结果表明,黄河大嘴的形成,致使其两侧涨落急计算流速减小了40 cm/s之多,其东侧形成一个东西宽约8 km、南北长6 km的流速增大区,该流速增大区涨落急时刻计算流速较改道前增大30 cm/s以上;莱州湾西部海域计算主流向偏转,偏转量在27°~108°之间;清水沟流路大嘴形成前后,莱州湾东部潮流场变化不明显。     

三角洲型河口河海划界

河海界限不是一个固定的断面，受制于径流、潮汐、风暴和地形等自然因素，河水与海水接触处的时空变化大。通过对黄河口和珠江口地区的河海划界的讨论，认为三角洲型的河口区海陆划界不能以咸水内侵、淡水冲出及生态环境等具有明显季节性的特征为依据，而应根据河口三角洲典型的地貌特征、沿着三角洲平原与水下三角洲前缘的界线划分，符合自然特征。