海上人工岛在地震作用下动水压力研究

海上人工岛的地震载荷主要是地震惯性力和动水压力.本文根据人工岛结构与流体相互作用的特点,应用线性势流理论,用解析方法推导出地震作用下大尺度水下圆柱体的动水压力解析解,从而可求出圆形人工岛岛体表面上任意一点的动水压力、岛体分层单位高度上的动水压力、总动水压力以及岛体动水压力沿铅直方向和水平面上的分布,以满足人工岛结构计算和整体性能计算的需要.本文利用推导的公式和编制的程序对我国第一座浅海石油勘探开发人工岛实例进行计算分析,取得良好的成果.     

圆柱形人工岛模型的动力试验研究

大体积的人工岛结构在生存阶段地震作用往往起控制作用,但目前国内尚没有很成熟的关于人工岛结构地震荷载的计算方法,特别是圆柱形岛壁地震动土压力的计算尚没有合适的方法.因此,我们在进行数学模型分析的同时,还采用物理模型试验来探索实用的设计方法.     

埕岛油田人工岛结构与土相互作用的静力模型试验研究

在地震、海冰和波浪等海洋环境荷载作用下的人工岛与土相互作用非常复杂，很难用一个合适的数学模型进行描述和计算。据初步估计，静冰荷载是该人工岛结构的设计控制荷载。因此，本试验对人工岛结构在静冰力下结构与土的相互作用进行了研究，得出了人工岛结构筒壁内、外土压力分布，筒壁和桩的位移及应力变化以及桩和筒体各部位的土体抗力分担外荷的规律     

弧形防波堤波浪力试验研究

在圆筒形防波堤和V形防波堤的基础上,结合离岸堤后形成V形和半圆形连续出现的韵律海岸的地貌平面形态特点,提出一种前墙为连续的半圆筒形防波堤形式。通过在波浪水槽内进行规则波物理模型试验,探究这一新型防波堤的波压力分布规律及波高、周期、水深等因素对波压力的影响。将试验结果与海港水文公式和合田良实公式计算的理论值对比分析,给出了以合田良实公式的折减系数来拟合新型弧形防波堤波浪总水平力的计算公式。结果表明:新型弧形防波堤上的波压力随波高、周期的增大而增大,其水平波浪总力比同等尺度直墙少10%左右。     

冰体边界范围对桥墩地震反应的影响研究

在考虑冰-水-桥墩流固耦合的基础上,利用有限元分析软件ADINA,研究了不同水深和不同类型地震等条件下,桥墩周围固结海冰的边界范围对桥墩地震反应及动水压力的影响。结果表明:墩身位移和加速度、墩底最大弯矩和剪力随着冰体边界范围的增大而增大,但水深超过桥墩高度的4/5时,冰体边界范围对墩身位移和加速度基本无影响。同时,桥墩侧面动水压力也随着冰体边界范围的增大而增大,且增大程度越来越显著。另外,与冰体边界范围为桥墩横截面尺寸30倍时相比,冰体边界范围为桥墩横截面尺寸40倍时墩底最大弯矩和剪力可增大332.34%和245.20%以上,因此,在进行冰水域桥墩抗震设计时应着重考虑冰体边界范围为桥墩横截面尺寸30倍以上的冰体对结构地震反应的影响。     

不同因素对人工岛波浪绕射影响研究

为研究人工岛尺度变化和波浪方向分布对人工岛绕射波浪的影响,基于MIKE21-BW模型应用数值方法模拟人工岛波浪绕射过程。数值结果与Briggs等的物理试验结果的对比表明两者吻合较好,验证了模型的适用性。在规则波条件时,圆形人工岛绕射波浪的数值结果与线性波浪绕射理论解基本一致;采用该模型分别模拟了6种尺度的圆形人工岛、单向不规则波和9种方向分布θ_(max)、4种谱峰周期条件时绕射波浪分布情况。分析结果表明,圆形人工岛绕射系数随着尺度的增加,掩护区绕射系数随之减小;θ_(max)在10°~45°范围内,随着θmax的增大,绕射系数随之增大,θ_(max)在45°~75°内绕射系数变化较小;随着谱峰周期的增加,绕射系数随之增大。研究成果既为相关规范的完善提供了基础,也为相关工程设计提供了参考。     

海流作用下子母管结构横向涡激振动

基于量纲分析,设计模型试验研究稳态海流作用下子母管结构的横向涡激振动。通过对结构横向振动位移、水动力载荷和流场速度的同步测量分析,研究子母管结构横向涡激振动幅值和频率随约减速度的变化规律以及母管的水动力特性。实验结果表明,子母管间距比和质量比对管道横向振动和水动力有较大影响。在管间距比为0.1～0.5范围内,子母管结构涡激振动存在明显的不对称性。随着子母管间距比的减小,结构横向最大振幅增大,涡激振动的约减速度范围变宽;随着质量比的增大,涡激振动的约减速度范围变窄。母管的平均阻力系数随子母管间距比的增大单调递减,而平均升力系数则呈现非单调变化的特征。     

新型海洋温差能回热循环热力学分析

针对海洋温差能可利用温差小,利用效率低的问题,本文提出了一种采用非共沸混合工质的新型海洋温差能回热循环,并基于热力学定律对提出的热力循环进行热力学分析。选取蒸发压力、工质的质量分数作为变量,对提出的热力循环进行热力学分析研究。研究结果表明:以工质质量分数为变量时,循环热效率和系统净输出随蒸发压力的增加先增大后减小,系统热效率在工质质量分数为0.91时取得最大值5.28%,净输出功在浓度为0.96时取得最大值3.83 kW。以蒸发压力为变量时,循环热效率和系统净输出随工质质量分数的增大先增大后减小,系统热效率在蒸发压力为0.595 MPa时取得最大值5.26%,净输出功在压力为0.58 MPa时取得最大值3.57 kW。在相同运行控制参数下与Uehara循环、Yoon循环进行对比,提出的循环系统热效率最佳。提出的热力循环系统分析结果可对提高海洋温差能利用效率提供理论依据和参考。     

辽河盆地大民屯凹陷流体压力特征

大民屯凹陷是辽河断陷内4个下第三系凹陷之一。在综合利用钻井、试井及地震等资料的基础上，系统研究并论述了大民屯凹陷流体压力特征。基于57口井的声波测井资料，凹陷内泥岩压力特征可区分为正常压力、异常压力或强超压等类型；根据152口井391个点的压力测试数据，凹陷内产油层段的压力梯度多接近于1；利用公式法模拟计算了47条地震剖面的流体压力、剩余压力及压力系数的分布特征，凹陷内剖面压力系统自上而下一般由正常压力、弱超压和强超压3部分组成。此外，还根据流体压力演化的基本原理及钻井、岩性与试井等实际资料，模拟恢复了大民屯凹陷的压力演化史，其可划分为超压原始积累、超压部分释放及超压再积聚3个阶段。总体上，大民屯凹陷的超压强度低于渤海湾盆地其他地区的超压强度。     

不规则波对平板护面单坡堤的波压力试验研究

通过模型试验和资料统计分析，选取了计算不规则波作用在平板护面单坡堤上的波压力计算模式及其沿斜坡的压强分布计算方法。应用本文所提供的换算系数，可求得各累积频率的波压力     

岬湾海岸中人工岛建设对岬角涡旋及海湾地形冲淤的影响——以海南岛铺前湾为例

岬湾海岸中一般在岬角的右侧与左侧（面向大海方向）分别发育顺时针与逆时针涡流。这些涡流的存在对泥沙输运、海底地形演变、污染物扩散等都具有重要影响。而在海洋中岛屿的存在将产生局部的岛后尾流。如岛屿与岬角距离较近，岛后尾流可能与岬角涡旋相互作用，反之则相互影响较小。本文以海南岛铺前湾为例，研究在岬湾海岸中湾口处的人工岛建设对湾内涡旋的影响，并进一步分析人工岛建设对整个海湾海底冲淤变化的效应。本项研究主要采用COAWST模型进行研究。结果表明，大潮期在海湾内发育大范围的顺时针涡旋，小潮期涡旋发育不明显，以东向余流为主。人工岛建设并未影响整个海湾的涡旋结构，但人工岛分隔了湾内顺时针涡旋，且在周围产生局部的逆时针与顺时针涡旋。海底冲淤变化的基本格局为湾内以淤积为主，人工岛建设加强了这种趋势，但在人工岛与岸线之间的狭窄通道内，海底出现冲刷。本项研究对岬湾海岸的科学开发管理具有一定意义。     

龙口市人工岛周边海域波浪场和水动力场的数值模拟

为了科学的分析离岸人工岛群对周边海岸动力的影响,本文以龙口市人工岛为例,运用MIKE21数值模拟软件建立了龙口离岸人工岛及附近海域的水动力模型和波浪模型,根据波浪的生成、成长和传播原理,针对最有可能形成较大波浪的W、WNW、NW三个方向,采用频率为0.5%(重现期为200a)的高潮位叠加频率为0.5%(重现期为200a)的W、WNW和NW向风作用下的波浪场和水动力场进行数值模拟研究,给出了高潮位条件下人工岛周边不同波向对应的有效波高和最大波高值,以及最大流速和流向数据,可为人工岛群的地坪标高确立和防浪建筑物的布设提供科学依据。     

Potential implications of global warming and barrier island degradation on future hurricane inundation,property damages,and population impacted

Hurricane flooding is a leading natural threat to coastal communities. Recent evidence of sea level rise coupled with potential future global warming indicate that sea level rise will accelerate and hurricanes may intensify over the coming decades. In regions fronted by barrier islands, the protective capacity of these islands may diminish as they are degraded by rising sea level. Here we present a hydrodynamic and geospatial analysis of the relative role of barrier island degradation on potential future hurricane flooding. For the City of Corpus Christi, Texas, USA, hurricane flooding is projected to rise between 20% and 70% by the 2030s, resulting in an increase in property damages and impacted population. These findings indicate that adaptive management strategies should be developed and adopted for mitigating loss of natural barrier islands when these islands act as protective features for populated bayside communities. Finally, this study illustrates a method for applying models to forecast future storm protection benefits of barrier island restoration projects.     

冬季波浪与人工岛联合作用下日月湾海滩冲淤演变特征

人工岛作为一种新兴的海岸工程, 它的建设所引起的岸滩冲淤和防护问题日益受到人们的关注。本文以海南万宁市日月湾人工岛为例, 通过4期实测海滩剖面数据和多时相遥感影像, 分析了冬季波浪与人工岛联合作用对日月湾海滩冲淤变化的影响, 并结合海区波况, 探究了海滩冲淤变化机理。研究表明, 日月湾海区冬半年的平均有效波高与波浪周期明显强于夏半年, 且波浪强度整体上呈现逐年上升的趋势, 但在人工岛建设前后变化幅度较小; 人工岛建设对海滩地貌变化有强烈影响, 海滩呈现出岛后淤积而两侧侵蚀的显著特征, 岛影区海滩不断淤积, 岸线向海淤进达200m, 甚至可能与人工岛相连形成连岛沙坝, 人工岛后两侧海滩侵蚀, 岸线向陆一侧蚀退最大距离达50m; 海滩在冬季波浪和人工岛共同影响下, 岸滩自北向南依次表现为稳定、侵蚀、淤积、相对稳定、略有侵蚀或淤积、侵蚀、淤积的冲淤变化特征。     

大陆岛入海沉积物通量的估算研究

大陆岛入海沉积物通量（Q_s）信息对于精确解译大陆架沉积记录的研究是个重要补充。针对如何估算大陆岛Q_s的科学问题,本文以中国东南部海域的8 227个大陆岛为例,提出了一种基于邻近大陆中小型河流Q_s的经验公式计算大陆岛Q_s的解决方案。该方案在实施时需设置两个假定,即大陆岛的Q_s法则遵循邻近大陆中小河流的Q_s法则和可将1个大陆岛当作1个河流流域计算其Q_s。结果表明:（1）经验公式计算的大陆岛Q_s为其最小估计值;如考虑大陆岛流域的具体情况,实际的Q_s值会稍微增加,但其增幅不超过n0.13（n为流域数量）;（2）经验公式能获取大陆岛Q_s的大致数量级信息;大陆岛的总面积为4 418.49 km2,对应Q_s的数量级为106 t/a,与邻近大陆中型河流入海通量的数量级相当;（3）在大河河口湾充填阶段完成以前,大陆岛沉积物是内陆架泥质沉积体的主要物源之一。因此,大陆岛入海沉积物会对大陆架沉积体系的形成和演化造成一定程度的影响,需引起研究人员的高度重视。     

人工岛对沙质海岸动力泥沙环境及岸滩冲淤演变的影响研究

基于历史海图、历史时期卫星遥感影像、2019年实测水下地形和潮流、波浪数值模拟成果,研究该海域岸滩的发育演变背景、海床和岸线自然冲淤动态、动力泥沙环境及岸滩冲淤动力机制。采用LITLINE岸线演变数学模型,模拟计算了不同离岸距离和不同平面形态人工岛布置型式对近岸岸线变形的影响,岸滩泥沙动力机制和岸滩演变趋势表明,人工岛实施后近岸最大潮流流速小于近岸泥沙起动流速,不具备起动近岸岸滩泥沙的基本条件; SSE向波浪作用时,人工岛西北侧波高明显减弱,波向西偏; S向波浪作用时,人工岛北侧波高明显减弱; SSW向波浪作用时,人工岛东北侧波高明显减弱,波浪传播方向东偏;波浪场改变后人工岛掩护区东西两侧岸滩附近泥沙分别具有向东和向西运移至人工岛掩护区的趋势,形成掩护区的淤积和东西两侧岸线冲刷。     

海域海岛监视监测体系研究及在南沙区的应用

海域海岛动态监视监测业务是加强海域海岛管理的有效手段。文章对海域海岛监视监测业务体系进行研究梳理,分析无人机低空遥感技术在监视监测工作中的优势,设计建立无人机监视监测业务管理系统,应用于南沙区海域海岛监视监测工作,并介绍了监视监测工作中的几个实际应用。采用无人机低空遥感技术为主并建立无人机监视监测平台的办法,拓展和丰富了监视监测成果,有效促进了海域海岛监管能力提升。     

港珠澳大桥人工岛水下滩槽演变的数值模拟与工程检验

港珠澳大桥地处伶仃洋的湾口水域,东、西人工岛分别位于伶仃洋大濠深槽两侧。人工岛水域水深流急,潮流正面冲击人工岛,易造成人工岛海域水下地形发生大的变化与调整,最终形成以人工岛为中心的局部滩槽新格局。在大桥工程设计阶段,采用伶仃洋二维潮流泥沙数学模型,对人工岛建设后的伶仃洋水沙环境和水下地形冲淤进行了模拟计算。模型预测结果表明,人工岛对伶仃洋水域的水沙环境影响集中在人工岛上、下游各5 km水域内,人工岛呈冲刷趋势,岛体上下游形成以岛为中心的梭状淤积体。人工岛建设10年前后的水下地形冲淤变化结果表明,人工岛建设引起的海床冲淤变化趋势与数学模型预测结果基本一致,此为当初采用的数学模型预测效果提供了良好的佐证。     

围填海工程对澳门及附近海域水动力影响研究

基于长序列潮位资料,采用调和分析和MK检验方法分析了澳门水域及附近海域历史潮波特性,并建立大范围二维潮流数学模型,以珠澳人工岛及澳门新城A区等大型工程为研究对象,研究人类活动影响下的澳门及附近海域水动力变化特征。研究表明,澳门站的年平均高、低潮位在2005—2008年间发生突变,与岸线变化强度的增大存在直接关系;随着澳门围填海强度逐渐减弱,浅水影响系数逐渐减小,涨落潮历时差逐渐减小;1986—2019年间澳门水域潮位变化幅度较小,十字门水道附近涨落潮历时比由1.16增加至1.19,澳门水域涨落潮不对称现象由上游向外海逐渐减小。围填海工程导致澳门水道潮量减小,涨落急流速普遍减小,澳门新城A区人工岛及珠澳口岸工程附近产生雍水现象,流速亦呈减小趋势;围填海工程使得澳门岸线由曲折变为平缓,使得澳门水域内余流略微减小。     

海岛周边波浪能资源精细化勘查与分布特征分析方法研究

为海岛供电，是波浪能开发利用技术的重要应用领域。在海岛周边波浪能资源开发利用之前，需对波浪能资源进行精细化勘查，并在此基础上准确分析掌握工程实施海域的波浪能资源特征，以便开展有针对性工程设计。本文以威海褚岛北部海域为研究目标，结合对历史数据和水动力理论分析，制定精细化勘查方案，并通过代表性验证试验，对方案进行修正，再应用修正后的方案对目标海域进行长期观测。该方法改进了传统的波浪观测方法，更适用于小区域波浪要素的精细化观测，且在保证观测质量的前提下，有效降低了观测成本。另一方面，针对波向四季变化明显，且海岛周边波浪受岛岸线反射和绕射影响且地形变化剧烈的特点，本文利用改进的SWAN（simulating waves nearshore）数值模型计算目标海域波浪能资源，并结合统计学方法，研究波浪能量随波向分布特征的计算分析方法，得出褚岛周边海域全年波浪能量随波向的分布特征。