波浪能发电平台系泊系统耦合动力响应及水动力分析

本文以一种新型波浪能发电平台为研究对象,分别采用基于三维势流理论的软件Sesam和基于有限体积法的Flow3D软件,对平台和发电浮子进行水动力分析。应用Sesam-HydroD模块计算了平台和发电浮子在频域内的运动响应,将平台和发电浮子的垂荡运动响应进行对比分析,结果表明,在正常海况下,平台与发电浮子垂荡运动相对幅值满足捕能系统的发电需求。应用Flow3D软件对平台整体进行水动力分析,结果表明,平台与发电浮子相对运动振幅在0.3～0.4m间,可满足发电需求。在此基础之上,应用Orcaflex软件,通过时域耦合动力分析的方法,计算了平台在自存工况和作业工况下的运动响应和系泊缆动张力响应,结果表明:在自存工况下,平台锚泊线的安全系数符合规范要求,平台具有良好的安全性能,能够适应恶劣的海洋环境;在作业工况下,平台的垂荡运动响应对波浪方向变化并不敏感,捕能系统不受波浪方向变化的影响,满足发电需求。另外,本文的研究结果能为类似的海洋平台的研究提供建议和参考。     

洞庭湖地区水系水动力耦合数值模型

针对洞庭湖地区复杂水系和复杂水情下的实际水流运动特征,建立了完全基于水力学方法的洞庭湖地区水系的一、二维耦合的全局水动力学模型,实现了不同水体数值模拟的自动有机衔接。模型包括湖泊、河网水系两部分。对长江干流荆江段、湘资沅澧四水、三口分流河道,运用能够反映河道主槽和边滩不同行洪特征的扩展一维水量模型进行模拟;对于洞庭湖湖区部分,采用二维非结构的有限体积法建立水动力模型;应用重叠投影法实现模型的耦合。模型具有动边界的自动处理,河道分区计算,分洪、溃堤过程实时模拟等功能。剖分的网格较为细致地刻画了湖区的地形,使模型能够模拟"高水湖相、低水河相"的湖流特征。运用1996年7月的实际洪水过程,进行了模型的验证,较为准确地模拟了实际水流特征。     

“威马逊”台风暴潮增水及水动力响应数值模拟

基于河口海岸水动力三维数值计算模型,建立浙江沿海天文潮与风暴潮耦合预报模式。利用该模式,对经过浙江沿海海域的台风"威马逊"进行数值计算,风暴潮增水计算结果与实测值符合较好,误差基本在±20 cm以内。计算增水值与传统的调和分析法所得的增水结果相比,也较为一致。进一步对局部水动力响应的研究发现,风暴潮期间,局部地区从底到表各层水流流速均急剧增大或减小,其值达到了与天文潮流同等的数量级。当水流流向与风向相同或相近时,流速增大,相反时,则流速减小。且台风期间,各层水流流向也随风向发生改变,流态变得更加复杂。     

江东大桥建设对钱塘江水动力的影响

应用二维水流数学模型模拟了江东大桥建设前后大范围的流场,比较了建桥前后水位、流速、流向等水动力因子的变化,评价了大桥建设对工程区域水动力的影响,并与物理模型试验的结果进行对比,分析了结果的合理性。研究成果为大桥的设计和管理提供了技术依据。     

水动力数值模拟的发展方向

水动力数值模拟是海岸工程、水运工程和环境工程中重要的模拟方法,它随着近代电子计算机和数值计算方法的发展而发展.     

汇泉湾水动力环境观测和数值模拟研究

汇泉湾是青岛市最主要的海水浴场,湾区浴场的沙滩沙质退化及细沙流失现象一直备受关注。本研究旨在研究上述现象的成因,为汇泉湾生态环境保护和可持续发展提供科技支持。我们于2015年1月和9月在汇泉湾进行了水文、泥沙和悬浮物的综合观测,并基于FVCOM建立了汇泉湾高分辨率的水动力模式,模拟了汇泉湾及其临近海域的水动力环境。结果显示:汇泉湾常年存在一顺时针(即反气旋)环流,它有利于携带泥沙从湾的西侧进入而从东侧流出;环流中心区流速弱,泥沙不容易被带走,沉积物粒径较小。汇泉湾海域沙滩沙质粗化且流失的原因主要为:波致流引起的沿岸输沙将湾口西侧岩石剥蚀的较粗的细砂和粉砂搬运至浴场沙滩,而较细的泥沙容易地从东侧流出湾区。     

胶莱人工河道水质点输运轨迹的数值模拟

利用二维水动力数学模型模拟胶莱人工河道潮流运动,并分析了胶州湾湾口设置潜堤前后胶莱人工河道水质点的运动轨迹和水位变化过程。结果表明,开通胶莱人工河道能够使黄海的胶东湾海水向渤海的莱州湾输运,但不设置潜堤时从胶州湾到莱州湾的海水输运平均流速较小;设置潜堤后胶州湾水位高于莱州湾水位的时间变长,从黄海到渤海之间的水体输运能够得到加速。计算结果还表明,潜堤顶部与平均水面距离较小时,黄、渤海之间水体输运较快。     

九龙湾海域整治工程的水动力及水质影响数值研究

对威海九龙湾海域进行二维水动力-谱波和水动力-水质的耦合计算?分析,研究堤防建设工程前后潮流场、波浪场的变化,并对工程导致的水质变化进行数值计算、分析。潮流场的数值计算结果与实测潮位、流速、流向值进行对比,验证了该模型的准确性。计算结果表明,工程建设对海域潮流场的影响主要集中在距工程位置1.3km范围以内海域;工程建设改变了周边的波浪传播方向,使得掩护范围内的水域的波浪作用明显减弱,有利于后方岸滩的保护;施工期所产生悬浮泥沙对海洋环境的影响主要位于施工区1km范围内,其范围以外海域受到的影响不大。     

张屯嘴-丁家嘴沿岸现代沉积和水动力研究

黄岛东部海岸狭长,张屯嘴—丁家嘴沿岸岸线曲折、沉积现象丰富,为典型的现代海岸和海湾沉积,包括基岩海岸、砂砾质海岸、海湾、人工堤坝海岸等多种类型。通过对研究区域现代沉积背景和海岸带的研究,从沉积物样品粒度分析入手,研究了海岸带不同沉积区的现代沉积物质来源、近岸和区域水动力条件。认为受基岩出露差异、胶州湾涨落潮和区域构造背景的影响,区域上由北向南沉积物粒度整体变细,张屯嘴至鱼鸣嘴一带海岸受多种水动力条件影响,唐岛湾内水动力较为单一。     

胶州湾北部水层-底栖耦合生态系统的动力数值模拟分析

基于胶州湾1995年5航次的生态动力学综合实验观测，建立了一个水层－底栖生态系耦合的动力学箱式模型，其中水层亚模型包括浮游植物、浮游动物、无机氮、无机磷以及DOC、POC和溶解氧7变量，底栖部分包括大型、小型底栖生物、细胞、碎屑及无机氮和磷6变量。模型考虑了海面太阳辐照度变化、海水及底泥温度变化，以及营养盐与DOC陆源流入的影响，利用该模型成功地模拟了胶州湾北部各生态变量的季节变化特征。同吴增茂等（1999）水层模型模拟结果相比可以看出，耦合模型的结果更加合理。     

春、夏季秦皇岛海域超微型浮游植物

2017年6月和8月,通过对秦皇岛海域的超微型浮游植物进行现场调查和流式细胞仪分析,发现了聚球藻(Synechococcus)和超微型真核藻类(picoeukaryotes)两大类群,其中聚球藻又分为聚球藻Ⅰ和聚球藻Ⅱ两个亚群。调研期间,正处于秦皇岛海域褐潮高发期。通过分析超微型浮游植物细胞丰度、碳生物量及分布特点,研究了秦皇岛海域在褐潮高发期超微型浮游植物分布及相关环境因子影响。结果表明,6月份超微型真核藻、聚球藻Ⅰ和聚球藻Ⅱ平均丰度分别为1.14×10⁴个/mL、4.02×10⁴个/mL和1.04×10⁴个/mL,碳生物量均值分别为27.22μg/L、8.49μg/L和2.27μg/L;在8月份超微型真核藻、聚球藻Ⅰ和聚球藻Ⅱ平均丰度分别为3.27×10³个/mL、5.79×10⁴个/mL和2.58×10⁴个/mL,碳生物量均值分别为6.35μg/L、13.41μg/L和5.83μg/L。超微型真核藻、聚球藻Ⅰ和聚球藻Ⅱ在6月份和8月份表现出不同的分布...     

秦皇岛近岸海域夏季小型水母分布特征

本研究基于2014—2018年每年8月份,于秦皇岛海域使用浅水Ⅰ型浮游生物网采集的浮游动物样品数据,分析了小型水母群落的组成种类和丰度分布特征及环境因子与水母群落特征之间的关系。结果如下:2014—2018年调查海域共出现小型水母13种,其中2014、2015和2017年夏季水母种类数均为7种, 2016年夏季水母种类数为6种, 2018年夏季水母种类数最少,仅为2种。秦皇岛近岸水域水母的优势种包括薮枝螅水母、球型侧腕水母和锡兰和平水母。2016年夏季秦皇岛水域水母丰度的平均值最高,达到了95.0 ind./m3。2014、2015和2018年分别为66.9 ind./m³、69.1 ind./m³和35.4 ind./m³。2017年最低,为14.9 ind./m³。通过小型水母丰度与环境因子之间的相关性分析,结果显示:温度、盐度、pH、磷酸盐、溶解氧、无机氮、悬浮物等环境因子会对秦皇岛夏季水域水母群落结构的年际间变化产生显著影响。     

珠江口水域化学耗氧量、溶解氧、无机磷与有机磷的三维水质数学模拟

珠江沿岸城市排污量大,对污染源治理能力十分有限,大量污染物通过河流或直接排放到珠江口,河口区半封闭的地形及潮水顶托使得污染物不易输送出外海,致使珠江口水质恶化,原有海洋生态环境遭到破坏,反过来制约了经济的发展.     

秦皇岛海域海月水母碟状体分布与环境因子关系的多粒度分析

针对秦皇岛海域水母灾害频发问题,采用数据挖掘技术定量分析水母分布与环境因子之间的潜在关系,对水母灾害监测预警具有重要意义.本研究以2020年4月秦皇岛海域海月水母碟状体和海洋环境因子(温度、盐度、溶解氧和pH)数据作为研究对象,采用ID 3决策树作为分析模型,对海洋表层、底层环境因子分别进行多种粒度的数据离散化处理下,...     

秦皇岛近海褐潮高发区浮游植物的碱性磷酸酶活性分析

碱性磷酸酶(Alkaline phosphatase,AP)是浮游植物在磷胁迫状态下表达的一种水解有机磷源的胞外酶,可用于指示海区浮游植物的磷胁迫状态。本研究于2013年7月,对秦皇岛近海抑食金球藻(Aureococcus anophagefferens)褐潮发生期间浮游植物的碱性磷酸酶活性(AP activity,APA)进行研究,结合其他理化参数,分析藻华发生时浮游植物的磷营养状态及其对海水中磷源的水解与利用情况。结果表明,褐潮发生时,抑食金球藻细胞密度高达108个/L,溶解有机磷(Dissolved organic phosphorus,DOP)成为浮游植物生长利用的主要磷源。抑食金球藻的细胞密度受到海水中NO3–、DOP、溶解无机磷(Dissolved inorganic phosphorus,DIP)浓度等的显著影响。浮游植物大量表达AP水解DOP,平均APA高达217.72 nmol/(μg·h)±90.86 nmol/(μg·h)(350.44 nmol/(L·h)±130.57 nmol/(L·h)),且APA随浮游植物生物量增大而显著增加。该结果表明抑食金球藻褐潮发生时,海区遭受严峻的磷胁迫甚至限制。磷源,尤其是有机磷源的可利用性可能在秦皇岛海区抑食金球藻褐潮的发生和维持中起关键作用。     

Measurement of oxygen production and demand in lake waters

An analysis of the New Zealand whale stranding record by M. W. Bradyn. Science and Research Series 29. ISSN 0113–3713, ISBN 0–478–01278–6. Available from Department of Conservation, Wellington. Price: $15.00.

Fish quality control by computer vision, edited by L. F. Pau and R. Olafsson. Published by Marcel Dekker, Inc.     

秦皇岛近岸海域脂溶性藻毒素污染状况与来源分析

2016年以来,秦皇岛地区多次出现麻痹性贝类毒素导致的中毒事件,但对于该海域脂溶性藻毒素的污染状况仍不够了解。2020—2021年,本研究通过对秦皇岛近岸海域为期1年的现场采样调查,应用高效液相色谱-质谱联用手段检测了浓缩浮游植物和贻贝(Mytilus galloprovincialis)、牡蛎(Crassostrea gigas)和扇贝(Chlamys farreri)3种贝类中脂溶性藻毒素的污染状况,并通过高通量测序手段对浮游植物样品中的潜在有毒藻种进行了分析。结果表明,在秦皇岛近海浮游植物样品和贝类中均可检出扇贝毒素-2(pectenotoxin-2,PTX2),其中2021年4—5月浓缩浮游植物样品中的PTX2毒素含量达到最高值1.36ng/L,贝类中的PTX2毒素也主要在该时段检出,4月26日3种贝类中均可检出PTX2,含量最高达到1.10μg/kg。对浮游植物样品的高通量测序结果表明,样品中检测到的鳍藻序列数与毒素含量具有显著线性相关性,推测PTX2毒素主要来自样品中的渐尖鳍藻(Dinophysis accuminata)和倒卵形鳍藻(D.fortii)等。综合一年的调查结...     

平潭近岸海域浮子漂移轨迹及其数值模拟

平潭近岸海域岸线曲折,周边岛礁众多,海底地形复杂,是福建省海难事故的高发区.本研究建立了平潭近岸海域海上目标物漂移轨迹的预测系统,该系统通过风场和流场的数值模型获取海面动力环境信息,采用拉格朗日算法实现对海上目标物漂移轨迹的预测追踪.其中海流模型采用ROMS（regional ocean modeling system）模型构建,模型水平方向上最高分辨率为100m,垂向上分为16层,并考虑干湿边界,以体现复杂海岸线和水深地形.通过验证分析,潮位、流速和流向的模拟平均绝对误差分别为0.20 m、0.12 m/s和26°.通过平潭近岸2个浮子实验,结果表明,浮子漂移过程中受潮流和局地地形的影响明显,对漂移模型在平潭近岸海域的适用性进行初步验证,浮子模拟轨迹与实际漂移过程基本吻合,模拟时段内最大偏差距离为2.8km,系统可以为平潭近岸海域海上突发事故应急决策提供参考.     

辽东湾入海河流水质时空变化与污染物来源分析

基于辽东湾入海河流120个监测断面（含16个入海断面）的水质数据,采用主成分分析−多元线性回归模型等方法,研究其有机物、营养盐和重金属等的污染特征和入海通量,并分析其可能来源。结果表明,水质超标指标主要是高锰酸盐指数（COD_Mn）、氨氮（AN）浓度、总磷（TP）浓度和总氮（TN）浓度,其他指标符合I类地表水水质标准。TN/TP比值较高,严重偏离Redfield比值,陆源高含量氮和低含量磷的输入是造成渤海海水TN/TP升高的主要因素。非汛期的溶解氧（DO）浓度、电导率（EC）、AN浓度和TN浓度显著高于汛期,而非汛期的pH、浊度、COD_Mn和TP浓度显著低于汛期。2021年河口有机物和营养盐浓度受河流穿行农业区等因素的影响,重金属浓度则与域内工业企业分布有关。TN、TP、化学需氧量（COD）、AN和石油类年入海通量分别为3.63 × 10⁴ t、1 608.5 t、14.8 ×10⁴ t、3 086.6 t和221.9 t,Hg、Cd、Pb、As和Cr⁶⁺分别为0.264 t、0.253 t、1.978 t、20.434 t和31.651 t。研究区主要的污染源按照其贡献大小依次为生活污水和工业废水、水动力条件等水文因素所致的污染源、水−气界面物质交换及二次转化源和农田地表径流与交通运输产生的非点源。     

A three-dimensional numerical model of hydrodynamics and water quality in Hakata Bay

The hydrodynamics and water quality in Hakata Bay, Japan, are strongly affected by the seasonal variations in both the gravitational circulation and the stratification in the bay. The three-dimensional hydrodynamics and water quality model has been developed to simulate the long-term transport and fate of pollutants in the system. The model is unique in that it completely integrates the refined modelling of the hydrodynamics, biochemical reactions and the ecosystem in the coastal areas. It is a 3-dimensional segmented model which is capable of resolving mean daily variations in all the parameters relevant to pollution control. It predicts daily fluctuations in the oxygen content at different depths in water throughout the year. It takes into account transport and settling of pollutant particles. It predicts light penetration from computed turbidity variations. It includes interactions between the ecosystem and water quality, through nutrient cycling and photosynthesis. The model has been calibrated well against the data set of historical water quality observations in Hakata Bay.