湛江港台风浪分布特征与抗风浪能力分析

基于国际上先进的第三代近岸海浪数值模式SWAN,对影响南海湛江港典型路径台风（西北型、北上型、打转型）过程所产生的台风浪进行了较高分辨率的模拟研究,计算结果较为客观、准确地描绘了这些台风浪过程的主要特征;同时利用该海域硇洲岛测站台风浪观测值与模拟结果进行了比较,二者吻合较好。在此基础上,进一步分析了外海涌浪的传入对湛江港内波浪场的影响以及不同风速、风向控制下港口内波浪场的分布特征。结果表明：外海涌浪对该港口内波浪场影响较小,而不同方向台风风场的直接作用对该港口内波浪场影响极大,研究结果可为该海域的防台减灾和台风浪的预报提供较好的参考。     

东中国海至长江口海域台风浪特性的数值模拟研究

东中国海至长江口的台风浪用两个海浪数值模型来模拟:适用于海岸、河口及湖泊水域的SWAN模型,将其嵌套于东中国海范围内的WAVEWATCHⅢ(WW3)模型.8114号强台风在长江口产生了巨大波浪,所以文中选其为例.将WW3应用于东中国海计算区域,模拟大范围的波浪,为高分辨率的长江口水域SWAN模型提供二维波谱动态边界条件.Takahashi风模型用来模拟东中国海(3小时一次)和长江口(1小时一次)的风场.对东中国海台风浪的模拟结果表明:最大的台风浪出现在风暴路径的右侧,且发生在长江口深水开敞东边界.在台风到达长江口之前,和风成波相比,涌浪占主导地位.台风到达长江口时,风成波和涌浪并存.波向主要受涌浪方向和复杂的地形影响.     

波浪辐射应力对风暴增水的影响研究

波浪辐射应力引起的增水是风暴增水的重要组成部分,研究台风过程中波浪辐射应力在风暴增水中的作用对于准确预报风暴潮有十分重要的意义。选用藤田台风模型模拟台风场,采用SWAN模型模拟台风浪以及辐射应力,应用垂向积分的二维数学模型ADCIRC计算风暴潮。首先模拟理想地形条件下,规则波和不规则波斜向岸边入射过程中的波浪变化,研究波高、波浪辐射应力和增水的沿程分布特征;然后计算了台风Winnie过程中浙江沿海的波浪情况,通过计算得到了波浪辐射应力增减水的空间分布特征和随时间的变化趋势,并分析了其对风暴增水的影响。     

基于Holland风场的台风浪数值计算

在海岸工程中,台风浪的影响较大。为了提高台风风场模拟精度,基于Holland台风风场模型,选取不同的最大风速半径参数和B参数进行组合,将模型构造风场与实测浮标风速资料进行比较分析,误差统计表明,Willoughby风速半径公式和Vickery的Holland B参数公式组合之后的计算误差最小,对风场的模拟效果最好。然后采用SWAN近岸波浪模型,选取最优风场参数,模拟了1323号“菲特”台风过境期间浙南地区的台风浪。模拟结果表明,最优组合参数生成的台风风场,对台风浪的模拟结果较好。当台风登陆时,温州地区的有效波高超过了10 m,明显高于其他区域,近岸波高等值线分布较为密集,台风移动方向右侧有效波高相对较大。台风进入内陆以后,波高迅速减小至4 m左右。     

大型预制沉箱外海拖航稳性与耐波性分析

大型预制沉箱在复杂海况条件下的拖航安全是其在外海运输过程中需要关注的重点问题。该文利用AQWA构建了拖轮-缆绳-沉箱系统拖带动力学数值模型，并对风浪流作用下，大型沉箱的稳性和耐波性进行了模拟分析。结果表明：沉箱压载后可很好地满足浮游稳定性和大倾角稳性要求；沉箱运动响应受波向影响显著，顺浪与迎浪下纵摇运动剧烈，横向浪下，横摇与垂荡运动剧烈；缆力均值主要取决于流的作用，几乎与波浪无关；随着波高与波周期的增加，沉箱运动幅值和缆力最大值总体上也随之增大。综合考虑运动稳定和目前国内市场上拖轮的性能，建议大型沉箱外海拖航海况限制为四级，浪向角取135°，该值与施工单位的拖航经验值较为接近。该研究结果可为大型沉箱外海拖航方案的确定和作业窗口期的选择提供参考。     

一维数学模型在堤前滩面短期演变计算中的应用

采用波浪上涌区的输沙率计算公式和波浪浅化区及破波带内的泥沙输沙率计算公式,建立波浪作用下海滩横向冲淤演变的一维数学模型,用以模拟风浪引起的床沙短期运动及滩面的冲淤空间变化。将该模型应用于杭州湾某海防工程堤前滩面的冲淤演变计算,模拟了某次台风期间堤前滩面的冲淤变化,并与实测资料进行比较。模拟结果表明该模型对于台风期间堤前滩面的冲淤变化可以给出合理的模拟结果,冲淤部位及冲淤量均达到一定的工程精度要求,且该数学模型数值求解简单易行,计算效率较高。     

河口海岸扁平管袋裸坝稳定性计算方法研究

位于河口海岸地带的管袋裸坝,施工期受波浪要素、潮位、风速和坝基变形等因素的影响容易发生失稳破坏,增加施工风险和成本。针对目前设计和施工中管袋坝稳定性判定缺乏定量计算方法的现状,从影响结构稳定的因素如波浪、潮位、海流流速和风速等入手,提出了相应的管袋裸坝结构稳定性的定量计算公式,并针对某围垦工程中管袋裸坝施工期的稳定性进行了定量计算,得到了抗波浪稳定系数曲线、泥沙起动流速曲线以及抗风浪稳定系数曲线,以此得到了波高、海流流速的临界值。     

“达维”台风作用下连云港海域台风浪数值模拟

为准确模拟"达维"台风过境期间连云港海域波浪场分布,采用Jelesnianski风场模式模拟的海面10m风速作为波浪模式MIKE-SW的驱动风场,再现1210号"达维"台风登陆连云港海域波浪变化过程。模拟计算结果表明,Jelesnianski风场模式成功复演了"达维"台风过境期间风动力变化过程,1210号"达维"台风与1209号"苏拉"台风形成明显的双台风效应;"达维"台风风暴潮期间,连云港海洋站最大风暴增水1.78m,连云港海域风暴增水现象十分明显;利用三重网格嵌套技术,考虑实时风暴潮增水效应的台风浪模型能够较好地模拟连云港近海波浪成长过程,台风过境期间徐圩海洋站处H1/3波高最大值为3.86m,近岸海域波高等值线分布较为密集,分布趋势与水下地形等深线基本一致,破波带以内水域衰减速度明显加快,与连云港海域属于淤泥质海岸类型的性质相吻合。     

SWAN模型在围头湾外海设计波浪要素推算中的应用

传统的设计波浪推算方法不适用于长期波浪观测数据匮乏的海域，近年来，波浪数值模拟方法成为推算设计波浪的重要手段。该文基于近岸波浪传播模型SWAN和参数化台风风场模型建立台湾海峡台风浪数学模型，利用201808号台风“玛利亚”影响台湾海峡期间的风速和波高观测资料检验模型合理性，通过数值模拟1996-2015年共92场影响台湾海峡的热带气旋过程波浪场计算围头湾外海E、ESE、SE、SSE向的年极值波浪要素。在此基础上利用P-Ⅲ型曲线拟合20年的年极值波高和周期，获得围头湾湾口(40 m等深线处)E、ESE、SE、SSE向各重现期的设计波浪要素。研究成果可为围头湾海域海岸工程的规划和设计提供参考。     

台风风浪对长江口航道影响的模拟分析

针对台风风浪对长江口航道淤积的影响,运用Delft-SWAN建立了长江口波浪场数值模型,并以9912号台风对模型进行了验证。根据统计资料,选取两个代表性风速,分别计算长江口在夏季普通风作用下和台风风暴作用下波浪要素,根据计算结果,分析波高在两种级别风速影响下分布的差异,以及对航道通航的影响。特别计算了台风作用下波浪水质点近底运动速度与长江口口门床面泥沙起动速度之差,从而对台风产生淤积的机理进行了分析。计算结果表明：台风不仅引起长江口航道波高剧增,而且巨大的波能冲刷滩地掀起大量的泥沙进入航道淤塞水道,直接影响了通航。     

REFLECTION OF OBLIQUE INCIDENT WAVES BY PERFORATED CAISSONS WITH TRAVERSE WALL

The interaction of oblique incident waves with infinite number of perforated caissons is investigated. The fluid domain is divided into infinite sub-domains by the caissons, and eigen-function expansion is applied to expand velocity potentials in each domain. A phase relation is introduced for wave oscillation in each caisson, and the structure geometry is considered in constructing the models of reflection waves. The reflected waves with the present analysis include all of the waves traveling in different directions when incident wave period is short. Numerical examinations show that velocities at the inner and outer sides of the front walls of caissons are close to each other, and reflection coefficients satisfy the energy conservation relation very well when porous effect parameter is infinite. Numerical results show that the reflection coefficients of oblique incident waves are smaller for shorter caissons at low frequency, and decrease with the increase of wave incident angle.     

WAVE INTERACTION WITH PERFORATED CAISSON BREAKWATERS

The reflection coefficient of perforated caissons and the total horizontal forces acting on them were experimentally and numerically analyzed and discussed when wave propagates normally. To consider the viscosity effect of fluid and nonlinear action of waves on structures, the VOF (Volume Of Fluid) method combined with the k-ε turbulence model was used to simulate the interaction between waves and structures. Governing equations were solved with the finite difference method. Through 2D experimental study in the wave flume, the empirical relationship between the reflection coefficient of perforated caissons and the main affecting factors were obtained from the experimental data using the least square method. Also the correlation between the ratio of the total horizontal force acting on perforated caisson and the force acting on solid caisson and the main affecting factors were regressed from the experimental data.     

三门湾猫头深潭对“烟花”台风的冲淤响应

极端台风天气下,台风浪可能会造成海湾泥沙大幅起悬,从而引起湾内深槽骤淤。以浙江中部三门湾为研究对象,建立波流共同作用下的泥沙冲淤数学模型,研究猫头深潭在台风“烟花”过境期间可能产生的泥沙骤淤风险。经验证,数学模型较好地复演了“烟花”台风过程中的风暴潮与台风浪过程。研究结果表明,在台风浪作用下,下洋涂南侧浅滩及猫头深潭南北侧浅滩的含沙量均有明显增加,局部可增加至无浪情况下的3倍以上,“烟花”台风使猫头深潭最大淤积达0.15 m。台风浪导致的含沙量增加是三门湾深潭骤淤的主要原因。     

基于台风参数模型的江苏海域风暴增减水研究

以正面袭击江苏的"达维"台风为例,运用台风参数模型、第三代波浪模型和基于浅水方程水动力模型对台风期间江苏沿海的风暴增减水进行模拟研究。首先,运用Je氏台风参数模型模拟了台风的梯度风场,并与NECP再分析风场数据对"达维"台风场进行合成,与观测值进行比较,拟合结果良好;然后,以模拟的台风风场为驱动,模拟台风经过期间江苏海域的波浪场,同时计算台风期间江苏海域的天文潮;最后,运用浅水方程计算江苏海域的增减水,并研究了沿海增减水分布情况。研究结果表明:灌河口附近最大风暴增水达1.9 m左右,由于台风中心位置的影响,江苏沿海最大增水从北往南呈先增大后递减的趋势。     

台风环境下海水抽水蓄能电站上水库超高计算评述

台风环境下海水抽水蓄能电站上水库的超高计算尚无成熟经验可循,如何合理计算超高是上水库设计急需解决的问题。在分析海水抽水蓄能电站超高计算关键问题及其特点的基础上,对台风风场、风暴潮及台风浪预报模型的研究进展进行了回顾与评述。分析指出在超高计算中应对上水库地形对台风边界层的影响、台风中心扫过上水库的极端情况、风速风向快速变化条件下风暴潮的动态响应等问题予以必要关注。为发展超高计算方法,建议加强小局域台风风场关键参数的概率分布研究和相关性分析,开展风暴潮及台风浪模型在小尺度孤立封闭水域的适应性研究,加强台风和风浪数据的观测。     

台风浪对长江口深水航道骤淤的影响研究

概述风暴对长江口航槽短期地形变化的影响和研究现状，将缓坡方程、Boussinesq方程和动谱平衡方程进行分析比较，选择后者做为长江口台风浪数值预报模式。介绍球坐标下动谱平衡方程模型及方程右端源汇项的处理方法，以9912号台风对波浪数值模型进行验证。数值预报EES向20m/s风场下深水航道水域波浪要素：有效波高分布和波浪水质点底部轨迹运动速度分布。由泥沙起动底流速公式得到深水航道水域底沙起动底流速场，根据长江口波浪水质点底部轨迹运动速度的均方根值与泥沙的起动底流速之差的分布场进行骤淤机理分析。结果表明在EES向20m／s风场作用下横沙浅滩和九段沙浅滩的大部分水域底部泥沙将被掀扬至水体，部分泥沙在跨槽水流带动下会进入航道而造成严重淤积。最后提出研究长江口深水航道风暴骤淤问题的进一步工作。     

地震波斜入射下混凝土重力坝的塑性损伤响应分析

我国西南强震区建设有大量混凝土坝,复杂地形条件下地震波入射角度对混凝土坝动力响应影响较大,然而,目前相关研究以线弹性模型为主,在合理考虑坝体的真实破坏状态方面存在局限性。本文以Koyna混凝土重力坝为研究对象,建立三维非线性有限元分析模型,采用了基于黏弹性边界的地震波动输入方法,结合塑性损伤模型分别分析了地震P波和SV波斜入射下坝体的动力响应,并提出地震破坏评价模型对震后坝体损伤进行评估。研究表明,地震波入射角度及波型对坝体动力响应影响较大,P波入射下位移应力和损伤在60°时达到最大,SV波入射下在0°时达到最大,证明了考虑地震波入射角的必要性;采用塑性损伤本构结合损伤评价指标合理地反映了坝体破坏程度,并针对薄弱地区提出抗震设计改进。因此,在同类型工程的安全评价中应该综合考虑地震波斜入射和筑坝材料的非线性特征。     

潮汐电站浮运法施工技术综述

在潮汐电站建设中，浮运法施工起着降低造价，缩短工期，改善施工条件等重要作用。本文简要介绍潮汐电站浮运法施工各阶段（预制，拖运，地基处理，沉放）的关键技术，包括选择预制场，控制拖运，开挖和地基加固，定位和安放沉箱等。浮运法施工技术在河床式水电站、码头、海上采油平台、过江（海底）隧道、桥梁、水闸等工程中也有广泛的应用前景。     

吸力式沉箱组合基础承载特性研究

基于吸力式沉箱基础应用于桥梁工程的背景, 考虑不同数量的沉箱组合和沉箱间距, 通过数值模拟的方法研究了吸力式沉箱组合基础的承载特性, 重点分析了组合基础与单个基础承载性状的差异, 以及连接各沉箱的顶板对基础承载力的贡献。计算结果表明, 沉箱组合基础与单个沉箱基础的荷载-位移曲线类型都相同; 受类似于“群桩”效应的影响, 竖向荷载作用下组合基础中的沉箱承载力不能完全发挥, 但由于沉箱之间的连接顶板可以提供阻力, 所以当沉箱间距较大时组合基础的承载力会大于相应数量单个基础的承载力之和, 且随着沉箱间距的增大而增大; 对于水平荷载作用下的吸力式沉箱组合基础, 其承载力大于相应数量单个基础的承载力之和, 连接顶板底部与土体之间的摩擦和挤压对于组合基础承载力的提高可以忽略不计。