工程养护海滩对"803"风暴潮的响应过程研究

研究养护海滩对风暴潮的响应过程在人工养滩工程设计与施工中具有重要意义。老龙头养护海滩在竣工半个月后遭遇“803”风暴潮,导致岸滩滩肩最大蚀退 6.5 m,沙坝坝顶最大下蚀 1.2 m。在现场测量的基础上,利用 XBeach 建立风暴潮过程 的老龙头海滩海床演变模型,研究结果表明： （1） XBeach 模拟结果与实际地形变化侵淤趋势一致,风暴潮期间人工沙坝均向岸移动,但模拟结果的侵蚀程度更大,海滩响应更加剧烈; （2） 强浪条件下人工沙坝的透射系数为 0.29~0.42,常浪条件下透射系数为 0.45~0.95,因而人工沙坝在大浪条件下掩护作用更佳; （3） 风暴潮期间人工沙坝附近破波显著,坝顶流速明显增大,最大可达 1.21 m/s,是无人工沙坝情况下的 2.3 倍,而在人工沙坝向岸侧,因波能提前耗散,流速减为 0.28 m/s,是无人工沙坝时的 0.4 倍,且没有产生离岸流。老龙头养护工程整体泥沙损失较少,易于恢复.     

天然气水合物赋存区甲烷渗漏活动的地球化学响应特征

综述了天然气水合物赋存区甲烷渗漏活动的地球化学响应指标的研究进展,分析了应用单一指标识别甲烷渗漏活动各自所存在的问题,包括浅表层沉积物孔隙水中CH_4、SO_4~(2–)、Cl~–等离子浓度随深度的变化;浅层沉积物全岩W_(TOC)(W表示质量分数,TOC表示总有机碳)和W_(TS)(TS表示总硫)之间的相关性及比值;自生碳酸盐岩δ~(13)C和δ~(18)O;自生矿物重晶石、黄铁矿、自生石膏的δ~(34)S;有孔虫壳体和生物标志化合物的δ~(13)C等。结果表明孔隙水中的CH_4、SO4_~(2–)浓度及溶解无机碳的碳同位素组成可以用来识别目前正在发生的甲烷渗漏活动;而沉积物中的WTS、自生矿物的δ~(34)S、钡含量及其异常峰值和生物标志化合物的δ~(13)C等指标的联合使用可以更真实准确地反映地质历史时期天然气水合物赋存区的甲烷渗漏活动。因此,在实际研究过程中,可将孔隙水和沉积物两种介质的多种指标相结合。随着非传统稳定同位素(Fe、Ca、Mg等)和沉积物氧化还原敏感元素(Mo、V、U等)等研究的发展,甲烷渗漏活动地球化学响应指标的研究也将得到拓展,而多种地球化学指标的联合使用将为天然气水合物勘探及其形成分解过程识别研究提供重要的科学依据。     

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。     

台风“海马”对吕宋海峡附近暖涡的影响及其动力机制

台风和海洋涡旋相互作用,对台风路径和强度的预报和预警具有重要的意义。本文根据2016年第22号超强台风"海马"登陆前后在吕宋海峡附近海域的水文要素现场观测,结合卫星遥感资料,分析了台风过境前后位于吕宋海峡北部的中尺度暖涡内海洋物理要素的分布及其对台风的响应特征。结果表明,处于台风边缘的暖涡并没有因为台风过境产生的强冷抽吸作用而被削弱;反而因台风边缘产生的较强的负风应力旋度异常,导致此区域上层暖海水辐聚下沉、混合层厚度增加,从而增强了该暖涡。台风过境前后,暖涡内热含量的变化也证实了该涡旋的增强。而离台风中心较近的暖涡,则受到强的正风应力旋度产生的冷抽吸作用而被削弱。此次观测研究丰富了台风和涡旋的相互作用物理机制探索,为台风预测预警提供了现场观测数据支持。     

畸形波作用下四立柱张力腿平台动力响应研究

介绍了畸形波生成的方法并对各种线性合成畸形波的效率进行了对比。选用改进的随机波加瞬态波的方法模拟强非线性波———"新年波"的波形。采用微元法对张力腿平台的立柱和浮筒进行离散,编制程序对张力腿平台在强非线性波作用下的耦合动力响应进行了数值模拟,重点比较分析了张力腿平台在随机波及畸形波中所受波浪力、平台动力响应、系泊系统张力特性及浪向角对平台运动的影响。研究表明:在"新年波"作用下,0°浪向时,平台在x和z方向所受波浪力较随机波增长了约1/4,纵荡、垂荡及纵摇响应值分别增加了33%,38%和12%,张力腿张力幅值增加约20%,位于平台四角的张力腿张力有所差异,相邻两根张力腿的张力差别不大,浪向角对平台运动响应、张力腿张力的影响畸形波大于随机波的作用。为今后考虑强非线性波浪影响时张力腿平台的设计提供了借鉴和参考。     

两类La Nia季节演变过程的海气耦合特征对比

利用1951—2010年逐月的HadISST海表温度资料、SODA次表层海温资料和NCEP/NCAR再分析资料等,对比分析了东太平洋(EP型)La Nia和中太平洋(CP型)La Nia的海气耦合特征在季节演变过程中的差异。EP La Nia海表温度异常中心在发展年夏季出现于南美沿岸,随后向西移动,盛期最大海表温度异常中心位于赤道东太平洋,而CP La Nia海温异常中心少动,基本维持在160°W附近,其强度更强,持续时间更长。受海温分布形态影响,热带大气对两类La Nia的响应非常不同,成熟期间CP型在中太平洋偏旱的强度和范围比EP型大,且略偏西。发展年夏、秋季,北半球位势高度响应较弱;冬季,负PNA位相易伴随两类La Nia出现,但异常活动中心的位置和强度不同,在北大西洋其大气响应几乎相反,这些差异会引起显著不同的区域气候异常。     

深水立管设计标准中内波作用的分析与探讨

深水立管的设计、建造以及安装都必须依据相关规范进行,中国当前尚未出台专门针对立管设计的相关标准,现阶段还是以参考国外规范为主。本文首先对立管设计、安装中涉及的相关规范和工业标准进行介绍,论述当前国外API、ABS和DNV设计规范中关于深水立管环境条件及其载荷的相关规定,然后针对中国南海等海域普遍存在的内波现象,分析了内波尤其是内孤立波对顶张力立管的影响,结果表明,内孤立波会引起立管较大的位移以及较高的应力幅值,需要在设计分析中加以考虑。最后对中国在引入API、ABS和DNV等相关规范设计深水立管时提出相应的建议,以期为南海海域油气开发中立管的设计提供参考。     

深水钻井隔水管紧急脱离后的反冲响应

深水钻井中,在恶劣海况或浮式平台定位失效等情况下,需紧急断开隔水管与水下防喷器的连接。隔水管突然脱离后会加速向上反冲,如果反冲作用控制不当,可能威胁钻井平台、隔水管体和水下井口的安全。介绍了国外隔水管紧急脱离与反冲响应的研究情况,分析了隔水管紧急脱离的原因与程序、脱离后的反冲过程、反冲控制方式和成功脱离标准、反冲响应的分析方法。建议:由于南海深水海况复杂,作业者需制定紧急脱离的预案和作业规程,并进行紧急脱离操作培训;由于隔水管紧急脱离后的反冲响应涉及多个非线性瞬态过程,研究者应该开展隔水管紧急脱离测试和反冲响应模拟计算,开发隔水管反冲响应分析软件。     

移植操作胁迫对天鹅湖大叶藻存活、生长及光合色素含量的影响

2009年4月利用植株枚订移植法在山东荣成天鹅湖海域开展大叶藻植株移植,于5~10月监测移植大叶藻植株的存活率,并逐月采集自然和移植大叶藻植株,比较了植株生长、叶绿素含量和类胡萝卜素含量的变化,分析了移植操作胁迫对大叶藻存活、生长、叶绿素含量和类胡萝卜素含量的影响。结果显示,移植后1~2个月,移植植株的平均成活率较高,至移植后4个月,平均成活率降至57.8%,之后保持稳定。移植后6个月内,叶长移植植株均极显著低于自然植株;根长和茎节长在移植后1个月时移植植株显著低于自然植株,移植2个月后与自然植株无明显差异,甚至显著高于自然植株;叶绿素含量和类胡萝卜素含量在移植后1个月时移植植株显著低于自然植株,移植2个月后则与天然植株无明显不同,甚至显著高于自然植株,但10月份移植植株的叶绿素含量明显下降。结果表明,移植操作对大叶藻植株的地上部分产生了严重的胁迫作用和较长的胁迫时间,而移植植株的地下部分及叶片叶绿素和类胡萝卜素在经过短期胁迫后,能够通过自身的补偿机制分别实现快速生长和显著增加,从而利于植株的扎根、固着和提高植株的光合作用能力。     

“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。