一种浅海锚泊测流浮标系统的实验

早在五十年代,海洋科技工作者已开始利用浮标布设海洋调查仪器,进行海上观测的试验工作。目前被采用的浮标系统,大体有三种类型:(1)锚泊浮标系统,利用各类自含式海洋调査仪器进行测量,定期收回资料;(2)遥测浮标系统,利用无线电遥控和收发各种海洋观测数据;(3)漂移浮标系统,利用浮标本身的漂移,进行海流和其他要素的观测。本文主要介绍浅海锚泊浮标系统的设计和使用情况。 对锚泊浮标系统的研究和实验,许多国家已做了大量有成效的工作。目前关于浮标的设计和锚泊方法尚无統一意见,但是可以看出,大多趋向于采用水下浮标张缆锚泊。这种方法使得浮标系统比起遥测浮标系统来,较为轻小、经济、方便,适合于进行多站同步观测。国外在海洋调查中经常利用这种系统作较长期的海流观测。 我所在六十年代初就已开始了锚泊浮标系统的研究、实验,1964年进行了新的研究设计工作,并在“全国海洋仪器会战”期间,完成了整套系统的计算设计与海上实验,经过鉴定,建议作小批量生产。 近年来,国家海洋局第一海洋研究所、中国科学院南海海洋研究所利用该浮标系统作过多次海上试用,取得了海流长期观测资料,初步考验了该系统的性能。我们最近又对某些部件作了一定的改进,并进行了海上实验。但是,实验也表明:此方法不宜在渔场区和台风盛行季节使用,因易被渔网拖损和丢失。现综合报告如下。     

基于SAR多普勒质心频移的海面流场迭代反演算法

为了克服SAR多普勒质心频移法反演海面流场时风场贡献去除困难的难题,本文提出了基于M4S模型的弦截下山法,利用其迭代计算局部区域的海面流场;然后估算整幅SAR图像中风场对多普勒速度的风贡献因子7;最后去除风场对多普勒速度的贡献.将该算法用于Radarsat-2数据反演海面径向流速,并利用匹配的实测数据验证反演精度.研究...     

离岸流灾害水动力学过程的数值模拟研究

离岸流是近岸流的重要组成部分,当波浪受到特殊海滩地形的影响,会形成一股沿着离岸方向运动的高速水流,能够迅速将人带离海岸,对海滨安全造成威胁。为了深入探究离岸流的形成机理及水动力学特性,本文基于二阶Stokes波浪理论,采用了更为光滑的变截面沙坝模型,通过流体体积法捕捉自由液面,对离岸流进行三维数值模拟探究。本文重点分析了离岸流产生时流场的瞬时速度、时均速度、压强等不同参量的分布规律,结果显示在沙坝和海岸线之间,有一对方向相反的水循环体系;对比不同流层离岸流的速度,了解到波浪与离岸流的耦合作用;并探究了入射波波高对离岸流强度及分布区域的影响,深化了对离岸流水动力学过程的认识。     

基于TerraSAR-X卫星数据的内孤立波参数和海表流速信息提取的探索研究

本文利用TerraSAR-X(TSX)卫星于2010年4月22日在南海东沙岛附近海域获取的数据进行海洋内孤立波动力要素和海表流速信息的提取研究。基于TSX数据的后向散射强度信息,利用经验模态分解法得到内孤立波半波宽度,再利用两层模型法和参数化法计算得到内孤立波振幅和相速度。反演结果显示,利用参数化方法得到的振幅(约21~39 m)和两层模型法得到的相速度(约1.07 m/s)与历史实测资料较为一致。进而利用TSX的顺轨干涉数据获取研究海域内的多普勒速度,再分别采用M4S模型法和直接分离法处理,进而提取海表流速。结果显示,两种方法得到的海表流速的全场平均值较为一致,均为1.10 m/s左右。M4S模型法对流速最大值的改变量较大而直接分离法对流速最小值的改变量较大。M4S模型对内孤立波波峰线区域海表流速的修正大于无内孤立波的海域。最后,基于KdV方程计算得到内孤立波引起的表面流的流速约为0.28 m/s,对反演出的海表流速贡献占比23%。     

2-D Current Field Numerical Simulation Integrating Yangtze Estuary with Hangzhou Bay

—In this paper,integrating the Yangtze Estuary with the Hangzhou Bay,a 2-D velocity fieldmodel is established.In the model,fine self-adaptive grids are employed to adapt to the complicated coast-al shape.The hydrodynamic equations satisfied by two contravariant components of velocity vector andsurface elevation in non-orthogonal curvilinear coordinates are used.In each momentum equation thecoefficients before the two partial derivatives of surface elevation with respect to variables of alternative di-rection coordinates have different orders of magnitude,i.e.,the derivative with the larger coefficient mayplay a more important role than that with the smaller one.With this advantage,the ADI scheme can beeasily employed.The hydrodynamic factors include tidal current,river runoff and wind-induced current.In terms of tidal current,seven main constituents in the area are considered in the open boundaries.Theverifications of surface elevation process and current velocity process in the spring tide and in the n     

The study on a new technology of waterway information system

It is a lot limitations to survey and design waterway by the CAD technique,due to timely variation of hydrology and ecology in the complicated estuary area,such as Changjing River estuary.In this paper,the advantages of GIS technique is applied to manage and process the multi kind,multi scale and multi time hydrographic parameters,including water depth,current velocity,tidal,waves,wind speed,temperature and salinity etc.,also to deal with different projection,different scale charts.Meanwhile,in the paper,combination techniques of GIS and CAD has been developed for unification of the charts for efficient management,two-way automatic carts conversion between GIS and CAD,automatic cutting and assemble of a number of Charts,flight path of the projection of spatial data and coordinate transformation.This new technique has been applied to survey and design waterway of Changing River estuary.The result shows that the combination technology of GIS and CAD has application potentiality in the waterway survey and design.     

台湾海峡三维风海流的数值模拟

本文利用POM模式模拟了季风在台湾海峡引起的风海流以及三维流场结构。在冬季和夏季两种条件下，得出了季风引起的水位变化和三维流场结构。结果显示在冬季季风的作用下，海峡的东部北部发生减水而西南部产生增水；在夏季海峡北部产生增水而东南部和西南部产生减水，在科氏力的作用下，风海流表层流向偏于风向右侧。风海流在20m处形成的流场和底层流场本文也给出了模拟结果。流速的艾克曼螺线显示；该海域的流速并不随水深加大而一致减小，而是先减小至一定深度再稍微增大，然后继结衰减而零。     

不规则波作用下沿岸流流速分布规律分析

基于MIKE21 PMS,对1/10、1/20、1/40、1/100四种不同坡度地形下不规则波浪产生的沿岸流进行数值模拟。将模拟得到的流速随着离开静水岸线距离的变化曲线进行无量纲化处理,并选用高斯分布函数对流速曲线进行拟合,进而得到高斯分布函数中流速最大值与其出现位置以及流速分布宽度等参数随着入射波浪要素和地形坡度的变化关系。研究结果表明,文中给出的高斯分布函数适用于描述不规则波浪作用生成的沿岸流流速分布规律。     

荣喜近岸区波流耦合作用下的流场模拟

一方面将波浪对底部剪切应力、表面拖曳力系数,辐射应力以及表面混合长度的影响引入至COHERENS.另一方面又将水动力模型COHERENS和第三代波浪模型SWAN耦合,使两模型能够随时互相交换水流、水位以及波浪信息,最终获得波流耦合模型COHERENS-SWAN并将其应用于荣喜近岸区波流共同存在情况下的波流作用模拟研究.计算所得的流速、流向和水位与实测数据吻合较好.     

潮流能水轮机仿真及尾流场分析

为了研究潮流能水轮机尾流场的变化规律,本文在水平轴水轮机现有理论基础上,采用计算流体力学技术建立了数值模型,计算了水轮机的功率特性,进行了网格独立性验证,比较了模型中旋转区域不同对结果的影响。仿真结果与试验结果进行了对比分析,验证了数值模型的有效性。研究了全工况下尾流场速度衰减随尖速比和距离变化的规律,结果显示在小尖速比下尾流场速度恢复情况相对大尖速比下较好;靠近水轮机轮毂中心线位置处,衰减相对较大。研究建议水轮机在同等功率表现下尽量选择在小尖速比下工作,水轮机组在实际排列时避免采用成列布置,水轮机设计阶段应综合考虑功率特性和尾流场衰减。本文研究内容可以为潮流能水轮机的研究以及阵列式应用提供参考。     

A Study of Eddy Viscosity Coefficient in Numerical Tidal Simulation

Based on the fluid motion equations, the physical meaning of eddy viscosity coefficient and the rationality of the Boussinesq hypothesis are discussed in this paper. The effect of the coefficient on numerical stability is analyzed briefly. A semi-enclosed rectangular sea area, with an orthogonal spur dike, is applied in a 2-D numerical model to study the effect of horizontal eddy viscosity coefficient (AH). The computed result shows that AH has little influence on the tidal level and averaged flow velocity, but has obvious influence on the intensity and the range of return flow around near the spur dike. Correspondingly, a wind-driven current pool and an annular current are applied in a 3-D numerical model respectively to study the effect of vertical eddy viscosity coefficient (Av). The computed result shows that the absolute value of Av is inversely proportional to that of horizontal velocity, and the vertical gradient value of Av determines the vertical distribution of horizontal velocity. The distrib     

舟山绿色石化三维潮流特性数值研究

本文基于MIKE3平台建立宁波、舟山及其附近海域三维水动力模型,通过与实测数据进行潮流验证的基础上,对比了三维模型与二维模型的区别,并主要对舟山绿色石化三期围垦工程实施前后周边潮流场的变化影响进行了预测分析。结果表明:（1）同样的初始条件下,二维模型和三维模型的潮位和潮流验证结果都是良好的,而在某些情况下二维数值结果更接近于实测值;（2）三维垂向上的流速分布呈现出随水深增加而减小的趋势,总体上潮流拟合效果较好,其中0.6H水深以下的流速相对误差结果在10%～15%之间,考虑模型可能受未考虑风场和波浪影响的缘故,局部测站表层计算流速较实测值稍大;而垂向上的流向分布近乎一致;（3）围垦工程前后并未对工程周边潮流场有明显影响,仅在大鱼山岛东北侧、东南侧和西北角受“截弯取直”和小岛屿间水道围堵的影响,有局部潮流形态的改变。整体上看,以顺应岸线方向上的围垦工程布置方案会对局部近岸潮流产生影响,对外海大范围潮流场的影响几乎不计。     

海底峡谷内浊流流动与沉积特征数值模拟研究

数值模拟已成为研究海底浊流的重要方式,开展海底浊流的流动与沉积特征的数值模拟,对深水沉积体系特征研究、海底工程设施稳定性评价以及深海油气勘探均具有重要意义。本文基于不可压缩流体Navier-Stokes方程与湍流k-ε模型构建了浊流数值计算模型,设定不同粒径、速度与悬浮颗粒物浓度等初始条件,模拟并分析了单粒径悬浮颗粒驱动的持续入流的海底浊流沿海底连续坡折带的流动过程及沉积特征。模拟结果显示,浊流在斜坡段处于加速状态,水平段流速骤减并逐渐沉积,且浊流在小坡度的加速不改变浊流的沉积趋势。浊流由于环境水体的夹带效应逐渐增厚,且浊流头部形态与流动特征与实测资料吻合良好。本文另对多频次持续入流浊流进行了模拟,并将模拟结果与实测地层沉积特征对比,结果显示,多频次持续入流的海底浊流在纵向上可能会形成多个不连续鲍玛层序的叠积。     

A Bingham-plastic model for fluid mud transport under waves and currents

Simplified equations of fluid mud motion, which is described as Bingham-Plastic model under waves and currents, are presented by order analysis. The simplified equations are non-linear ordinary differential equations which are solved by hybrid numerical-analytical technique. As the computational cost is very low, the effects of wave current parameters and fluid mud properties on the transportation velocity of the fluid mud are studied systematically. It is found that the fluid mud can move toward one direction even if the shear stress acting on the fluid mud bed is much smaller than the fluid mud yield stress under the condition of wave and current coexistence. Experiments of the fluid mud motion under current with fluctuation water surface are carried out. The fluid mud transportation velocity predicted by the presented mathematical model can roughly match that measured in experiments.     

潮流、风暴潮耦合模型推算珠江口海域极值流速

分别采用模式气压场及模式台风场计算气压分布及风速分布,采用地形拟合的sigma坐标水动力方程组及紊流方程建立了潮流、风暴潮耦合模型。三维水动力方程组通过分裂算子法与Casulli半隐式差分格式直接求解。在珠江口的极值流速计算中,先进行了南海北部的潮流、风暴潮耦合模拟,模拟水位与实测值符合较好。以六区域模拟结果为边界,采用嵌套网格方法,在珠江口进行了高分辨率的潮流、风暴潮耦合模拟。选用1968～1999年共65个影响工程区域的台风过程,计算出珠江口的海域年极值流速序列,分析了该海域多年一遇的极值流速分布。     

The electromagnetic method and horizontal sections in the velocity field

In this paper a modified electromagnetic current meter (ECM) is presented which, in contrast to the old model, permits us to perform continuous measurements of the velocity field and to acquire the data immediately in a vector form at one direction of towing of the device. To prove that the new current meter can be produced, the relationship between the recorded electric signal and the velocity field, with two transducers being towed across the areas of variable currents, is examined. Analysis of the errors allows a deduction regarding possible utilization of the modified ECM to study the horizontal variability of the current velocity field practically without any restrictions in the deep sea and with some restrictions in the continental shelf zone.Translated by V. Puchkin.     

一种计算斜坡处海流的诊断模式

本文提出一种考虑底斜效应,适合斜坡处海流诊断计算的模式,并且分别计算了日本以南黑潮区部分测线和对马暖流流源区的流速。其结果与实测符合较好。     

浅水潮波模式变分同化共轭码技术研究

以浅水潮波模式为例，详细讨论了共轭码技术的使用方法以及代码检验，并建立了海洋浅水模式的共轭模式。利用浅水潮波模式及其共轭模式进行了流速和水位的初始场优化试验。试验结果表明，初始场优化对于潮波系统数值模拟具有重要的作用，同时也说明利用共轭码技术可以有效地设计共轭模式，进行各种同化试验研究，显示了共轭码技术的诸多优点。     

基于LIC的海流动态模拟与可视化

线积分卷积(LIC)方法是一种针对矢量场数据的可视化技术,本文主要研究了LIC方法应用于海洋流场的可视化质量改进问题。主要包括以下几点改进:根据海流运动方向改变稀疏背景噪声的指向以使流线变得更加细长明亮;针对稀疏噪声中海流变化剧烈的区域流线会出现分叉的问题,采用忽略稀疏背景噪声流线追踪时非主流线部分的纹理点的积分计算方法来解决此问题,同时可以省去不必要纹理点的积分计算的开支,加快显示速度;采用赋予海流随机的初始相位的方法来解决稀疏噪声循环动画突兀的问题;通过流线的运动速度快慢或者流线的颜色来表示海流速度大小;通过对海流数据进行插值并改善边界流线追踪条件的方法可形成完整细致的全球海流图像。实验结果表明,该方法可以生成纹理对比强烈、细节清晰、动画连贯的高质量海流运动图像,具有良好的可视化效果。     

港珠澳大桥青州航道桥桥墩基础冲刷试验研究

桥墩基础冲刷是桥梁毁坏的重要因素,是桥梁基础设计的关键指标之一。目前国内外对于桥墩基础在复杂动力条件下冲刷深度的研究常采用物理模型试验方法,利用正态系列模型方法,在波流水槽中研究了水流、潮流和波流共同作用下青州航道桥索塔基础周围流态变化和局部冲刷特征。研究结果表明,桥墩最大冲刷深度和冲淤范围与水流流速、桥墩轴线与水流夹角和波浪等因素有关;在潮流最大流速和恒定流流速一致情况下,桥墩局部冲刷深度达到平衡后,将会达到与恒定流基本一致的最大冲深;波流共同作用下的最大冲刷深度比恒定流增加10%左右。设计桥墩形状在100年一遇水流和波浪共同作用下桥墩基础局部最大冲刷深度为13.7 m。