海南儋州人工岛建设对海床冲淤影响数值模拟(英文)

海南儋州海花岛填海规模较大,工程实施引起洋浦海域水动力环境改变,进而影响海床冲淤演变的变化。本文利用Delft3D数值模式建立了洋浦海域二维嵌套水沙数学模型,在对模型进行了验证基础上,模拟了海花岛实施前后海床冲淤演变和潮流变化。由于洋浦海域含沙量较低,附近沙源少,海花岛实施后附近海域海床淤积幅度较小。由于小铲礁南侧水流动力增加,小铲礁南侧和洋浦航道局部为冲刷。     

舟山册子岛-镇海海底管道附近海床冲淤数值模拟研究

舟山册子岛-镇海段海底原油管道连续多年监测数据显示,局部海床冲刷较为严重,管道多处裸露、悬空,对工程安全构成威胁。基于Delft3D建立杭州湾口二维水流泥沙数学模型,并利用实测潮位、流速、流向及悬沙质量浓度资料对模型进行率定与验证,进而模拟分析近年来人为开发活动对海底管道附近海床冲淤变化的影响。分析结果表明,新泓口围垦工程和金塘大桥工程对管线镇海登陆段海床冲刷影响较大,金塘大桥桥墩阻水作用加剧了管线深槽边坡西半段海床的冲刷,另外管线深潭延伸东半段的海床冲刷与金塘大桥主通航孔密切相关。     

东碇倾倒区疏浚泥悬沙输移和海床冲淤数值模拟

采用区域海洋模型ROMS(Regional Ocean Modeling System)在东碇倾倒区建立三维水动力与泥沙输移数值模型,在水动力验证的基础上模拟预测了在冬、夏季节不同背景潮流和风场作用下的疏浚泥悬沙输移规律及海床沖淤变化。结果表明:在纯潮流作用下,悬沙扩散以抛泥点为中心,呈圆对称分布,且冬季泥沙输移扩散范围比夏季大;加入风场驱动后,悬沙扩散呈下风面拖拽的椭圆形,同时水体混合加强更有利于高浓度悬沙的扩散,但对悬沙输移的作用不明显;抛泥点位置从倾倒区中心变为西北角后,其作用主要体现在冬季较高浓度区面积的减小和由于局地水槽引导而形成的向北延伸的浓度舌;在海床冲淤方面,潮流和风场的作用主要是改变地形增量较大的面积,而更改抛泥点位置则会导致地形增量最大值出现较大的差异。     

海口湾人工填海前后冲淤演变数值模拟

为了解近年的人工填海工程主要包括南海明珠项目、葫芦岛、秀英港扩建工程等人工填海工程对海口湾冲淤变化的影响,基于FVCOM海洋数值模型,对研究区人工填海前后潮流场、波浪场及冲淤变化进行了数值模拟。人工填海后,综合各条件下的冲淤情况,海口湾受潮流和波浪共同作用大部分区域处于淤积状态,年淤积量预测值为0.1~1.0m;白沙角等局部区域处于侵蚀状态,年冲刷量预测值为0.1~0.3m;受海口湾人工填海工程的影响,秀英港航道的水动力条件减弱,对通航条件改善有利,需加强航道的水深监测和定时的清淤工作;在南海明珠人工岛南侧波影区泥沙堆积会形成向海的舌状的突出体,其两侧海岸形成侵蚀后退带,需人工补沙等措施以保证岸线稳定。     

温州南鳌江口海域海床近期冲淤演变分析

温州南部鳌江口海域近年来先后完成了筑坝促淤、围垦吹填、维护航道等一系列影响水流泥沙和地形地貌变化的大型工程。根据2010年实测水文泥沙资料和4幅不同时期(1963,2003,2005,2011年)地形图对比分析了鳌江口海域的地形变化趋势,结果显示鳌江口海域海床冲淤过程大体上经过了3个不同时期,即1963-2003年江南围涂等海区缓慢淤积期;2003-2005年该海域既冲刷又淤积的稳定期;2005-2011年整个水域以轻微冲刷为主的冲刷期。经过分析得知鳌江口海域海床近年来的变化主要是由航道疏浚、围垦吹填及工程促淤引起的,而围填海工程引起动力变化和泥沙减少也对海床冲淤有一定程度的影响。     

海阳中心渔港建设对附近海域冲淤的数值模拟预测

利用MIKE21二维水动力模型,对海阳中心渔港建设前,以及两种预选方案建设后海域潮流分别进行数值模拟。在潮流模拟验证正确的基础上,建立了海底冲淤预测模型,预测了工程建设前后静风条件下全年冲淤趋势。并运用MIKE21Coupled ModelFM模块,模拟了极端天气条件（SE15m/s大风）浪流共同作用下工程附近海域的冲淤情况。根据方案建设前后潮流场、冲淤趋势进行分析,确定最优方案,为海阳中心渔港的规划设计提供决策参考。     

潮流波浪联合输沙及海床冲淤演变的理论体系与其数学模拟

根据近岸带及河口区潮流、波浪、湍流各自物理尺度的不同,从Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程和质量传输方程出发,利用Ｒｅｙｎｏｌｄｓ分解的方法,建立了模拟波浪 流联合输沙及海床冲淤演变的理论体系,给出了潮流作用下近岸波浪传播方程、波浪作用下潮流运动方程并通过利用波流合成底部切应力、底层湍流脉动随机特性,得出了波流联合作用下不平衡沙计算中泥沙起悬与沉降量的确定方法。本文模型应用于“广西合浦围垦工程潮流波浪     

黄河三角洲洪、枯季泥沙冲淤的数值模拟

本文针对黄河三角洲海岸潮间带广阔、黄河入海水沙变化剧烈、近岸及河口区水动力条件复杂的特点 ,建立了 1个潮流作用下的平面二维动边界全沙数学模型。动边界的处理采用窄缝法 ,并利用此模型对黄河三角洲洪、枯季时悬沙分布以及底床的冲淤进行了数值模拟 ,进而据此探讨了黄河三角洲洪、枯季的冲淤变化规律。     

徒骇河感染河段冲淤变化的数值模拟

研究天然河流,特别是潮河口段河流的泥沙中淤问题时,由于其复杂性和多变性,使得数学模型成为一种重要研究手段。本文采用天然 积河道中缓变非恒定一维水流泥沙方程组建立了研究徒骇河感潮河段泥冲淤变化的数学模型。数值模拟时对河道进行了梯形断面概化。     

健跳港上游引水对海床冲淤影响的数值模拟分析

健跳港是一个狭长的淤泥质港汊,针对枯季和洪季健跳港海床不同的冲淤特点,利用一维潮流泥沙模型复演了该港海床的冲淤过程,通过调整挟沙力系数来模拟健跳港枯水期的淤积和洪水期的冲刷这两种不同的海床变化形态,并预测了健跳港上游引水后对该港河床的淤积影响。     

“数字海底”系统建模中的关键技术研究

基于“数字海底”系统的理论基础研究和在海底科学应用中的具体实践,提出了“数字海底”的涵义、系统组成和体系结构,对空间数据管理技术、基于XML的WebGIS空间数据表达技术、复杂海底三维建模技术、多源信息的一体化集成显示技术、虚拟现实技术等“数字海底”系统建模中的关键技术进行了探讨,为从事海底资源研究和开发的人员提供各个层次的参考或帮助.     

济州岛南部海域海底声呐图像分析与声学底质分类

东海北部外陆架靠近济州岛南部海域,是黄海槽向冲绳海槽延伸的部分,属于黑潮分支黄海暖流的通道入口,分布着脊槽相间的海底底形,对其海底声呐图像的处理分析及声学底质分类的分析研究,有助于了解该通道海底底形表层纹理特征及沉积物分布规律。基于在济州岛南部海域获取的多波束声呐数据,应用图像处理技术和方法,对数据进行了处理,获得了海底声呐影像图,并对其表层纹理特征进行了描述和分析;同时,基于多波束反向散射强度数据,结合19组海底地质取样数据,建立研究区海底反向散射强度与沉积物粒度特征之间的统计关系模型,并以改进的学习向量量化神经网络方法,实现对海底粉砂质砂、黏土质砂以及砂-粉砂-黏土3种底质类型的快速自动分类识别。     

海洋表层沉积物类型分布图绘制方法研究

介绍一种绘制海洋沉积物类型分布图的新方法.假定构成海洋沉积物粒度(砂、粉砂和粘土)的比例数值在海床分布呈线性或非线性渐变过程.在绘图海域内,“无缝”加密设置有限个插值点,避开不易操作的类型插值问题.利用已知采样点沉积物中砂、粉砂和粘土比例数值,直接采用数值方法单因子插值,根据每个插值点沉积物中砂、粉砂和粘土比例数值,按...     

Numerical simulation of the nonlinear wave-induced dynamic response of anisotropic poro-elastoplastic seabed

Abstract

In this paper, a 2D poro-elastoplastic model for wave-induced dynamic response in an anisotropic seabed is derived analytically. The seabed is treated as a porous medium and characterized by Biot’s consolidation equations. The soil plasticity and wave non-linearity are included in the model and both the pore fluid and the soil skeleton are assumed to be compressible. The nonlinear ocean waves are respectively considered as progressive and standing waves. The previous experimental data is used to validate the proposed model. Numerical results demonstrate that the influence of nonlinear wave components should not be ignored without committing substantial error. A significant difference between progressive and standing waves is also observed for the development of residual pore pressure, as well as the distribution of liquefied zone. A detailed parametric investigation reveals that the nonlinear wave-induced seabed response is also affected significantly by cross-anisotropic soil parameters.     

考虑土骨架加速度效应的海床动力反应及其影响因素分析

由Biot二维广义动力固结理论的形式基本控制方程出发,忽略孔隙流体的加速度,提出了饱和海床动力反应的时域有限元数值解法.联立静力平衡条件和Biot固结方程的退化法所得到的数值解可视为其特例.在比较算例中,退化法得到的超静孔压和有效应力幅值沿海床深度的分布与解析解一致.一般情况下,土骨架的加速度对海床的有效应力和超静孔压影响很小,控制方程可以退化为Biot理论.成层海床上部的粗砂层不会使超静孔压幅值在海床表面下较浅的深度内迅速衰减,难以改变海床的瞬时循环液化深度.     

波状涌潮在变化地形上的水动力研究

本文采用非静压单相流模型（NHWAVE）研究了波状涌潮在变化地形上的传播演变特性。通过设置合理的计算工况,系统分析了涌潮高度、潮前水深和斜坡坡度对波状涌潮水动力特性的影响。计算结果表明,涌潮高度和潮前水深对波状涌潮在变化地形上的水动力特性影响显著,不同的地形坡度对波状涌潮水动力特性影响较小。变化地形的存在可导致涌潮高度显著增大,引起沿程最大水位的剧烈变化,并且使涌潮传播速度降低。随涌潮高度的逐渐增加,斜坡前后潮差持续增大,同时表层速度与水深平均速度均呈现增大趋势。当增加潮前水深时,斜坡前后潮差减小,表层速度与水深平均速度单调递减。本文研究成果对于正确认识波状涌潮在变化地形上的传播演变规律有一定的参考意义,为波状涌潮河段涉水建筑物的工程设计及安全评估提供了科学依据。     

Process-based modeling of morphodynamics of a tidal inlet system

The morphodynamic evolution of an idealized inlet system is investigated using a 2-D depthaveraged process-based model,incorporating the hydrodynamic equations,Englund-Hansen’s sediment transport formula and the mass conservation equation.The model has a fixed geometry,impermeable boundaries and uniform sediment grain size,and driven by shore-parallel tidal elevations.The results show that the model reproduces major elements of the inlet system,i.e.,flood and ebb tidal deltas,inlet channel.Equilibrium is reached after several years when the residual transport gradually decreases and eventually diminishes.At equilibrium,the flow field characteristics and morphological patterns agree with the schematized models proposed by O’Brien (1969) and Hayes (1980).The modeled minimum cross-sectional entrance area of the tidal inlet system is comparable with that calculated with the statistical P-A relationship for tidal inlets along the East China Sea coast.The morphological evolution of the inlet system is controlled by a negative feedback between hydrodynamics,sediment transport and bathymetric changes.The evolution rates decrease exponentially with time,i.e.,the system develops rapidly at an early stage while it slows down at later stages.Temporal changes in hydrodynamics occur in the system;for example,the flood velocity decreases while its duration increases,which weakens the flood domination patterns.The formation of the multi-channel system in the tidal basin can be divided into two stages;at the first stage the flood delta is formed and the water depth is reduced,and at the second stage the flood is dissected by a number of tidal channels in which the water depth increases in response to tidal scour.     

浅水非线性波作用下沙质底床孔隙水压力响应数值分析

近岸水深较浅,波浪具有较强的非线性,海床破坏与波浪作用下孔隙水压力的分布有着密切的关系。波浪场控制方程采用雷诺时均方程和k-ε紊流模型,入射波采用椭圆余弦波,采用PLIC-VOF法追踪自由表面;海床域以Biot动力固结理论为基础,建立了非线性波浪与海床相互作用的弱耦合数学模型,获得椭圆余弦波作用下沙质海床中孔隙水压力响应规律。计算结果表明,与线性波浪相比,浅水非线性波作用下沙质海床中孔隙水压力幅值增大非常显著。     

Numerical study of wave-induced soil response in a sloping seabed in the vicinity of a breakwater

In this study, a mathematical integrated model is developed to investigate the wave-induced sloping seabed response in the vicinity of breakwater. In the present model, the wave model is based on the Volume-Averaged/Reynolds Averaged Navier–Stokes (VARANS) equations, while Biot's consolidation equation is used to govern the soil model. The influence of turbulence fluctuations on the mean flow with respect to the complicated interaction between wave, sloping seabed and breakwater are obtained by solving the Volume-Averaged k − ϵ model. Unlike previous investigations, the phase-resolved absolute shear stress is used as the source of accumulation of residual pore pressure, which can link the oscillatory and residual mechanisms simultaneously. Based on the proposed model, parametric studies regarding the effects of wave and soil characteristics as well as bed slopes on the wave-induced soil response in the vicinity of breakwater are investigated. Numerical results indicate that wave-induced seabed instability is more likely to occur in a steep slope in the case of soil with low relative density and low permeability under large wave loadings. It is also found that, the permeability of breakwater significantly affect the potential for liquefaction, especially in the region below the breakwater.