海口湾海洋水动力自然灾害评估分析

开展海洋水动力自然灾害评价分析是涉海工程海洋灾害风险评估的重要组成部分,其重在水动力风险因素的识别与风险强度的预估,是有效提高灾害防御能力、控制风险和减少灾害损失的关键技术方法之一。海口湾水域位于海南岛北岸,琼州海峡内、濒临南海,由于其特殊地理位置,对海口湾水域影响最为显著的海洋动力灾害主要包括:风暴潮、海浪和海啸。本文针对上述问题,基于数值模拟方法以及实测数据统计和经验分析等方法,研究确定了该海域所面临的上述各风险因素的成因,并确定了其对应强度大小和危害破坏情况,给出了极端条件下的数值结果,为相关工程的海域使用论证提供参考依据。其中,风暴潮增水主要基于实测台风资料通过随机统计与水动力模型相结合的方法,推求出重现期为50、100以及500a的极端高水位值。极端大浪主要基于30a的台风过程与疾风资料,结合后报风场数据,采用SWAN模拟海域波浪场,分别计算给出重现期100、50a波浪要素,并验证了海域内人工岛护面稳定性情况。海啸波主要依托Nguyenetal(2014)在USGS震源参数基础上导出的震源参数,采用浅水波模型分别对7.0和8.0级地震形成的海啸进行数值模拟,估算对海口湾水域影响情况,还考虑了整个断裂带发生破裂形成的特大地震(9.3级)海啸时极端情况。     

日本南海海槽地震海啸对我国东海沿岸影响

本文利用数值模拟技术重现了1707年宝永地震海啸的传播过程,定量分析了我国东海沿岸海啸时空分布特征。计算结果表明,地震发生2.5小时后海啸波传至东海陆架,震后6小时浙江沿海地区遭到海啸的袭击,沿岸最大海啸波高为0.8米。通过海啸波在东海大陆架传播时海底地形与波幅的关系,研究分析了东海陆架缓变地形下海啸放大效应,为及时判断沿海可能的海啸强度和受灾程度提供了便捷的估算方法。此外,本文还评估了南海海槽发生极端地震时,中国东海沿岸的海啸危险性,为东海区域针对日本南海海槽进行海啸预警和减灾评估提供定量科学的参考。     

1994年发生在台湾海峡的一次地震海啸的数值模拟

建立了一个地震海啸数值模式,模式包含越洋海啸传播部分和近岸海啸变形部分,在越洋海啸传播部分中采用线性浅水方程,使用蛙跃格式求解,并且选择合适的空间步长与时间步长,使差分格式中产生的数值频散与包辛尼斯克方程中的物理频散一致,这样在不影响海啸数值计算精度的前提下,节省了计算机的机时与内存.在近岸海啸变形部分的计算中,考虑了非线性对流项与海底摩擦项.同时该模式采用了多重网格嵌套技术,提高了所关心地区的计算精度.利用这个地震海啸模式模拟了1994年发生在台湾海峡的一次地震海啸,结果与观测记录较吻合.这个模型已用于我国沿海核电站可能最大地震海啸的数值计算.     

2017年9月8日墨西哥沿岸Mw8.2级地震海啸观测数据分析与模拟

2017年9月8日4时49分（UTC）,墨西哥瓦哈卡州沿岸海域（15.21°N,93.64°W）发生M_w8.2级地震,震源深度30 km。强震在该海域引发海啸,海啸对震源附近数百千米范围内造成了严重影响。位于太平洋上的多个海啸监测网络捕捉到了海啸信号并详细记录了此次海啸的传播过程。本文选用了近场2个DART浮标和6个验潮站的水位数据,通过潮汐调和分析和滤波分离出海啸信号,对近场海啸特征值进行了统计分析,并采用小波变换分析方法进一步分析了海啸的波频特征。基于Okada弹性位错理论断层模型计算得到了强震引发的海底形变分布,并采用MOST海啸模式对本次海啸事件近场传播特征进行了模拟,模拟结果与观测吻合较好。最后,基于实测和模拟结果,详细分析了此次地震海啸的近场分布特征,发现除受海啸源的强度和几何分布特征影响外,近岸海啸波还主要受地形特征控制,在与特定地形相互作用后波幅产生放大效应,会进一步加剧海啸造成的灾害。     

海洋结构物码头装船风险分析

在文献[1]的基础上,提出了海洋结构物在码头装船过程中的风险分析方法,包括以下内容:确定风险类别与风险源;建立各个施工过程的事故树;定性分析系统各个环节并找出薄弱环节;定量计算重点环节的风险值;风险排序并提出改进措施。并通过实例分析验证了方法的适用性。     

防波堤风险分析研究框架

介绍了防波堤风险分析研究的内容、方法和目前的研究进展。防波堤风险分析包涵四个主要方面:防波堤风险辨识、防波堤风险估计、防波堤风险评价和防波堤风险控制。具体内容包括:防波堤系统正常使用极限状态和承载力极限状态的界定,波浪不确定性的识别和描述,防波堤失效模式的探讨,单一模式失效概率和系统失效概率的计算,两种极限状态失效后果的量化,成本-获益分析,效用分析,可接受风险准则和降低风险的措施。防波堤风险分析的目的在于为决策者明确工程中存在的诸多不确定性因素,提供充足信息,实现项目的决策优化。     

局地海啸波传播数学模型的研究

推导了地震海啸波传播的理论方程,并时局地地震海啸情况下的理论方程进行了求解.基于Boussinesq方程出发,建立了二维局地海啸渡传播数学模型;对局地海啸进行了数值计算,计算方法采用有限差分方法.差分格式采用交替方向隐格式,即ADI方法.利用该模型对发生在台湾海峡的一次地震海啸进行了模拟计算.将计算结果与理论方程的计算结果以及实际情况进行了对比.计算结果较好.为局地海啸波传播提供了一种模拟方法.     

精细化地震海啸波流实时预警系统研究与应用

基于Okada模型和非线性浅水波模型,结合高精度多层嵌套网格针对我国浙江沿海的温州和台州地区建立了越洋–近海–局部的精细化地震海啸波流实时预警系统,近岸的分辨率为900 m。该预警系统包括了并行化的数值计算模块,基于Python 2D绘图库的计算结果可视化处理模块,以及通过Python语言将所有经过数值计算的图形与动画产品集成在一个网页上的产品集成模块。一旦地震发生,该系统可根据地震的震源参数信息在10 min内完成数值计算、可视化处理,以及产品集成。选取2011年日本东北9.0级地震海啸结合实测数值对该系统进行模拟验证,进一步应用该系统模拟计算了日本南海海槽和琉球海沟潜在极端海啸的影响规律。结果表明,该预警系统可有效地提高地震海啸实时预警的时效性和准确度,为海啸的预警、减灾,以及辅助决策提供科学依据。     

人工鱼礁工程的风险评估

对台风暴潮影响下的嵊泗海域人工鱼礁工程做了风险评估,考虑了台风暴潮中出现的大浪和风暴潮减水对鱼礁联合作用的危害。风险评估分为危险灾害识别、失效概率计算、失效后果评估、风险准则评定和风险管理决策几个主要的步骤。在失效概率的计算中采用基于应用设计点的重点抽样法随机模拟的技术,这一随机模拟技术可以广泛的应用与海洋工程结构的风险评估当中。     

COMCOT数值模式的介绍和应用

介绍了一个成熟的海啸数值模式-COMCOT模式.COMCOT模式是一个能够模拟海啸产生、传播和增水全过程的基于浅水波方程的有限差分模型.模型采用多层网格嵌套,根据海啸在不同区域的传播特点和要求,分别选用不同的分辨率和计算设置,从而兼顾了模式的精度和计算效率.利用此模式模拟了2006年12月26日台湾南部7.2级地震产生海啸波的传播情况,结果与两个潮位站的海啸波监测数据相吻合.     

Risk Assessment of Vertical Breakwaters -A Case Study in Turkey

In the reliability-risk assessment, the second order reliability index (βⅡ ) method and the Conditional Expectation Monte Carlo (CEMC) simulation are interrelated as a new Level Ⅲ approach for the analysis of the safety level of the Dalaman yacht harbor vertical wall breakwater in Turkey. The missing wave data of the Dalaman measurement station are hindcasted by use of multi-layer feed-forward neural networks with the steepest descent and conjugate gradient algorithms. The structural failure probabilities of sliding and overturning failure modes are forecasted by approximation of the failure sur-face with a second-degree polynomial of an equal curvature at the design point. in the new approach, for each randomly generated load and tide combination, the joint failure probability reflects both the occurrence probability of loading condition and the structural failure risk at the limit state. The approach can be applied to risk assessment of vertical breakwaters in short CPU durations of portable comput     

有限断层模型在2015年9月16日智利Mw8.3级地震海啸数值模拟中的应用与评估

2015年9月16日22时54分（当地时间）智利中部近岸发生M_w8.3级地震,震源深度25 km。同时,强震的破裂区长200 km,宽100 km,随之产生了中等强度的越洋海啸。海啸影响了智利沿岸近700 km的区域,局部地区监测到近5 m的海啸波幅和超过13 m的海啸爬坡高度。太平洋区域的40多个海啸浮标及200多个近岸潮位观测站详细记录了此次海啸的越洋传播过程,为详细研究此次海啸近场及远场传播及演化规律提供了珍贵的数据。本文选择有限断层模型和自适应网格海啸数值模型建立了既可以兼顾越洋海啸的计算效率又可以实现近场海啸精细化模拟的高分辨率海啸模型。模拟对比分析了海啸的越洋传播特征,结果表明采用所建立的模型可以较好地再现远场及近场海啸特征,特别是对近场海啸的模拟结果非常理想。表明有限断层可以较好地约束近场、特别是局部区域的破裂特征,可为海啸预警提供更加精确的震源信息,结合高分辨率的海啸数值预报模式实现海啸传播特征的精细化预报。本文结合观测数据与数值模拟结果初步分析了海啸波的频散特征及其对模型结果的影响。同时对观测中典型的海啸波特征进行的简要的总结。谱分析结果表明海啸波的能量主要分布在10~50 min周期域内。这些波特征提取是现行海啸预警信息中未涉及,但又十分重要的预警参数。进一步对这些波动特征的详细研究将为海啸预警信息及预警产品的完善提供技术支撑。     

Risk Analysis of Breakwater Caisson Under Wave Attack Using Load Surface Approximation

A new load surface based approach to the reliability analysis of caisson-type breakwater is proposed. Uncertainties of the horizontal and vertical wave loads acting on breakwater are considered by using the so-called load surfaces, which can be estimated as functions of wave height, water level, and so on. Then, the first-order reliability method（FORM） can be applied to determine the probability of failure under the wave action. In this way, the reliability analysis of breakwaters with uncertainties both in wave height and in water level is possible. Moreover, the uncertainty in wave breaking can be taken into account by considering a random variable for wave height ratio which relates the significant wave height to the maximum wave height. The proposed approach is applied numerically to the reliability analysis of caisson breakwater under wave attack that may undergo partial or full wave breaking.     

南海主要岛礁概率海啸风险评估

影响地震海啸的震源参数众多且具有很强的不确定性,充分评估海啸风险需要大量的情景模拟.本文基于建立的概率海啸风险模型,采用一种高效的海啸模拟方法,评估了南海主要岛礁的概率海啸风险.通过对历史地震数据的分析,综合考虑震级、震中位置、震源深度的随机性,形成了百万数量级的潜在地震情景集,并通过叠加近似方法实现了大量地震情景引发...     

越洋海啸波传播数学模型的研究

应用内外解匹配的方法和驻相法推导了柱坐标系下地震引起的水面波动方程的解,即推导了地震海啸波生成与传播的理论方程,并对越洋地震海啸理论方程进行了求解。基于Boussinesq方程出发,建立了二维越洋海啸波传播数学模型,并对越洋海啸进行了数值计算,计算方法采用有限差分方法,差分格式采用交替方向隐格式(Alternating Direction Implicit即ADI方法)。利用越洋海啸计算模式对发生在大洋中的地震海啸进行了模拟,将数值模拟结果与地震海啸波理论方程的计算结果进行了比较,两种计算结果吻合较好。     

南海潜在海啸灾害的模拟

结合南海海域的地形条件、地质构造、地震学特征以及历史地震记录,在回顾总结国内外学者研究的基础上,分析了南海可能引发地震海啸的震源区域,并讨论了在我国南海沿岸发生海啸灾害的潜在可能性。采用目前在国际上广泛使用的COMCOT海啸模式,对马尼拉海沟的潜在地震引发的海啸进行了数值模拟计算,计算中包含了由地震参数到海面初始变形的转换、海啸的深水传播过程以及海啸的浅水传播过程。采用三重嵌套网格,外层网格对应于大范围的深水区域,使用球坐标系下的线性控制方程;第二层网格对应中等范围的较浅水区域,使用球坐标系下的非线性控制方程;第三层网格对应小范围的浅水区域,使用直角坐标系下的非线性控制方程。由模拟计算得到的海啸传时分布、近岸海面升降强度、四个特定点上海面高度随时间变化等的结果表明,我国南海沿岸遭受海啸袭击的可能性是存在的,应进一步对南海海啸进行监测、预警和研究。COMCOT模式性能良好,可用于对南海潜在地震海啸的进一步模拟研究。     

联合效用理论与风险量化的防波堤决策模型研究

回顾和总结了当前防波堤项目的决策模型,介绍了效用理论的起源、发展和理论基础,提出了效用理论结合防波堤风险量化方法的新型风险决策模型.以某直立式防波堤的优化设计为例,将防波堤滑移失效概率、防波堤尺度、生命周期内的风险损失和预期收益、决策者风险态度等量化指标纳入决策系统,比较了费用最小化、费用-收益权衡和效用三种决策模型,探讨了优化设计重现期的确定.结果表明,决策者的风险态度将极大地影响防波堤方案的选择,而费用-收益模型实质上是效用模型的一种特殊情况,这凸显了效用模型的包容性和合理性.     

定量风险评估在码头项目中的应用

定量风险评估是风险评估发展的主要趋势。文中结合作者在码头工程项目质量管理方面的研究,以码头营运时期存在的各种风险为例,对码头的运营过程进行深入分析,从码头风险事故识别、分析以及风险管理、应急预案等方面对现役的码头进行风险评价。首先找出潜在的风险事件及相关风险因素,然后对风险事件的模糊概率和损失程度后果进行量化,最后依据风险评价结果对需要控制的风险事件给出控制措施。     

防波堤的人工神经网络Monte Carlo法可靠性分析

防波堤建设费用巨大,且一旦遭到破坏,后果甚为严重,因此,如何准确地计算防波堤的可靠性意义重大.随着人工神经网络理论的快速发展,人工神经网络方法在结构可靠性分析中的应用逐渐得到重视.基于神经网络的Monte Carlo法计算直立式防波堤的可靠性,概率意义明确.以秦皇岛典型直立堤为算例,采用基于神经网络的Monte Carlo法对直立式防波堤进行可靠性分析时,将直立堤滑动破坏和倾覆破坏的极限状态方程中的所有参数均作为变量处理,并将计算结果与Monte Carlo模拟的直接抽样法、重要抽样法以及独立变量JC法的计算结果进行对比.结果表明:基于神经网络的Monte Carlo法和Monte Carlo模拟的直接抽样法、重要抽样法计算结果相近,而比独立变量JC法的计算结果略低.     

“3.11”日本地震海啸及南海和琉球群岛假想地震海啸对福建近海影响的数值模拟

福建地处西北太平洋沿岸,在环太平洋地震带附近,是海啸灾害潜在风险区.＂3.11＂日本地震海啸,福建沿岸验潮站就监测到其海啸波.利用CTSU地震海啸数值模式,模拟了＂3.11＂日本地震海啸对福建近海的影响,模拟结果与实况较吻合.同时,利用该数值模式模拟分析了可能来自于琉球群岛和南海附近海域的地震海啸对福建近海的影响,分析表明,如果在琉球群岛海域（28.0°N,129.0°E）发生8.8级地震,引发的海啸波将在4.5 h左右抵达福建北部海岸,最大海啸波幅可达2 m;如果在马尼拉海沟附近海域（17.5°N,119.0°E）发生8.8级地震,引发的海啸波将在4 h左右抵达福建南部海岸,最大海啸波幅可达3 m,均会给福建沿海地区带来灾害性影响.为此,本文亦针对性提出了防范地震海啸的一些措施与建议,为福建省海洋防灾减灾提供参考.