Hydrodynamic Tidal Model of the Persian Gulf Based on Spatially Variable Bed Friction Coefficient

The aim of this study is to develop a two-dimensional hydrodynamic tidal model for the Persian Gulf (PG2017) using 2D-MIKE21 software. The advantages of present study is accounting for the spatial variation of bed friction coefficient besides a precise bathymetry together with a 23-year of combined records of satellite altimetry data. We found that the bed friction coefficient has a significant effect on sea level changes in the region under our modeling consideration. Since the tidal behavior in the northern part of the Qeshm Island is significantly different from the other parts of the Persian Gulf, to present a more accurate hydrodynamic tidal model, the Gulf is divided into two regions where the bed friction coefficient is modeled separately for each region. The root mean square value of the differences between the amplitude of dominant constituents; M2, S2, K1, and O1 derived from the PG2017 model and that of 98 altimetry and coastal tide gauge stations are respectively equal to 1.6, 1.9, 2.8, and 1.3?cm. Moreover, comparing the PG2017 model efficiency with the FES2014, OSU12, EOT11a, DTU10, and Admiralty models shows that the PG2017 model has an improvement of 22.1%, 47.2%, 43.2%, 44.2%, and 57.6% in terms of relative error, respectively.     

跨海大桥建设对胶州湾北部冬季结冰现象的影响

本文利用台站观测、卫星遥感以及专项调查等多种数据,综合分析了近年来胶州湾典型水文气象要素的变化特征及建桥前后水动力环境等的变化对冬季冰情的影响。结果显示,建桥以来冰情较重的年份冬季气温和年最低气温均处于近30年的低位,重冰期与年最低气温时段相吻合,且以跨海大桥为界,北部海湾结冰现象严重,而南部几乎无结冰。基于区域海洋水动力模型(ECOM)的模拟结果显示,跨海大桥建设可以从几个方面影响胶州湾北部海冰的生消,即大桥建设使胶州湾尤其是大桥北侧的水动力环境弱化,落潮时桥北侧水体堆积,涨潮时桥北侧向陆一侧水位减小;大桥对桥位南北1.5 km周围涨、落潮流场产生影响;流场的变化又使得悬浮物对流扩散和沉积物输运发生改变,大桥北侧局部区域水深变浅。     

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。     

南沙群岛珊瑚礁砾洲地貌特征

通过对南沙群岛永暑礁、西门礁和安达礁3个砾洲的现场调查,基于理论最低潮面和平均海面分别计算了砾洲的可能分布范围和平均出露范围,获得了砾洲的地形地貌特征。3个砾洲均为向西北凸出的弧形,呈北东-南西向展布。永暑礁和西门礁砾洲周边地势较高,中部相对低洼,分布有多条砾脊,边缘向海侧主砾脊高度最大,内部多条较低的次砾脊相交于主砾脊并汇聚于砾洲东部;安达礁砾洲则中部凸起地势较高,周边较低,无多重砾脊分布。推断砾洲的发育由最初珊瑚枝块堆积于中部形成凸起,逐渐向北东和南西两侧以砾脊形式扩展,最终形成砾洲由内向外的洼地-砾脊-砾滩的地貌分带模式。砾洲的地形地貌特征表明,南沙群岛砾洲的发育主要受北东-南西向水动力条件季节性交替的控制,反映了南海海区盛行季风的影响。南沙群岛珊瑚礁砾洲的地貌特征为深入研究南海珊瑚礁灰沙岛地貌发育演化及动力机制提供了基础数据。     

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。     

基于UDF的水平轴潮流能水轮机被动旋转水动力性能研究

针对水平轴潮流能水轮机被动旋转问题,基于Fluent 17.0,运用UDF(User Defined Function)控制滑移网格对网格进行动态调整,仿真研究水轮机在不同安放角下被动旋转的水动力特性。通过仿真分析,结果表明:潮流能水轮机随着叶片安放角度的增加,尖速比、输出功率、捕能系数都是先增大后减小,叶片安放角为6°时,叶轮前后速度差最大,对潮流能利用充分,且各项性能均达到最佳;通过分析叶片受力,叶尖叶素在安放角为2°时阻力最大,3°时升力最大,升阻比在6°时最大,此时叶尖叶素升阻比C_L/C_D=6.27、攻角α=3.06°。由仿真结果可知水平轴潮流能叶轮的自启动过程由5个阶段组成,即加速度增大的加速运动段—加速度减小的加速运动段—加速度反向增大的减速运动段—加速度反向减小的减速运动段—稳定运行段,这对潮流能水轮机的设计具有重要的指导意义。     

罗斯海西北陆架(JOIDES海槽)末次冰期以来冰架消融过程及水动力变化

罗斯冰架的消融过程对全球气候和大洋环流的变化都有重要影响。通过分析罗斯海西北陆架上中国第31次南极考察所采集的ANT31-JB06岩心重建末次冰期以来罗斯冰架的消融历史。通过AMS14C测年,建立了该岩心的地层年代框架,其沉积物被划分为末次冰期(36.6 ka)以来到全新世的沉积序列,并对该岩心进行了粗组分含量分析、粒度组成及其端元模拟的综合研究。该岩心的粒度端元分析结果显示,峰态中值为15.1和18.9 μm的组分端元的变化可分别代表弱和强水动力环境,而峰态中值为63.4和234.1 μm的组分端元的变化可分别代表海冰和冰山搬运等沉积动力的变化。末次冰期罗斯冰架在研究站位并未触底,在27~21 ka左右增长到最大位置,可能已经到达该岩心所在的位置。罗斯冰架在21 ka左右开始退离JOIDES海槽,在AIM 1暖期(17~14 ka)大规模崩塌消退;而在南极冷反转ACR时期(14~12 ka)罗斯冰架消退缓慢;ACR之后冰架继续崩塌直到全新世中期,在5 ka左右罗斯冰架基本达到稳定状态。该处水动力在冷气候时期较强,在暖气候时期较弱,可能是气候较冷时结冰过程形成的盐度较大的水下沉到底部促进了上下水体交换,使得沉积界面的水动力相对也比较强,沉降下来的颗粒相对偏粗。     

Experimental Investigation and Numerical Analysis to Develop Low-Energy Large-Midwater Trawls

Fuel consumption in fisheries is a primary concern because of its effects on the environment and the costs incurred by fishermen. Many studies have been conducted to reduce the fuel consumption in fishing operations. Fuel consumption due to fishing gear during a fishing operation is generally related to the hydrodynamic resistance on the gear. This means that fuel consumption is proportional to the drag created by the towing speed. Based on numerical methods, this study suggests a new approach to reduce fuel consumption in fisheries. The results of the simulation are in good agreement with those of model experiments. The total as well as partial resistance forces on the gear are calculated by simulation. The simulation results suggest improved materials and gear structure for reducing the hydrodynamic forces on the gear while maintaining gear performance. The method for assessing the gear performance involves measuring the height and width of the net mouth. Furthermore, this study investigates the efficiency of a low-energy trawl from an economic point of view. The findings of this study will be useful in reducing greenhouse gas (GHG) emissions in fishing operations, and thereby contribute toward lowering fishing costs by saving fuel.     

长江口表层沉积物矿物磁性分区特征及其沉积环境指示意义

本研究旨在揭示现代长江口不同沉积环境铁磁性矿物的分布差异,寻找有效识别河口-陆架沉积环境的磁学指标,以便更好地将环境磁学应用于河口古环境研究。在长江口及邻近陆架的6个沉积环境:汊道、拦门沙、三角洲前缘斜坡、前三角洲、前三角洲-陆架过渡区和残留砂区,采集表层沉积物样品,进行粒度和磁性测量。结果显示,χ和SIRM在汊道和拦门沙呈现显著高值,HIRM、χfd%、χARM、χARM/χ和χARM/SIRM在前三角洲和前缘斜坡呈现显著高值,反映了陆源物质输运距离和河口沉积动力对磁性矿物分布的控制作用。因此,参数组合HIRM、χARM、χARM/χ和χARM/SIRM可用于识别全新世地层前缘斜坡和前三角洲-陆架;参数组合χ、SIRM和S-20mT可尝试用于识别汊道和拦门沙环境。     

“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。