礁面大糙率存在下孤立波传播变形及爬高实验研究

本文采用圆柱体阵列来模拟珊瑚礁面的大糙率,通过波浪水槽实验研究礁面糙率对孤立波传播变形及岸滩爬高的影响.结果表明,粗糙礁面的存在显著削弱了礁坪上孤立波的首峰和礁后岸滩反射造成的次峰,同时降低了波浪在珊瑚礁面的传播速度;垂直于岸线方向沿礁相对波高随着入射波增大而减小,随着礁坪水深的增大而增大,粗糙礁面上波高沿礁的衰减更为...     

采掘坑位置对珊瑚礁海岸波浪传播变形影响试验

为研究珊瑚礁坪上采掘坑位置变化对珊瑚礁海岸波浪传播变形的影响, 本文通过物理模型试验测试了采掘坑在不同位置和无坑情况下一系列不规则波工况的波浪特征。结果表明, 随着采掘坑位置朝岸线附近移动直至无坑时, 岸线附近的短波波高逐渐减小; 采掘坑的存在减弱了岸线附近的低频长波波高, 当采掘坑位于岸线附近时, 长波波高还受到局部水深增加的影响而进一步减弱。采掘坑从礁缘移动至岸线附近直到无坑时, 岸线附近的增水逐渐增大, 这种趋势在礁坪水深较大时更为明显。通过相干函数分析, 证明了礁坪上低频长波是由于短波群破碎点的移动而产生, 采掘坑位置的变化对低频长波的产生无明显影响; 通过传递函数分析, 验证了礁坪上的低频长波存在一阶共振放大效应, 采掘坑的存在减弱了这种放大效应, 当坑位于礁坪中间和岸线附近时, 这种减弱效应更为显著。     

礁冠宽度对珊瑚礁坪波浪增水影响的实验研究

通过物理模型实验研究岸礁礁冠宽度变化对礁坪上波浪增水的影响,实验采用概化的岸礁和梯形礁冠模型,在一系列规则波工况下分别测试5种不同宽度的礁冠以及无礁冠模型。实验结果表明:礁冠宽度越大,波浪破碎造成的能量衰减越剧烈;礁冠的存在使礁坪上的波浪增水增大,且礁冠宽度越大,增水值越大;增水随礁冠水深的增大而减小,并引入了一对无量纲参数合理地描述了入射波波要素对增水的影响;运用文献中基于能量守恒的理论模型进一步研究了礁冠宽度对增水的影响,并给出模型中的礁形参数与实测的礁冠相对宽度间的经验关系式;通过分析同一礁冠水深控制下,相对增水随着礁冠相对宽度的变化趋势,发现只有在礁冠充分宽的情况下礁冠水深才是控制礁坪上增水的主要因素。     

1973—2020年洞庭湖水温演变特征

表层水温是影响湖泊水生生态系统的关键因素,研究其对气候变化的响应过程及机制是评估湖泊生态环境可持续发展的重要切入点。本文针对水温的长期演变趋势问题,基于实测水文气象数据,采用Air2water数据驱动模型重构洞庭湖长序列水温资料,研究湖泊表层水温在气象条件驱动下的演变特征,为湖泊生态环境监测、水安全保障和综合治理等提供理论依据。主要结论有：（1）尽管Air2water数据驱动模型以常微分方程的简化形式概化湖泊热力学过程,但可较准确地反演水温的变化趋势。根据长序列实测气温资料重构的1973 2020年洞庭湖日均水温序列具有较高的可信度。（2）1973 2020年,洞庭湖水温年内变化具有显著的上升期和下降期,且降温过程较升温快。在气候变暖背景下,年均水温呈现持续的波动性上升趋势,且1996年发生突变后上升趋势更为显著,其中城陵矶站和南咀站年均水温的上升率分别达到0.20和0.16℃/10 a。1996年洞庭湖流域的突变式增温主要是由冷季的显著增暖过程驱动。（3）采用广义单位线法建立水温气温之间的耦合关系,水温随气温上升的速率先增大至极大值后逐渐减缓。1996年水温发生突变后,水温随气温的变...     

潮汐流影响下珊瑚岛礁附近波浪传播变形和增水试验

为揭示潮汐流影响下珊瑚岛礁附近波浪的运动特征,通过波流水槽试验对潮汐流存在下规则波的传播变形和增水规律进行了研究,测试了一系列的潮汐流流量并对比正向流、反向流以及无流的情况。研究结果表明:反向流使波浪破碎点向远海侧移动,正向流则使其向海岸侧移动,反向流存在时破碎带内的湍流较正向流时更为剧烈;反向流时破碎点附近入射波能量由主频波向高次谐波发生转移更为显著;潮汐流的存在对波浪反射、透射和能量耗散并无明显影响;正向流造成礁坪上波浪增水减少,反向流则促进增水的增长,增水最大值与潮汐流流量间存在显著的线性关系。研究成果可望为岛礁工程的建设和维护提供一定的理论参考。     

人工采掘坑影响下珊瑚礁海岸波浪传播变形试验

基于礁坪上高分辨率的波浪测量,通过波浪水槽试验分析了短波、低频长波、平均水位、波形参数和非线性参数的沿礁变化规律,重点探讨礁坪中部存在人工采掘坑对上述波浪传播变形特征的影响,并与无坑的情况进行对比.研究表明:当人工采掘坑存在时,短波波高在坑前和坑内分别增大和减小,在礁后岸滩附近却无显著变化;低频长波波高在坑附近变化不大...     

波流共同作用下珊瑚礁冠层附近平均流分布及阻力特性试验

本文通过物理模型试验研究了波流共同作用下珊瑚礁冠层附近平均流的分布特征以及阻力特性,分析了典型波浪工况下无潮流、正向潮流和反向潮流分别作用下平均流速、摩阻流速、阻力系数的沿礁变化规律。结果表明：无潮流时礁前斜坡及外礁坪上存在海底回流且在礁缘附近回流最强,在礁坪上冠层附近平均流表现为向岸流,且该流沿礁向海岸方向持续增大。相较于无潮流时,正向潮流作用下冠层内外均为向岸流,在礁坪上冠层内外的向岸流显著增大;反向潮流作用下冠层内外均为离岸流且在礁缘处达到最大,该离岸流在礁坪上逐渐减小然后趋于稳定。无潮流时礁坪上摩阻流速呈小幅波动;相较于无潮流时,正向潮流、反向潮流影响下礁坪上摩阻流速显著增大,其中正向潮流影响下增幅更大;无潮流时礁坪上水力粗糙度沿礁减小,正向潮流和反向潮流影响下水力粗糙度普遍有幅度不等的增加。三种工况下礁坪上的阻力系数均沿礁整体呈下降趋势,相较于无潮流时,正向潮流和反向潮流影响下礁坪上的阻力系数显著增大,且正向潮流作用时增幅更大。     

粗糙珊瑚岸礁礁面附近波浪增水实验研究

通过在波浪水槽中采用概化的珊瑚岸礁物理模型来研究珊瑚礁海岸附近波浪增水的变化规律,包括平均自由表面的沿礁变化以及礁坪上的最大增水值。物理模型实验分别测试了不同礁面糙率密度影响下的一系列不规则波工况。结果分析表明:礁面粗糙时礁坪上的透射波高和最大增水值均相对于礁面光滑时减小;通过两个无量纲参数分析表明光滑礁面时,礁坪上最大增水随波要素的变化规律与此前研究数据基本吻合,前人研究推荐的无量纲数■和■需考虑礁面粗糙度的影响;礁面粗糙程度不同时,礁坪上的透射波高随礁面糙率密度的增大而减小,礁坪上的最大波浪增水则随之增大;最后通过沿水深积分对波浪求平均的水平一维动量方程解释了本实验的观测现象。     

基于RANS方程的桩式U-OWC装置波浪荷载分析

使用OpenFOAM建立基于雷诺时均N-S方程和SST k-ω湍流模型的三维数值水槽,对桩式U-OWC装置在不同周期和波高的正向入射规则波作用下的受力情况进行分析。首先将数模结果与物理试验结果进行对比验证校核,然后通过数值模拟对装置的受力情况进行了分析,分别研究了作用在装置上作用力和倾覆力矩特点,装置上作用力和倾覆力矩随周期和波高的变化情况,以及装置稳定性极小状态。研究表明,装置所受到波向力、垂向力相比侧向力数值较大,对倾覆力矩起决定性作用。对装置上作用力和倾覆力矩进行无量纲分析,进一步发现在测试工况范围内,装置所受到的3个方向作用力中侧向力随周期变化不明显,明确了装置前的波浪爬高对装置波浪荷载和力矩的影响,并针对U-OWC模型特点和具体工况应用一个波浪爬高经验公式,获得了较好效果。     

珊瑚礁冠层水动力学问题研究综述

珊瑚礁冠层水动力学的研究不仅对维护珊瑚礁生态系统的健康以及生态修复具有指导意义,还能为在台风浪等极端波浪影响下的海岸带防灾减灾提供决策依据,也对预测珊瑚礁上的泥沙输运和珊瑚礁海岸线演变具有重要的参考价值。本文回顾了珊瑚礁冠层水动力学的研究现状,从冠层内外流动特性、冠层阻力特性及冠层阻力的模拟方法 3个方面对当前该领域的研究进展进行了系统的综述,并提出未来冠层内外流动特性的研究可关注更复杂的波浪或波流共同作用下的水动力特性,冠层阻力特性应充分考虑冠层骨架结构的各向异性,冠层阻力的模拟可采用直接求解基于Navier-Stokes方程来复现冠层尺度下的精细化流场。