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導(dǎo)語:在邊界與海洋研究的撰寫旅程中,學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑,好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文,愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感,引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
[關(guān)鍵詞]海洋劃界;等距離/特殊情況規(guī)則;公平原則;習(xí)慣國際法
[中圖分類號(hào)]D993.5 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1004-518X(2012)03-0131-06
盛紅生(1960-),男,博士,浙江理工大學(xué)法政學(xué)院教授,主要研究方向?yàn)閲H法。(浙江杭州 310018)
本文系教育部哲學(xué)社會(huì)科學(xué)研究重大課題攻關(guān)項(xiàng)目“全球化背景下中國海洋權(quán)益法律保障研究”(項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào):09JZD0023)的階段性成果之一。
在很多情況下,海洋的沿海國不止一個(gè),其中存在沿海國之間相向或者相鄰的地理位置關(guān)系,因此海洋劃界問題的出現(xiàn)就有著必然性。在國際法中,海洋劃界是個(gè)極為重要的問題,如果國際海洋劃界爭端無法通過政治外交途徑或者國際司法辦法解決,在某些條件下就存在引起武裝沖突的潛在風(fēng)險(xiǎn),成為威脅國際關(guān)系正常發(fā)展的重要因素。
最近20年來,國際法院受理的涉及海洋法的案件數(shù)量明顯增加,達(dá)20余件,而這其中大多數(shù)又都與海洋劃界爭端有關(guān)。其他國際司法機(jī)構(gòu)也受理了一些涉及海洋劃界爭端的案件。國家之間更多地選擇通過國際司法辦法解決彼此之間的爭端,無疑是國際法治發(fā)展的新動(dòng)向,對國際關(guān)系的健康發(fā)展產(chǎn)生了積極的影響。但是,我們必須看到并非所有國際海洋劃界爭端都能通過和平方式妥善解決,如果海洋劃界爭端長期得不到公正合理解決,對有關(guān)各方依法利用海洋和維持國際海洋的正常秩序,都存在巨大的、潛在的或者現(xiàn)實(shí)的威脅。
一、各國在理解和適用“公平原則”方面存在的分歧
前言
我國擁有寬闊的大陸架,經(jīng)過陸坡連接海底,著名的太平洋西邊界強(qiáng)流黑潮,就是從我國臺(tái)灣島南部,沿陸坡走向到達(dá)日本九州。黑潮運(yùn)動(dòng)對我國沿海氣候、近海流系的水文特征、水產(chǎn)資源等都要重要影響。因此,地形對洋流的影響是我國海洋流動(dòng)力學(xué)中研究的任店課題之一。本文主要采用模擬實(shí)驗(yàn)的方法研究地形對洋流的影響,首先簡單介紹一下實(shí)驗(yàn)裝置及模型。
一、實(shí)驗(yàn)裝置及模型
本文采用的實(shí)驗(yàn)裝置主要有旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、以及各種容器和模型。旋轉(zhuǎn)平臺(tái)直徑1.1米,具有機(jī)械減速系統(tǒng),并用直徑為500mm的滾動(dòng)軸承支座支撐。平臺(tái)徑向與軸向的最大偏差為0.05mm和0.07mm,調(diào)速系統(tǒng)采用測速電機(jī)閉環(huán)式,常規(guī)轉(zhuǎn)速為0.15~2.1(1/s)。各種容器和模型放置在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上。
實(shí)驗(yàn)方法采用源匯法,模擬風(fēng)生洋流。利用扇形容器模擬不同地形的洋流運(yùn)動(dòng)。扇形容器的半徑為30cm,頂角60°,在扇形容器中放置不同地形的模型。將容器頂角與轉(zhuǎn)臺(tái)中心軸重合,使用內(nèi)徑4mm的不銹鋼管加入或西楚容器內(nèi)液體。源匯流量的調(diào)節(jié)范圍取q=0.05~0.4cm3/s,在圓心處采用匯模擬大洋環(huán)流流行。
主要研究的地形模型有繞陸架地形流、過徑向臺(tái)階流、過海脊流和繞島流。繞陸架地形流的初始液深設(shè)置為d=8.8cm,轉(zhuǎn)速控制為0.21(1/s),匯流量取q=0.25cm3/s。過徑向臺(tái)階流的初始液深為8.4cm,轉(zhuǎn)速1.25(1/s),匯流量0.07cm3/s。過海脊流的初始夜深7.5cm,轉(zhuǎn)速0.21(1/s),匯流量0.076cm3/s。繞島流的初始液深8.0cm,轉(zhuǎn)速0.42(1/s),匯流量0.20cm3/s。并分別對其設(shè)置Froude數(shù)和Rossby數(shù)。
采用軌跡照相法進(jìn)行測試,在實(shí)驗(yàn)液體蒸餾水中加入示蹤粒子和甘油,示蹤粒子采用直徑為0.5~1mm的塑料小球。在實(shí)驗(yàn)過程中,用認(rèn)蚱光源在暗場中長時(shí)間曝光,得到示蹤粒子運(yùn)動(dòng)軌跡,其軌跡即代表流線。
二、實(shí)驗(yàn)初步結(jié)果的動(dòng)力學(xué)解釋
(一)陸架地形流動(dòng)
著名的太平洋西邊界強(qiáng)流黑潮的運(yùn)動(dòng)規(guī)律就是緊貼陸坡向北運(yùn)動(dòng),這引起許多研究者對陸架地形流動(dòng)的研究興趣。在上述實(shí)驗(yàn)裝置模型和實(shí)驗(yàn)方法下得到的陸架地形模擬流動(dòng)照片顯示,西邊界流是緊貼陸架邊緣一路北上的,沒有越上陸架,強(qiáng)邊界流明顯形成,陸架上流動(dòng)明顯緩慢。這與實(shí)際情況下的黑潮流域情況基本符合,在力學(xué)特征上表現(xiàn)出高度相似性。通過分析可知,相對渦度的變化取決于自由面變化以及渦管伸縮加上渦量水平粘性擴(kuò)散之間的平衡。
(二)沿徑向臺(tái)階流動(dòng)
關(guān)于沿徑向地形變化,洋流文獻(xiàn)中已有許多討論,對流動(dòng)圖形也有許多看法。在本實(shí)驗(yàn)中拍下的流型照片與其中多數(shù)提出的兩個(gè)渦旋結(jié)構(gòu)相符,但測試得到的照片屬于軌跡圖像,無法在渦旋旋轉(zhuǎn)方向上給出結(jié)論。設(shè)扇形的頂角為a,中部分割線為bc,圓弧為de。則在bc附近,地形梯度極大,邊界層結(jié)構(gòu)將受到破壞,流動(dòng)將離開邊界而分離。流線基本沿bc,因而形成靠東邊界的另一個(gè)旋渦。
(三)過海脊流動(dòng)
我國臺(tái)灣島北部到琉球群島之間的海底有一緯向的海脊,海脊處水深500米,海脊以南水深3000~4000米,海脊以北水深2000米。黑潮的流向是由南向北,路徑向右偏斜。本實(shí)驗(yàn)中的過海脊流動(dòng)主要就是研究海脊對黑潮路徑的影響。實(shí)驗(yàn)中,環(huán)流以反氣旋方向旋轉(zhuǎn),西邊界流自南向北,即從扇形的弧邊向頂角。由于自由面彎曲,水深南深北淺,基本反映了上述基本特征。
(四)繞島流動(dòng)
實(shí)際海洋觀測發(fā)現(xiàn),我國臺(tái)灣島北部方向有氣旋式渦旋,在本實(shí)驗(yàn)中將一圓柱置于西邊界附近,研究其擾流情況。可以通過這種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),用西邊界、西向流和圓柱模擬我國海岸、黑潮和臺(tái)灣島的流動(dòng)系統(tǒng)。但是這種設(shè)計(jì)也有一定局限性,及無法計(jì)及海岸彎曲及海深變化的復(fù)雜情況。觀察實(shí)驗(yàn)的軌跡顯示照片可以發(fā)現(xiàn),在圓柱尾流去有呈直線排列的渦旋出現(xiàn),在側(cè)壁與圓柱之間緩慢流動(dòng)。這與實(shí)際情況較為符合,但是無法判定渦旋的攢在形式,還有待采用其他方法進(jìn)行具體測試。
三、結(jié)語
關(guān)鍵詞:海洋要素;計(jì)算及預(yù)報(bào);實(shí)驗(yàn)課程
海洋要素計(jì)算及預(yù)報(bào)是海洋科學(xué)和海洋技術(shù)專業(yè)重要的理論應(yīng)用課程。開設(shè)該課程的目的是幫助學(xué)生熟悉潮汐潮流、波浪和海流的基本特征及計(jì)算原理,掌握潮汐和海流的預(yù)報(bào)分析及數(shù)值計(jì)算方法。此外,通過本門課程的學(xué)習(xí),學(xué)生還可以掌握海水溫度和鹽度等水文資料的處理及質(zhì)量分析方法。
實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置要注重理論和實(shí)踐相結(jié)合。首先,實(shí)驗(yàn)課程和理論課程是統(tǒng)一的整體而不是分裂的兩門課,實(shí)驗(yàn)課程也不是理論課程簡單的重復(fù),而是深化和拓展,這種深化和拓展不局限于知識(shí)體系,還包括研究手段。海洋動(dòng)力模型是研究海洋動(dòng)力要素的重要手段,是對海洋理論和觀測結(jié)果的驗(yàn)證及進(jìn)一步的推廣。本實(shí)驗(yàn)課程的目的就是幫助學(xué)生熟悉和掌握國際通用的海洋動(dòng)力模型,用于實(shí)際海域風(fēng)生海流和潮汐潮流的數(shù)值模擬,并對模擬結(jié)果進(jìn)行處理分析,培養(yǎng)學(xué)生以動(dòng)力模型為手段設(shè)計(jì)數(shù)值實(shí)驗(yàn)、解決實(shí)際問題的能力。上述實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡倪_(dá)成還需要學(xué)生事先掌握運(yùn)用Fortran和Matlab編程語言的技能,以及對數(shù)值計(jì)算方法或流體力學(xué)計(jì)算方法有系統(tǒng)的學(xué)習(xí),并且能夠熟練運(yùn)用物理海洋學(xué)知識(shí)對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析。
一、實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
風(fēng)生海洋環(huán)流和潮汐潮流都是物理海洋學(xué)中重要的概念,分別揭示了在海面風(fēng)場作用下海水大規(guī)模的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)以及在天體引潮力作用下海水有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)。風(fēng)生海流和潮流理論對于解釋海洋環(huán)境中的生物遷移、污染物分布等都具有指導(dǎo)作用。本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目就是以海洋動(dòng)力模型為研究手段,探討實(shí)際海域的風(fēng)生海洋環(huán)流和潮汐潮流的典型特征,并將理論和觀測結(jié)果進(jìn)行對比分析,培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。
本實(shí)驗(yàn)課程是對海洋要素計(jì)算及預(yù)報(bào)課程理論知識(shí)的拓展,通過理論知識(shí)的學(xué)習(xí),學(xué)生已經(jīng)對海洋動(dòng)力要素有了一定的感性認(rèn)識(shí)。實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容就是針對實(shí)際海域給出風(fēng)生海洋環(huán)流和潮汐潮流的定量描述。這不僅可以進(jìn)一步加深學(xué)生對理論知識(shí)的理解,還可以幫助學(xué)生熟悉和掌握動(dòng)力模型這種研究海洋的重要手段。
從這個(gè)意義上講,實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置是很重要的,而且也是必要的。具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下:
(1)幫助學(xué)生盡快掌握模型,包括熟悉模型的計(jì)算流程,海域開邊界問題的處理以及輸入輸出文件的讀取、保存等;
(2)給定風(fēng)場和潮汐邊界調(diào)和常數(shù),讓學(xué)生針對實(shí)際海域進(jìn)行風(fēng)海流和潮汐潮流的數(shù)值模擬,并對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行處理分析;
(3)確定若干實(shí)驗(yàn)題目(包括必做題和選做題),讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)相關(guān)數(shù)值實(shí)驗(yàn),包括模型參數(shù)的修改、站點(diǎn)斷面的選取等,完成題目所規(guī)定的研究內(nèi)容。
二、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法
目前實(shí)驗(yàn)工具為國際上最為通用的普林斯頓海洋動(dòng)力模型,該模型可直接用于海洋預(yù)報(bào)等業(yè)務(wù)化工作,并成為許多水質(zhì)公司開發(fā)的商業(yè)軟件的內(nèi)核程序。本實(shí)驗(yàn)課程通過計(jì)算機(jī)完成,所采用的軟件平臺(tái)包含F(xiàn)ortran(模型計(jì)算用)和Matlab(數(shù)據(jù)處理和可視化用)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用理論授課、動(dòng)手操作和自主實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法。
理論授課就是請從事海洋動(dòng)力模型開發(fā)和應(yīng)用的教師,給學(xué)生介紹海洋模型的結(jié)構(gòu)流程等基本特征和應(yīng)用技巧,使學(xué)生盡快熟悉模型系統(tǒng)的構(gòu)架和計(jì)算流程。
動(dòng)手實(shí)驗(yàn)是在教師指導(dǎo)下,讓學(xué)生進(jìn)行模型程序調(diào)試和運(yùn)行,掌握模型主要參數(shù)的含義,開邊界條件的處理和輸入輸出文件的讀取保存。
自主數(shù)值實(shí)驗(yàn)是本實(shí)驗(yàn)課程的亮點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)所在,教師事先確定一些大的實(shí)驗(yàn)題目,內(nèi)容涉及海洋要素計(jì)算及預(yù)報(bào)理論課的重要知識(shí)點(diǎn),學(xué)生根據(jù)自己對理論課程的掌握情況自主選擇相應(yīng)的題目進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。所制定的題目包含必做題目和選做題目。必做題目相對簡單,按照老師課堂介紹的操作步驟按部就班地執(zhí)行即可完成;選做題只給題目,具體實(shí)驗(yàn)方案需要學(xué)生自主設(shè)計(jì),在實(shí)驗(yàn)過程遇到困難老師可給予必要的指導(dǎo),目的是最大限度調(diào)動(dòng)學(xué)生的創(chuàng)造性和學(xué)習(xí)主動(dòng)性。自主實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相比具有綜合性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),無論是從教學(xué)的方法上,還是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)上,都有一定的創(chuàng)新性,而且能夠最大限度地培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和分析問題、解決問題的能力。
實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的多樣性還能夠適應(yīng)不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)情況,既保證了大多數(shù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度,也有利于拔尖學(xué)生在業(yè)務(wù)水平上的提高。
本文主要介紹了海洋要素計(jì)算及預(yù)報(bào)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。在掌握理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)手段的基礎(chǔ)上進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)是本實(shí)驗(yàn)課程的核心亮點(diǎn),這樣可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,培養(yǎng)獨(dú)立思考問題和解決問題的能力,對于學(xué)生今后走上工作崗位是有幫助的。
參考文獻(xiàn):
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[關(guān)鍵詞] 福建東山華浮碼頭 EFDC 水動(dòng)力 模擬
福建東山灣海洋環(huán)境自然資源非常豐富,地理位置優(yōu)越,是天然的旅游勝地。但是,隨著經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展,越來越多的碼頭出現(xiàn)在東山灣海岸,改變了東山灣海岸的岸線分布情況,對航道的正常通行產(chǎn)生了影響,也改變了局部的沖淤環(huán)境,造成局部水域泥沙淤積嚴(yán)重,失去原使用功能。因此,通過模型對碼頭建設(shè)前后水動(dòng)力環(huán)境的模擬,可以較好地掌握工程建設(shè)前后水動(dòng)力環(huán)境可能產(chǎn)生的變化,從而采取相應(yīng)的措施,從海洋環(huán)境保護(hù)角度對工程可行性做出明確結(jié)論,為管理部門決策、建設(shè)單位海洋環(huán)境管理提供科學(xué)依據(jù)。
1 研究區(qū)域概況
東山縣是福建省第二大島,位于廈、漳、泉閩南三角經(jīng)濟(jì)區(qū)的南端,東瀕臺(tái)灣海峽,西臨詔安灣與詔安一水之隔;康美鎮(zhèn)地處東山縣東北部,東接銅陵鎮(zhèn),西連樟塘鎮(zhèn),地理位置優(yōu)越。
擬建東山華浮碼頭位于東山縣康美鎮(zhèn)城村東北側(cè),地處東山港區(qū)城作業(yè)區(qū),其地理坐標(biāo)為東經(jīng)117°30′、北緯23°44′。東北向與廈門經(jīng)濟(jì)特區(qū)毗鄰,南與廣東省汕頭市接壤,東瀕臺(tái)灣海峽,與臺(tái)灣省隔海相望;水路離廈門77海里、距汕頭73海里、距廣州332海里,陸路距東山縣城約10km,距漳州市約160km,規(guī)劃的廈深鐵路東山鐵路支線的終點(diǎn)站緊鄰港區(qū),水陸交通十分方便。具體地理位置見圖1。
2 模型簡介
環(huán)境流體動(dòng)力學(xué)模型,簡稱EFDC模型(Environmental Fluid Dynamics Computer Code)是由美國Virginia海洋研究所的Hamrick等根據(jù)多個(gè)數(shù)學(xué)模型集成開發(fā)研制的綜合模型,現(xiàn)在是美國環(huán)保署(EPA)推薦使用的模型。該模型是一個(gè)多任務(wù)、高集成的環(huán)境流體動(dòng)力學(xué)模塊式計(jì)算程序包,用于模擬水系統(tǒng)一維、二維和三維流場、物質(zhì)輸送(包括溫、鹽、非粘性和粘性泥沙的輸送)、生態(tài)過程及淡水入流。其模擬
圖1 擬建東山華浮碼頭地理位置圖
范圍為:河口、河流、湖泊、水庫、濕地以及自近岸到陸架的海域??梢酝瑫r(shí)考慮風(fēng)、浪、潮、徑流的影響,并可同步布設(shè)水工建筑物。該模型到目前為止已經(jīng)用于幾十個(gè)海域的相關(guān)計(jì)算,得到廣泛的應(yīng)用[1-10],被譽(yù)為21世紀(jì)最有發(fā)展前途的環(huán)境流體動(dòng)力學(xué)模型。采用該數(shù)學(xué)模型對本工程海域潮流場進(jìn)行模擬計(jì)算,計(jì)算中采用水平方向上的變笛卡爾正交坐標(biāo)與垂直方向上的Sigma坐標(biāo)相結(jié)合以及三維數(shù)學(xué)模型二維化的方法。
動(dòng)力學(xué)方程是基于三維水動(dòng)力學(xué)方程組,在水平方向上采用曲線正交坐標(biāo)變化和在垂直方向上采用Sigma坐標(biāo)變換得到的,經(jīng)過兩種變換后的流體動(dòng)力學(xué)方程組分別為:
式(1)~(6)中u和v分別為坐標(biāo)x和y方向上的水平速度分量;mx和my為水平坐標(biāo)變換因子;經(jīng)坐標(biāo)變換后垂直方向z方向的速度w與坐標(biāo)變換前的垂直速度w*間的關(guān)系為:
H = h+δ為總水深;p為壓力;動(dòng)量方程(1)和(2)中,f為Coriolis系數(shù),Av為垂直紊動(dòng)粘性系數(shù);Qu和Qv為動(dòng)量源匯項(xiàng);QS和QT為溫鹽源匯項(xiàng);ρ為海水密度;S為海水鹽度;T為海水溫度;b為浮力;連續(xù)方程(4)是在區(qū)間(0,1)對z積分并用垂直邊界條件當(dāng)z = (0,1)時(shí),w = 0,運(yùn)動(dòng)邊界條件和方程(7)以得到深度積分連續(xù)方程(5)。
給出垂向紊動(dòng)和擴(kuò)散系數(shù),方程(1)~(8)則給出了一個(gè)求解變量u,v,w,p,S,T和ζ的封閉的系統(tǒng)。紊動(dòng)粘性和擴(kuò)散系數(shù)采用的是Mellor和Yamada(1982)模型,模型相關(guān)的參數(shù)由下式確定:
以上各式中,q為紊動(dòng)強(qiáng)度,l為紊動(dòng)長度,Rq為Richardson數(shù),фv和фb是穩(wěn)定函數(shù),以分別確定穩(wěn)定和非穩(wěn)定垂向密度分層環(huán)境的垂直混合或輸送的增減。
紊動(dòng)強(qiáng)度和混合長度由下列方程確定:
式中B1、E1、E2和E3均為經(jīng)驗(yàn)常數(shù);Qq和Ql為附加源匯項(xiàng);例如子網(wǎng)格水平擴(kuò)散;垂直耗散系數(shù)Aq一般取與垂直紊動(dòng)粘性系數(shù)Av相等;上述式中m = mxmy。
式(1)~(8)與Mellor和Yamada(1982)紊動(dòng)模型(10)~(13)一起及適當(dāng)?shù)某踹呏禇l件給出了一個(gè)求解u,v,w,p,S,T,ρ和ζ的封閉的系統(tǒng)。
動(dòng)力學(xué)方程采用有限體積法和有限差分結(jié)合的方法來求解,水平方向采用交錯(cuò)網(wǎng)格離散。數(shù)值解分為沿水深積分長波重力波的外模式和與垂直流結(jié)構(gòu)相聯(lián)系的內(nèi)模式求解。
3 模型構(gòu)建
3.1 模型模擬邊界
計(jì)算區(qū)域包括整個(gè)東山灣,見圖2,海岸線主要采用岸線修測成果,并結(jié)合歷史海圖和遙感圖確定;采用變迪卡爾正交網(wǎng)格,工程附近網(wǎng)格最密50m×50m,最大網(wǎng)格間距為200m×200m,水平網(wǎng)格數(shù)為224×189,總網(wǎng)格數(shù)24139;設(shè)東和南兩個(gè)開邊界,用實(shí)測潮位數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng),由于實(shí)測潮流潮位數(shù)據(jù)的時(shí)間為1月,故不考慮漳江的徑流;垂向分為1層,計(jì)算時(shí)間步長1s;由于該海區(qū)潮差較大,采用動(dòng)邊界。
圖2 東山灣網(wǎng)格圖
3.2 模擬運(yùn)算過程及檢驗(yàn)
模擬采用零初始條件,為了保證計(jì)算的穩(wěn)定性,強(qiáng)迫的邊界潮位從零開始逐步增加,經(jīng)過兩個(gè)潮周期后達(dá)到正常變化,第三個(gè)潮周期后形成穩(wěn)定的潮波,選擇大潮周期計(jì)算結(jié)果做分析。利用東山大澳中心漁港3個(gè)站位實(shí)測潮位潮流數(shù)據(jù)作為對比,結(jié)果見圖3~圖6,從驗(yàn)證結(jié)果看,潮位和流速驗(yàn)證較好,比較準(zhǔn)確地反映了潮汐特征,可以認(rèn)為模擬結(jié)果是可信的。
圖3 潮位驗(yàn)證曲線
圖4A站位流速流向驗(yàn)證曲線
圖5B站位流速流向驗(yàn)證曲線
圖6 C站位流速流向驗(yàn)證曲線
4 水動(dòng)力變化模擬結(jié)果
4.1 流場變化
工程前后數(shù)學(xué)模型陸地邊界:考慮到大澳中心漁港已經(jīng)批建,而且據(jù)了解,對面島附近的漁港防波堤正在建設(shè)中,故把中心漁港防波堤等填海區(qū)加入原始海岸線邊界,作為工
程前陸地邊界,然后進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的模擬計(jì)算;工程后既包括本工程填海區(qū),又包括東側(cè)臨近的已批未建的旗濱碼頭填海區(qū),作為工程后的陸地邊界進(jìn)行數(shù)值模擬;對工程前后的數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行比較分析。工程附近海域工程實(shí)施前后海域的大潮漲急、落急的流場見圖7~圖10。
從圖7~圖10可以看出,工程附近海域工程施工后的潮流場趨勢仍與工程前相同,工程附近流態(tài)略有變化。本工程的填?;疚挥跒┩恐?,水深較淺,本身流速較小。工程后,本工程對潮流有阻擋和挑流作用,漲潮時(shí),潮流從旗濱碼頭和本工程?hào)|側(cè)連線往北流動(dòng),到達(dá)本工程碼頭后,沿著本工程的東北側(cè)填海區(qū)延線往西北流動(dòng),在本工程北端往西流動(dòng);另有一小股漲潮流沿著旗濱碼頭前緣外西北流動(dòng),然后往西流入旗濱碼頭北側(cè)與本工程形成的呈“凹入”地形的灘涂中,流速較小;落潮,潮流趨勢相反。
4.2 流速變化
為了進(jìn)一步分析工程實(shí)施前后流速的變化規(guī)律,選擇了工程附近36個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)(位置見圖11),進(jìn)行工程前后流速比較,結(jié)果見表1。
根據(jù)表1和圖7~圖10中對試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行工程前后流速的比較分析,可以看出:工程實(shí)施前,漲潮時(shí),一部分漲潮流先往西流入工程西南側(cè)的小澳中,然后受地形影響往西北流出,到達(dá)小澳北端的突出角后轉(zhuǎn)往西流動(dòng);落潮時(shí)相反,小澳內(nèi)潮水匯入落潮流,流速較小。
工程實(shí)施后,流速變化的點(diǎn)主要有14、15、19、20、21、22、25。14點(diǎn)位于本工程與旗濱碼頭形成的凹入地形中,流速變化率最大,工程后該處的流速明顯減小,漲潮減少為60%,落潮減少為67%;根據(jù)前面的分析,漲、落潮流流向變化也很大,漲落潮流從凹入地形口出入。15點(diǎn)位于本工程西側(cè),由于受工程挑流的影響,漲、落潮最大減少變化量都為0.07m/s。19、25點(diǎn)位于旗濱玻璃廠東側(cè),受填海區(qū)阻擋的作用,漲落潮的流速都有所減小。點(diǎn)20、21、22漲潮時(shí),由于工程的挑流束窄作用,流速變大,落潮時(shí)20點(diǎn)由于工程的挑流作用及填海區(qū)匯入20點(diǎn)潮水量的減少,流速變小,21、22在落潮時(shí)由于束窄作用流速略微變大。本工程的建設(shè)對工程西側(cè)的潮流基本沒有影響,1~13試驗(yàn)點(diǎn)流速變化最大僅為0.01m/s。工程對北側(cè)較遠(yuǎn)的點(diǎn)17、18、23、24、29、30、35、36也基本沒有影響,流速變化最大也僅為0.01m/s。東側(cè)較遠(yuǎn)處的26、27、28、31、32、33、34變化很小,流速變化均小于等于0.01m/s。
總之,本工程填海會(huì)使碼頭前沿極小段航道區(qū)垂直潮流方向靠碼頭一側(cè)潮流流速增大約0.04m/s,遠(yuǎn)離碼頭一側(cè)潮流流速減小約0.05m/s,對航道區(qū)其他區(qū)域的潮流流速基本沒有影響;會(huì)使旗濱碼頭附近潮流流速有所減小,減小約0.01m/s左右;對工程附近其他碼頭及整個(gè)東山灣的潮流流速?zèng)]有影響。
5 結(jié)論
EFDC模型對于東山灣海域具有較強(qiáng)的適用性,模擬結(jié)果較為準(zhǔn)確,預(yù)測值與實(shí)測值的擬合程度較好。模擬結(jié)果顯示,東山華浮碼頭的建設(shè)對所在海域水動(dòng)力環(huán)境影響較小。該模型有較大的應(yīng)用和推廣價(jià)值,還可以對未來發(fā)展進(jìn)行定量的預(yù)測研究,為實(shí)際的決策過程提供科學(xué)依據(jù)。
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摘要:
通過分析國際海底地名分委會(huì)(SCUFN)會(huì)議紀(jì)要,研究日本與俄羅斯帝王海山鏈之爭、日本與俄羅斯日本平頂海山群之爭和日本與美國幸運(yùn)星海脊)之爭的過程。根據(jù)SCUFN的命名規(guī)則,探討其處理爭端的主要依據(jù),并對我國當(dāng)前的命名工作提出建議。
關(guān)鍵詞:
海底地理實(shí)體命名;歷史爭端;海洋權(quán)益
1引言
海底地理實(shí)體是海底可識(shí)別圈定和測量的地貌單元。構(gòu)建統(tǒng)一的海底地理實(shí)體命名標(biāo)準(zhǔn),使用統(tǒng)一的命名方案,有利于構(gòu)建統(tǒng)一的交流平臺(tái)?;诖?,通用大洋水深圖制圖委員會(huì)成立國際海底地名分委會(huì)專門負(fù)責(zé)審議各國提交的海底地理實(shí)體命名提案。我國2011年首次派專家以委員身份參加SCUFN會(huì)議,同年提交的7個(gè)海底命名提案獲得通過,之后每年提交提案,截至目前我國提交并獲得通過的海底地理實(shí)體命名提案達(dá)43個(gè)。在國內(nèi)海底命名工作快速推進(jìn)的同時(shí),海底命名研究工作得到相應(yīng)重視,主要圍繞海底命名的歷史、現(xiàn)狀[1~3]以及具體命名技術(shù)[4,5]展開。這些研究對普及海底地理實(shí)體命名相關(guān)概念,指導(dǎo)前期命名提案編制具有重要意義。近年來,隨著命名工作的深入開展,我國開始遭遇周邊國家的海底命名挑戰(zhàn)[6],多個(gè)命名提案遭到否決或掛起(截止目前我國被掛起和否決的提案已達(dá)5個(gè)),因此急需開展SCUFN命名規(guī)則的深入研究,以便快速適應(yīng)并利用規(guī)則在國際命名爭端中把握主動(dòng)。SCUFN的命名規(guī)則集中體現(xiàn)在《海底地理實(shí)體命名標(biāo)準(zhǔn)》[7](GEBCO-B6文件,簡稱B6文件)中。本文嘗試結(jié)合SCUFN的典型爭端案例分析命名規(guī)則,對我國的海底命名工作提出建議。
2SCUFN的命名規(guī)則介紹
SCUFN是海底地名領(lǐng)域具有較高權(quán)威和影響力的國際組織,自成立以來一直致力于推動(dòng)全球海底地名的標(biāo)準(zhǔn)化,在長期的海底地理實(shí)體命名管理工作中,已經(jīng)形成一套較為完備的命名準(zhǔn)則和議事規(guī)程[3],集中體現(xiàn)在B6文件中。B6文件主要包含“海底地名命名標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)原則”和“海底地名通名及其定義”。其中“海底地名通名及其定義”詳細(xì)羅列了60個(gè)海底地理實(shí)體通名及其定義,是界定實(shí)體通名類別的基本依據(jù)?!昂5椎孛麡?biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)原則”包含“總則”、“海底地名命名原則”和“海底地名命名程序”3個(gè)部分?!翱倓t”限定了SCUFN的受理范圍,各國領(lǐng)海以外海域,包括領(lǐng)海以外的經(jīng)濟(jì)專屬區(qū)和外大陸架海域的海底地理實(shí)體命名提案都在SCUFN的受理范圍之列?!翱倓t”明確了“海底地理實(shí)體”的定義,提出了“地形可測和邊界明確”的要求,這是下文實(shí)體獨(dú)立性爭論的依據(jù)?!翱倓t”還提出命名沖突的處理準(zhǔn)則:當(dāng)出現(xiàn)同地異名時(shí),優(yōu)先保留較早的名字;當(dāng)出現(xiàn)異地同名時(shí),優(yōu)先保留先命名的實(shí)體名字?!昂5椎孛瓌t”對通名和專名進(jìn)行了相應(yīng)規(guī)定。通名要求從60個(gè)通名術(shù)語中選擇,并嚴(yán)格遵從定義。專名要求易記易用,其次才考慮紀(jì)念意義。一般不用在世人名命名,采用人名命名時(shí),要求其對海洋科學(xué)做出過杰出貢獻(xiàn)。多個(gè)相似的地理實(shí)體構(gòu)成的群組可以采用同類詞組命名,如音樂家海山群中的海山均采用世界著名音樂家的名字命名。
3國際爭端案例分析
3.1日本與俄羅斯帝王海山鏈之爭帝王海山鏈位于太平洋西北部,北北西走向,北鄰勘察加半島以東的奧布魯切夫海隆(ObruchevRise),南與夏威夷海山鏈相接,全長2200km。帝王海山鏈多發(fā)育平頂海山,已命名的實(shí)體中有18個(gè)平頂海山和1個(gè)海盆?;诘匦翁卣鳎梢砸陨窆E鑼⒌弁鹾I芥渼澐譃槟媳?段。帝王海山鏈最早由RobertDeitz命名,當(dāng)前帝王海山鏈上的海山均以日本天皇的名字命名。2005年,俄羅斯在帝王海山鏈北段提交埃德曼海山和馬克休特海山(圖1)2個(gè)命名提案。當(dāng)年,2個(gè)提案均被否決,理由有4點(diǎn)[9]:①埃德曼海山命名提案中的地形圖過于粗略,且地形圖范圍過小,無法展示其與周邊實(shí)體的相關(guān)關(guān)系;②根據(jù)俄羅斯提供的埃德曼海山地形圖,埃德曼海山高差未超過1000m,不符合SCUFN對海山的定義;③馬克休特海山的專名來自尤里伊•伊萬諾維奇•馬克休特,SCUFN認(rèn)為其未對海洋科學(xué)做出杰出貢獻(xiàn);④帝王海山鏈上的海底地理實(shí)體,應(yīng)以日本天皇的名字命名。
針對SCUFN提出的否決理由,2006年俄羅斯重新修改并提交了埃德曼海山的命名提案。提案更新了地形圖,新的地形圖顯示該海山高差超過1000m,符合SCUFN關(guān)于海山的定義。SCUFN主席指出2005年會(huì)議一致認(rèn)為帝王海山鏈上未命名的海山應(yīng)該以日本天皇的名字命名。美國委員也提出當(dāng)年RobertDeitz命名帝王海山鏈,就是打算用日本天皇的名字來命名該海山鏈上的海山。另外,日本還展示了Smoot[10]發(fā)表的地形圖,據(jù)此,SCUFN認(rèn)為埃德曼海山并不是獨(dú)立的海山,它與南部的推古海山同屬一個(gè)海山[11]。推古海山已于1966年被美國海底地名辭典收錄。日本代表擬將俄羅斯提出的馬克休特海山更名為齊明海山或平頂海山。SCUFN認(rèn)為俄羅斯提供的水深數(shù)據(jù)不夠詳細(xì),難以界定該實(shí)體是屬于整個(gè)海山鏈的一部分,還是屬于神武平頂海山(JimmuGuyot)的一部分[11]。2007年,俄羅斯表示無法提供更多資料,日本表示可以在8年內(nèi)獲得新的水深資料和地磁數(shù)據(jù)。會(huì)議決定在獲得新數(shù)據(jù)之前,將齊明海山(或平頂海山)列入保留欄中[12]。依照約定日本應(yīng)在2015年提交新調(diào)查獲得的地形圖和地磁數(shù)據(jù),由于2015年的會(huì)議報(bào)告尚未公開,暫時(shí)無法獲知該爭論的最新進(jìn)展。下面就SCUFN處理日本和俄羅斯命名爭端的依據(jù)進(jìn)行分析。地形圖是海底地名命名的重要基礎(chǔ)資料,是界定實(shí)體通名類別以及判定實(shí)體是否符合“地形可測和邊界明確”定義的依據(jù)。起初俄羅斯提交的埃德曼海山命名提案中的地形圖過于粗略,依據(jù)該地形圖推算的實(shí)體高差不符合SCUFN的海山定義,SCUFN定義海山的高差必須大于1000m;經(jīng)修改重新提交的地形圖顯示埃德曼海山高差超過1000m,符合海山定義。日本依據(jù)Smoot[10]發(fā)表的地形圖證明埃德曼海山與前人命名的推古海山共有山頂平臺(tái),與推古海山屬于同一海山,不能重復(fù)命名。關(guān)于馬克休特海山,SCUFN提出僅憑俄羅斯提供的地形圖,無法判定該實(shí)體與周圍其他實(shí)體的相關(guān)關(guān)系,即無法界定實(shí)體的輪廓和范圍,有待新的更大范圍、更高精度的地形資料的支持。最后,俄羅斯表示無法獲得更多資料,主動(dòng)退出命名權(quán)爭奪。
馬克休特海山的專名來自尤里伊•伊萬諾維奇•馬克休特,SCUFN認(rèn)為其未對海洋科學(xué)做出過杰出貢獻(xiàn)[9]。俄羅斯歷來習(xí)慣用人名命名海底地名,也常因此導(dǎo)致提案被否決或掛起(即修改后再重新審議),僅SCUFN第18次會(huì)議[9],俄羅斯就有10個(gè)命名提案因此被要求更改專名。所以,提交SCUFN的命名提案最好少用人名,用人名最好選擇曾在實(shí)體所在海域開展過工作的著名科學(xué)家的名字,并在簡歷中突出其對海洋科學(xué)的貢獻(xiàn)。SCUFN一直強(qiáng)調(diào)帝王海山鏈上的海山應(yīng)該以日本天皇的名字命名,依據(jù)是“海底地名命名原則”[7]中規(guī)定“多個(gè)相似的地理實(shí)體構(gòu)成的群組可以采用同類詞組命名”,如夏威夷北部的音樂家海山群,其中的海山均以世界著名音樂家的名字命名。群組化命名有利于命名的層次化、序列化。層次化、序列化命名易記易用,是地名規(guī)劃的基本目標(biāo)[13]。在俄羅斯提交命名提案前,帝王海山鏈中的大多數(shù)海山都以日本天皇的名字命名,命名的群組化已成事實(shí),如果俄羅斯主張的名字得以通過,將會(huì)破壞命名的群組性。基于上述分析,我們得出2點(diǎn)啟示:(1)“地形可測和邊界明確”是“海底地理實(shí)體”基本定義的要求,提案的地形圖必須能反映待命名實(shí)體與周邊其他實(shí)體的相關(guān)關(guān)系。SCUFN主要依據(jù)地形圖對實(shí)體通名類別進(jìn)行審議,地形圖應(yīng)能詳細(xì)表達(dá)地理實(shí)體的地形地貌特征。因此,提案至少應(yīng)提供2種比例尺的地形圖:用于判識(shí)待命名實(shí)體與周邊其他實(shí)體相關(guān)關(guān)系的小比例尺地形圖和用于表達(dá)實(shí)體地形特征的大比例尺地形圖。我國歷年提案中包含實(shí)置圖、地形圖、三維斜視圖、測線圖和剖面圖5幅。其中測線圖指示實(shí)體資料來源;地形圖、三維斜視圖和剖面圖主要表達(dá)實(shí)體的地形地貌特征;位置圖表征實(shí)置。缺乏表達(dá)實(shí)體與周邊實(shí)體相關(guān)關(guān)系的圖件。當(dāng)命名實(shí)于深海平原等地形相對簡單的海域時(shí),不易產(chǎn)生分歧,但當(dāng)實(shí)于洋中脊等復(fù)雜地形區(qū)時(shí),就容易因?yàn)榕c周邊實(shí)體關(guān)系不清而被否決。2012年我國提交的位于西南印度洋洋中脊的鷺飛海山就是因?yàn)檫@個(gè)問題被掛起[14]。(2)SCUFN鼓勵(lì)地理實(shí)體命名群組化。群組化命名利于實(shí)現(xiàn)命名的層次化、序列化,名稱易記易用,便于推廣。國家海洋局2015年10月10日正式對外的124個(gè)海底地理實(shí)體名稱,是近年來我國在國際海域取得的重要命名成果。該名錄中的地名采用《詩經(jīng)》體系,分別以詩經(jīng)的“風(fēng)”“雅”“頌”3篇對應(yīng)大西洋、太平洋和印度洋新發(fā)現(xiàn)的實(shí)體,具有較為完備的命名規(guī)劃體系。在尚未達(dá)成一致海洋劃界方案的敏感海域,海底地理實(shí)體的命名權(quán)爭奪比較激烈。我們可以利用命名的群組化,優(yōu)先命名區(qū)域上有控制作用的大型地理實(shí)體,再逐步推進(jìn)次級(jí)地理實(shí)體的命名工作,從大處著手,步步為營,從而掌握敏感海區(qū)的海底命名主動(dòng)權(quán)!
3.2日本與俄羅斯日本平頂海山群之爭日本平頂海山群位于日本海溝(JapanTrench)和伊豆—小笠原海溝連接處以東海域,常磐海山群以南,小笠原海隆(OgasawaraRise)以北。海山群周邊海域地貌較為復(fù)雜,發(fā)育較多海山、海丘。日本平頂海山群最早由Heezen等[15]命名為藝伎平頂海山群(GeishaGuyots),當(dāng)時(shí)確定的范圍為143°50'~153°20'E,29°28'~34°14'N。Vogt等[16]指出其包含了10個(gè)海山(或平頂海山),范圍為144°~154°E,29°~35°N。1986年SCUFN考慮到藝伎平頂海山群的專名具有冒犯性,決定將其暫時(shí)命名為“日本平頂海山群”,這個(gè)名字并未經(jīng)過仔細(xì)推敲,只是提醒日本海底地名委員會(huì)提出一個(gè)更為合適的名稱[17]。之后,日本海底地名委員會(huì)一直采取回避態(tài)度不作回應(yīng)。2007年俄羅斯提交尼日尼克海山群(KnizhnikSeamounts)提案[11],該提案建議的實(shí)于日本主張的日本平頂海山群的范圍之內(nèi)。日本委員為反對俄羅斯的命名提案,當(dāng)場提出可以接受原來的“藝伎平頂海山群”。2008年,日本海底地名委員會(huì)堅(jiān)持采用日本平頂海山群稱謂,其專名主張最終獲得通過[18],但日本和俄羅斯圍繞日本平頂海山群的邊界展開了激烈爭論(圖2)。2007年,俄羅斯對日本主張的日本平頂海山群范圍提出質(zhì)疑,認(rèn)為其范圍內(nèi)的實(shí)體在形態(tài)上互不相關(guān),且不是成片分布,不適合劃到一個(gè)群組中[12]。
2008年,日本海底地名委員會(huì)堅(jiān)持采用Heezen等[15]提出的實(shí)體范圍。SCUFN討論決定要求日本修改日本平頂海山群的范圍,不能包含東南角的馬卡羅夫海山[18]。2009年,日本提交日本平頂海山群新邊界,不再包括東南部馬卡羅夫海山[19]。2010年,俄羅斯依據(jù)測得的海底磁異常條帶數(shù)據(jù)提出劃分方案,該方案將西北角4個(gè)海山/平頂海山劃為中日本平頂海山群;將中部的多個(gè)平頂海山劃為沃恩平頂海山群[20]。2011年,俄羅斯正式提交沃恩平頂海山群提案獲得通過。日本基于俄羅斯提出的日本平頂海山群的邊界,進(jìn)行細(xì)微修改后提交并獲得通過[21]。本案例中,日本對日本平頂海山群的更名一直采取回避態(tài)度,但當(dāng)俄羅斯提出命名提案時(shí),日本反應(yīng)激烈。日本表示愿意接受原先具有侮辱性的名稱(藝伎平頂海山),試圖以已有名稱的實(shí)體不能重復(fù)命名為由,抵制俄羅斯的提案。然而,早期SCUFN并未引入現(xiàn)行的幾何邊界表達(dá)方式,歷史上藝伎平頂海山群的具體范圍也不明確,日本轉(zhuǎn)而引用前人學(xué)術(shù)論文定義的實(shí)體范圍。俄羅斯基于地形地貌資料闡明該海區(qū)海底地貌具有較大差異的客觀事實(shí);并通過區(qū)域的磁異常條帶數(shù)據(jù)證實(shí)該區(qū)海底地貌具有不同的地質(zhì)成因。最終俄羅斯的主張獲得通過??梢?,海底地形資料是重要的命名依據(jù),但不是唯一依據(jù)。最新版的B6文件[7]已經(jīng)明確命名塌陷火山口(Caldera)、斷裂帶、矮丘(Mound)、泥火山(MudVolcano)、斷裂谷(Rift)、鹽丘(Saltdome)、沙脊(SandRidge)、海溝(Trench)等類型的海底地理實(shí)體應(yīng)提供地質(zhì)和/或地球物理方面的證據(jù)以及地形圖。因此,綜合地質(zhì)地球物理調(diào)查對海底地理實(shí)體命名工作具有重要意義。
3.3日本與美國幸運(yùn)星海脊之爭幸運(yùn)星海脊位于菲律賓海盆西部,我國2012年命名的月潭海脊的西北側(cè),區(qū)域水深一般為5500~6000m。2008年,美國在菲律賓海盆提交了幸運(yùn)星海脊命名提案(圖3)。SCUFN否決了這一提案,理由是美國提交的測深數(shù)據(jù)沒有覆蓋實(shí)體全貌,不足以確定該實(shí)體的類型[18]。日本委員指出[18]日本已經(jīng)完成該地理實(shí)體的多波束測量,并特別說明該實(shí)體靠近日本的經(jīng)濟(jì)專屬區(qū),屬于呂宋—沖繩斷裂系統(tǒng)的一部分。日本主動(dòng)提出聯(lián)合美方在下次會(huì)議重新提交命名提案,SCUFN委員一致同意。2010年,日本委員匯報(bào)工作進(jìn)度,指出其已致信美方委員,但尚未收到回復(fù),聲稱日本已經(jīng)完成該實(shí)體的多波束全覆蓋調(diào)查,并將向SCUFN提交一個(gè)新的命名方案[20]。2011年,日本提交幸運(yùn)星海脊及其鄰區(qū)的地形圖,指出該實(shí)于日本宮古島以南約333.36km,屬于日本經(jīng)濟(jì)專屬區(qū)范圍。日本已經(jīng)完成周邊海域多波束調(diào)查,暫時(shí)只對其中大型的海底地理實(shí)體進(jìn)行了命名。日本委員指出該區(qū)域還有很多規(guī)模較大的地理實(shí)體值得命名,但日本海底地名委員會(huì)需要更多的時(shí)間來完成命名工作。日本在本次會(huì)議上將不對“幸運(yùn)星海脊”作新命名[21]。本案例中,美國率先提交命名提案,具有優(yōu)先命名權(quán),但是由于美國提交的地形圖沒有實(shí)現(xiàn)實(shí)體的全覆蓋,實(shí)體的規(guī)模和類型等基本屬性受到質(zhì)疑,提案未能獲得通過。依照慣例,SCUFN可建議美國補(bǔ)充測深資料,但日本提出其已經(jīng)完成實(shí)體所在海域測深資料,并特別指出該實(shí)于其經(jīng)濟(jì)專屬區(qū)范圍內(nèi)。根據(jù)《聯(lián)合國海洋法公約》246條第2款,在專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)和大陸架上進(jìn)行海洋科學(xué)研究,應(yīng)經(jīng)沿海國同意。這意味著未經(jīng)日本政府允許美國不可能完成幸運(yùn)星海脊的補(bǔ)充測量。日本表面上提出與美國合作命名,實(shí)質(zhì)上已經(jīng)完全掌握了幸運(yùn)星海脊命名的主動(dòng)權(quán)。當(dāng)前海底地理實(shí)體命名已經(jīng)進(jìn)入精細(xì)命名階段,命名需要多波束和地質(zhì)地球物理資料的支撐,而《聯(lián)合國海洋法公約》規(guī)定未經(jīng)沿海國允許,任何國家不能在他國經(jīng)濟(jì)專屬區(qū)和外大陸架開展測量和調(diào)查工作。沒有精細(xì)的調(diào)查資料,就無法進(jìn)行海底命名??梢姟堵?lián)合國海洋法公約》在一定程度上間接保護(hù)了沿海國在經(jīng)濟(jì)專屬區(qū)和外大陸架的命名權(quán)利。明確經(jīng)濟(jì)專屬區(qū)、劃定大陸架界限對保護(hù)海底命名權(quán)益有一定的作用。反過來,海底地名命名能制造命名實(shí)體與命名國有緊密聯(lián)系的印象;通過命名確定某些實(shí)體屬性也可以為實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的權(quán)利主張?zhí)峁┲危?2]。
案例最后日本主動(dòng)聲明其已經(jīng)完成菲律賓海中北部的多波束全覆蓋調(diào)查,新發(fā)現(xiàn)了大量海底地理實(shí)體,需要更多的時(shí)間來完成命名工作。日本此舉的目的是為其在菲律賓海中北部的海底命名爭取時(shí)間。事實(shí)上,即便公布海底地形資料,也只能證明對區(qū)內(nèi)的海底地理實(shí)體首次發(fā)現(xiàn),而首次發(fā)現(xiàn)并不意味著對地名命名權(quán)的占有。以美國和俄羅斯在北冰洋的命名爭端為例,2001年美國向SCUFN提交蘭塞斯海嶺(LangsethRidge)提案。美國采用的地形數(shù)據(jù)采集自1997—1998年。俄羅斯表示強(qiáng)烈反對,認(rèn)為該海底高地是1965年由前蘇聯(lián)科學(xué)家首先發(fā)現(xiàn)的,雖然當(dāng)時(shí)沒有進(jìn)行命名,但在1965年出版的地質(zhì)圖和航海圖中均有顯示[17]。2002年俄羅斯補(bǔ)充提交該區(qū)的命名提案,最終俄羅斯獲得了蘭塞斯海脊上最高山的命名權(quán),但并未美國的蘭塞斯海嶺命名提案[23]。除了向SCUFN提交命名提案外,爭取海底地名的命名權(quán)主要有2種方式:①由國家機(jī)關(guān)認(rèn)可并公開海底地名?!昂5椎孛麡?biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)原則”總則明確規(guī)定“由國家機(jī)構(gòu)認(rèn)可的位于領(lǐng)海以外水域的名稱,如果與國際上可接受的命名原則相符,其他國家應(yīng)該接受”[7]。所以,我國政府公開124個(gè)海底地理實(shí)體名稱具有重要的意義。②通過學(xué)術(shù)論文著作形式?!昂5椎孛麡?biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)原則”總則規(guī)定“如果一個(gè)名稱用于2個(gè)不同的實(shí)體,先使用該名稱的實(shí)體應(yīng)該保留該名稱”[7]。2015年我國抵制馬來西亞在南海的命名提案,最重要的反證之一,就是原地礦部第二海洋地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)(廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局前身)編制的《南海地質(zhì)與地球物理圖集》[24],其出版發(fā)行時(shí)間早于馬來西亞編制的地圖。官方和科學(xué)家自主命名2種途徑各有優(yōu)缺點(diǎn)。官方最為正式,具有法律約束力,可以避免重復(fù)命名造成的地名混亂[4],并且官方利于命名整體規(guī)劃,有助于推動(dòng)海底命名的層次化和序列化??茖W(xué)家自主命名靈活機(jī)動(dòng),利于調(diào)動(dòng)學(xué)術(shù)界的積極性,名字經(jīng)廣泛使用后,即造成既有命名的事實(shí),與國家具有同等效力。因此,建議管轄海域以官方形式命名為主,保證管轄海域海底地名的使用規(guī)范有序;在與鄰國尚未達(dá)成統(tǒng)一劃界方案的海域,以鼓勵(lì)科學(xué)家自主命名為主,官方為輔,減少來自外部的政治阻力;公??刹扇」俜胶涂茖W(xué)家自主命名相結(jié)合的方式,既體現(xiàn)國家意志,又豐富地名文化多樣性。
4結(jié)論與建議
關(guān)鍵詞:濱海地區(qū);景觀變化;遙感;南通市
中圖分類號(hào):P748;P343.5;P237(533NT) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):0439-8114(2013)06-1371-05
景觀變化是產(chǎn)生累積環(huán)境效應(yīng)的主要根源,長時(shí)間、大比例的景觀變化必然會(huì)對周圍環(huán)境產(chǎn)生顯著影響。濱海地區(qū)是介于陸地和海洋生態(tài)系統(tǒng)之間復(fù)雜的自然綜合體,具有生物多樣性豐富、生產(chǎn)力高和潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值大的特點(diǎn);但是其生態(tài)環(huán)境條件變化較為劇烈,生態(tài)系統(tǒng)也很脆弱,容易受到破壞且被破壞后很難修復(fù)。因此進(jìn)行濱海地區(qū)長時(shí)間有序的景觀格局變化研究,利用多方法、多途徑來獲取濱海地區(qū)景觀變化信息、找到控制變化的主要原因是十分必要的,這可以為管理、保護(hù)和合理利用濱海區(qū)域環(huán)境提供重要的依據(jù)與借鑒。
1 研究區(qū)概況
南通市位于江蘇省東南部、長江口北面,地處北緯31°41′06"-32°42′44"、東經(jīng)120°11′47"-121°54′33",東臨黃海,南倚長江,與上海市和江蘇省蘇州市隔江相望,西面和泰州市毗鄰,北部同鹽城市接壤,是我國人口稠密,經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),發(fā)展速度較快的地區(qū)之一。
南通市有近海海岸濕地36.6萬hm2,海岸線北起海安縣新港閘,南至啟東市連新港,途經(jīng)如東縣、通州區(qū)和海門市濱海地區(qū),全長216 km(圖1),其中如東、啟東兩縣(市)海岸線較長,而海安、通州、海門等縣(市、區(qū))海岸線較短。
南通市海岸帶的生物資源多樣,沿海濕地有浮游動(dòng)物近100種、底棲動(dòng)物300余種;其中被列入國家一級(jí)重點(diǎn)保護(hù)的魚類有2種、兩棲類5種、爬行類22種、哺乳類6種;鳥類有228種,其中屬國家二級(jí)保護(hù)的鳥類20種,省級(jí)保護(hù)的鳥類115種,被列入《中國瀕危動(dòng)物紅皮書》的鳥類9種。植物有20個(gè)科52個(gè)屬66個(gè)種。
南通市海岸帶自然資源豐富,有著巨大的開發(fā)潛力。隨著一輪又一輪的沿海大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施,濱海地區(qū)將面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn),如何正確處理好濱海地區(qū)保護(hù)管理與開發(fā)利用、當(dāng)前開發(fā)和長遠(yuǎn)發(fā)展等的關(guān)系已成為迫在眉睫的問題。
2 數(shù)據(jù)來源及研究方法
2.1 數(shù)據(jù)來源及處理軟件
本研究選用Landsat衛(wèi)星的TM和ETM遙感影像為主要數(shù)據(jù)源,具體為1991年7月23日的TM影像(軌道號(hào)為path118row038,path119row037和path119row038,分辨率70 m);2000年4月27日的ETM影像(軌道號(hào)同上,分辨率30 m);2010年9月21日的ETM影像(軌道號(hào)同上,分辨率30 m,經(jīng)過ETM條帶修復(fù));所有的遙感影像都進(jìn)行幾何校正。其他資料包括南通市行政區(qū)劃圖、南通市土地利用現(xiàn)狀圖以及2010年南通市濕地資源現(xiàn)狀普查數(shù)據(jù)與普查報(bào)告等。處理數(shù)據(jù)的軟件采用ENVI 4.8和Arc Map 10.0和GIS。
2.2 數(shù)據(jù)處理
2.2.1 遙感圖像處理 借助于2010年遙感影像,應(yīng)用ENVI 4.8軟件對南通市行政區(qū)劃圖進(jìn)行幾何校正配準(zhǔn)后,提取行政區(qū)邊界作為感興趣區(qū)(ROI),用ROI對拼接(應(yīng)用ENVI 4.8軟件的Mosaic工具)后的遙感影像進(jìn)行裁剪,得到南通市區(qū)域在1991年、2000年和2010年三個(gè)時(shí)期對應(yīng)的遙感影像。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行2010年南通市區(qū)域遙感圖裁剪,得到2010年南通市濱海地區(qū)遙感影像,并將此裁剪的感興趣區(qū)轉(zhuǎn)換為Shp文件,以此文件對1991年與2000年的南通市區(qū)域遙感圖進(jìn)行裁剪,得到相應(yīng)時(shí)期的濱海地區(qū)遙感影像,以保證三個(gè)時(shí)期的濱海地區(qū)邊界完全一致。在影像裁剪中,考慮到濱海地區(qū)在20年的時(shí)間跨度里景觀格局變化可能比較大,因此圖像右側(cè)即海域部邊界線劃分適當(dāng)放寬范圍,包含了一部分淺海區(qū)域,從而保證三個(gè)時(shí)相中潮間鹽水沼澤的完整性。左側(cè)濱海地區(qū)陸地部分主要是根據(jù)南通市濱海地區(qū)土地利用現(xiàn)狀,選取2010年影像中呈現(xiàn)的主要濱海水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)及圍攔海區(qū)域綜合考慮地塊的完整性進(jìn)行劃分的。根據(jù)遙感影像不同波段組合效果的比較,參考有關(guān)文獻(xiàn)[1-3],應(yīng)用4、5、3波段(可見光+近紅外+中紅外)組合進(jìn)行遙感影像RGB合成,合成后的圖像色彩反差大,層次豐富,具有較好的目視解譯效果。
2.2.2 景觀類型 根據(jù)研究目的的需要,結(jié)合南通市2010年濕地普查的成果[4],本研究將南通市濱海地區(qū)景觀分為2大類,即陸域景觀與海域景觀,具體包含7種類型,分別是淺海海域,潮間鹽水沼澤、淤泥質(zhì)海灘、三角洲(沙洲、沙島)、水產(chǎn)養(yǎng)殖場、濱海建設(shè)用地、陸域其他類型用地(包括植被、農(nóng)用地、居民點(diǎn)等)。其中前4種屬于海域景觀,后3種是陸域景觀。
2.2.3 遙感影像景觀分類及人工解譯 在ENVI 4.8軟件支持下,采用支持向量機(jī)分類方法對三個(gè)時(shí)期南通市濱海地區(qū)遙感影像進(jìn)行監(jiān)督分類,經(jīng)過Sieve、Clump等分類處理后,得到濱海地區(qū)景觀分類的初步圖像。在ENVI 4.8軟件中將分類圖轉(zhuǎn)換為矢量圖后導(dǎo)入Arc Map 10.0軟件的面積計(jì)算工具,參考南通市土地利用現(xiàn)狀圖、濕地資源普查數(shù)據(jù)及對濱海地區(qū)現(xiàn)場考察的分析,建立南通市濱海地區(qū)各景觀類型遙感解譯標(biāo)志。根據(jù)解譯標(biāo)志,人工修正濱海地區(qū)景觀分類的初步圖像,完善各景觀類型信息,形成三個(gè)時(shí)期的南通市濱海地區(qū)景觀格局分布圖,分別是1991年南通市濱海地區(qū)景觀分布圖(圖2)、2000年南通市濱海地區(qū)景觀分布圖(圖3)、2010年南通市濱海地區(qū)景觀分布圖(圖4)。
7種濱海地區(qū)景觀類型中,淺海海域的劃分僅僅是為了海域一側(cè)邊界確立的需要,而在景觀格局變化分析中并不需要考慮淺海海域,所以在進(jìn)行人工解譯過程中刪除了淺海海域部分。因此三個(gè)時(shí)期的景觀格局分布圖中海域一側(cè)的邊界是不一致的,它代表了各時(shí)期的潮間鹽水沼澤邊界,但不含淺海海域。
3 結(jié)果與分析
應(yīng)用軟件Arc Map 10.0的面積計(jì)算工具,將提取的景觀信息按照景觀類型進(jìn)行分類匯總。得到三個(gè)時(shí)期各類景觀的面積信息,詳情見表1。
3.1 南通市濱海地區(qū)陸域景觀格局變化分析
從表1中可以看出,1991~2010年20年時(shí)間,濱海地區(qū)的陸域面積總體呈現(xiàn)為增加趨勢;其中2000年比1991年增長了62.7%,約8 102 hm2;2010年比2000年增長了84.7%,約17 820 hm2。在1991~2000年間,濱海建設(shè)用地增長幅度相對較低,增長44.1%;水產(chǎn)養(yǎng)殖場用地增長幅度最大,2000年比1991年增長了350.6%;而陸域其他類型用地總面積變化不大,還稍稍減少了5.1%。但在2000~2010年間,水產(chǎn)養(yǎng)殖場用地面積有所減少,降低了21.0%;而濱海建設(shè)用地與陸域其他類型用地的面積增幅都較大,分別比2000年增長了266.3%和174.0%。
從景觀分布圖上來看,從1991到2000年再到2010年,總體來說陸海分界線不斷向海洋方向滲透,擴(kuò)張,具體表現(xiàn)為濱海地區(qū)陸域景觀的總面積在增加。其中前10年變化較慢,濱海地區(qū)陸域面積增長不太明顯,如從圖3上看,僅僅是水產(chǎn)養(yǎng)殖場用地(深色部分)增多,在現(xiàn)在的洋口港附近,多了一個(gè)近似三角形的圍擋區(qū)域(與圖2比較)。而在2000~2010年,南通市濱海地區(qū)陸域部分景觀變化則非常顯著(圖5),整體看陸域面積增幅較大(目測就能發(fā)現(xiàn)),陸域變寬。景觀變化最明顯的是在圖5中圈出的10片區(qū)域,而且這10片區(qū)域基本都是由對潮間鹽水沼澤地區(qū)的圍擋形成的(對比圖3和圖5)。10片區(qū)域中,位置1位于海安縣,位置2、位置3、位置4位于如東縣,位置5位于通州濱海新區(qū),位置6、位置7、位置8、位置9、位置10位于啟東市。10片區(qū)域中,位置10位于長江入??诘暮涌趨^(qū)域,位置4和位置7分別是在建的洋口港與呂四港。從圖5我們還能看到,已經(jīng)圍擋的部分區(qū)域(位置3、位置4、位置7)因?yàn)檫€正在建設(shè),所以2010年的遙感影像仍然呈現(xiàn)出潮間鹽水沼澤的景觀特征,因此從一定意義上來說遙感影像的解譯夸大了2010年濱海建設(shè)用地的面積。
3.2 南通市濱海地區(qū)海域景觀格局變化分析
與陸域景觀變化相反,濱海地區(qū)海域景觀面積在逐漸減少,其中1991~2000年減少較慢,2000年比1991年減少了23.6%;而2000~2010年減少較快,2010年僅為2000年面積的50.6%。
從1991~2000年,潮間鹽水沼澤、三角洲(沙洲、沙島)、淤泥質(zhì)海灘分別減少了15.8%,53.3%,78.4%;而在2000~2010年,潮間鹽水沼澤減少了57.2%,三角洲(沙洲、沙島)和淤泥質(zhì)海灘反而有所增加,這主要是由于在建的部分圍擋區(qū)域(圖5中的位置3和位置4)周圍的部分出現(xiàn)淤泥造成的。
3.3 南通市濱海地區(qū)景觀格局變化驅(qū)動(dòng)力分析
南通市濱海地區(qū)陸域景觀面積在不斷增加,海域景觀面積尤其是潮間鹽水沼澤區(qū)域面積在不斷減少,且減少的幅度相當(dāng)大,海陸分界線位移明顯;個(gè)中原因主要由兩方面構(gòu)成。
一是自然原因造成海岸帶淤積,南通市海岸線均屬粉沙淤泥質(zhì)海岸類型,其中有70%以上的岸線為淤漲岸段(從海岸線北端至啟東市北面部分)[5-7],1954~1984年間淤漲岸段淤漲率為每年60 m左右[5],由此可以粗略估算自然原因帶來的海岸帶淤積貢獻(xiàn)率。根據(jù)1991~2010年的南通市濱海地區(qū)陸域景觀面積變化情況,對該時(shí)期陸域景觀面積變化的自然因素與人為因素進(jìn)行了估算,結(jié)果見表2。表2顯示,南通市濱海地區(qū)陸域景觀面積增加的部分是由于南通市濱海地區(qū)自然特性所決定的,尤其在1991~2000年間,陸域景觀面積的增加基本上都是由海岸帶淤積造成的(表2中出現(xiàn)的自然原因帶來的面積變化數(shù)值大于陸域景觀實(shí)際增加總面積數(shù)值的情況可能是由于遙感影像解譯誤差造成的,也不排除海岸帶自然淤積面積估算存在誤差的可能),而在2000~2010年間,自然原因?qū)﹃懹蚓坝^面積增加的貢獻(xiàn)率也在50%以上。所以在分析南通市濱海地區(qū)景觀格局變化的驅(qū)動(dòng)力時(shí),對自然因素不容忽視。
二是沿海開發(fā)進(jìn)程加快了陸域景觀格局的變化,加劇了潮間鹽水沼澤的減退,尤其在圖5中所示的圍擋規(guī)整的10個(gè)區(qū)域,與南通市從1991年以后所經(jīng)歷的三次沿海大開發(fā)建設(shè)浪潮密不可分。1996年,江蘇省提出了發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì),建設(shè)“海上(江)(部)”的跨世紀(jì)發(fā)展戰(zhàn)略。通過對潮間帶灘地的開發(fā)利用,建成了一批貝類養(yǎng)護(hù)基地、紫菜養(yǎng)殖加工基地,這與2000年遙感影像所呈現(xiàn)的水產(chǎn)養(yǎng)殖場面積大幅增加是相吻合的(圖3)。2001年,江蘇省又提出了新一輪“灘涂開發(fā)工程”,項(xiàng)目的目標(biāo)是增加糧食年生產(chǎn)能力,把昔日的荒灘變成巨大的“糧倉”和“魚塘”,這也與2010年遙感影像所呈現(xiàn)的包括農(nóng)用地在內(nèi)的陸域其他類型用地大面積增加是相一致的(圖4)。按照2009年國家發(fā)改委編制的《江蘇沿海地區(qū)發(fā)展規(guī)劃》,江蘇省將重點(diǎn)對海岸潮間帶和潮下帶灘涂、高程在理論基準(zhǔn)面2 m以上的海域?yàn)┩窟M(jìn)行圍填開發(fā),規(guī)劃到2020年,圍填18萬hm2海域?yàn)┩?。作為江蘇省沿海三城市之一,規(guī)劃方案明確了南通市將重點(diǎn)實(shí)施洋口港和呂四-東灶港周邊等多個(gè)灘涂圍墾綜合開發(fā)區(qū)建設(shè),所以在2010年的遙感影像中顯示出有部分在建工程出現(xiàn)(圖4)。
從景觀格局變化的人為驅(qū)動(dòng)力分析可以看出,南通市濱海地區(qū)景觀變化的趨勢和幅度是與沿海開發(fā)的導(dǎo)向、力度息息相關(guān)、密不可分的。隨著沿海開發(fā)大戰(zhàn)略的全面展開,作為眾多野生動(dòng)物與植物棲息地的自然景觀,濱海地區(qū)尤其是濱海濕地必然面臨著十分嚴(yán)峻的考驗(yàn)。
4 小結(jié)與討論
1)總體來說,南通市濱海地區(qū)在1991~2010年期間陸域景觀面積不斷增加,海域景觀面積持續(xù)減少,海陸分界線不斷向海洋方向移動(dòng)。其中1991~2000年間變化幅度小,2000~2010年間變化幅度大。
2)南通市濱海地區(qū)景觀格局變化的驅(qū)動(dòng)力包括自然和人為兩方面的因素。且自然淤積帶來的陸域景觀面積變化非??捎^,可見南通市濱海地區(qū)是可以進(jìn)行適度開發(fā)的。
3)南通市濱海地區(qū)景觀格局演化的總體趨勢與沿海開發(fā)的政策導(dǎo)向和建設(shè)開發(fā)力度是相一致的。
4)濱海地區(qū)具有生物多樣性豐富、生產(chǎn)力高且生態(tài)效應(yīng)大、潛在經(jīng)濟(jì)值大的特點(diǎn),不科學(xué)的填海造地、圍灘造田盡管增加了土地資源,但卻對海洋資源造了嚴(yán)重破壞。所以在進(jìn)行沿海開發(fā)時(shí),包括開發(fā)方式、開發(fā)范圍、開發(fā)速度及力度等在內(nèi)的開發(fā)方案制定與實(shí)施需慎之又慎,以避免造成不可逆轉(zhuǎn)的不良后果。
參考文獻(xiàn):
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【關(guān)鍵詞】緩坡方程;CGWAVE;波浪傳播;航道
1 前言
航道開挖對波浪傳播有何影響,以前缺乏專門系統(tǒng)的研究。在港口工程設(shè)計(jì)波浪的推算中,均不考慮航道的作用,而認(rèn)為海底是平緩的,忽略航道的作用。但自1987年煙臺(tái)港西港池二期工程開始,國內(nèi)對這一問題逐步重視起來,發(fā)現(xiàn)航道對波浪產(chǎn)生一定的折射作用;認(rèn)為忽略航道作用的存在,對港內(nèi)泊穩(wěn)和防護(hù)建筑物設(shè)計(jì),在某種情況下是偏于安全的,但在另一種情況下有可能偏于危險(xiǎn)。
航道對波浪的作用主要表現(xiàn)在波浪的折射、發(fā)散穿越和會(huì)聚等內(nèi)容上。同時(shí)外海波浪傳入近岸淺水地區(qū)時(shí),受多種因素的影響,將產(chǎn)生一系列復(fù)雜的變化。為綜合反映這些現(xiàn)象,需要建立較復(fù)雜的綜合考慮折射、繞射和反射的波浪數(shù)學(xué)模型。緩坡方程數(shù)學(xué)模型成功地將折射數(shù)模和繞射數(shù)模統(tǒng)一起來,在忽略繞射作用時(shí)可化為折射方程,在水深不變時(shí)可化為繞射方程,在水深很淺時(shí)又與淺水長波方程一致,故可適用于任意水深下小振幅波浪的折射、繞射和反射聯(lián)合計(jì)算。
由于在實(shí)際工程中往往遇到波浪長距離傳播的問題,波浪傳播距離可達(dá)數(shù)十公里以上,這時(shí)直接應(yīng)用緩坡方程仍有困難。為便于工程應(yīng)用,人們在緩坡方程的基礎(chǔ)上發(fā)展了一系列便于求解的緩坡方程的近似形式,如如拋物型、雙曲型和橢圓型等。其中橢圓型方程近似是在實(shí)際工程中尤其是大水域波浪傳播問題中應(yīng)用最為廣泛的近似形式之一。
2 CGWAVE穩(wěn)態(tài)緩坡方程數(shù)學(xué)模型
本文的是國際上先進(jìn)成熟的CGWAVE模型(Coastal Surface Water Wave Model of the Mild Slope Equation)。CGWAVE模型是美國工程兵團(tuán)研究與發(fā)展中心(ERDC)海岸與水動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室(CHL)與美國緬因大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的地表水計(jì)算軟件SMS中的模塊之一,充分考慮了波浪的折射、繞射、反射、底摩擦耗散、波破碎以及非線性等因素。
2.1 控制方程
其控制方程的基本形式如下:
(1)
式中C、Cg分別表示波速和波群速, 表示波勢,k表示波數(shù),ω為角頻率,F(xiàn)為波能變化因子,。
方程(1)考慮了波浪折射、繞射和反射等因素。當(dāng)同時(shí)考慮摩擦耗散和波浪破碎因素時(shí),上述方程可改寫為:
(2)
式中w是摩擦因子,可以用下式求得:
(3)
γ是波浪破碎參數(shù),可用下式求解:
。 (4)
此時(shí)由于相對水深較小,波浪的非線性效應(yīng)相當(dāng)顯著,以至于明顯影響波浪的傳播變形,故模型引入非線性修正的色散關(guān)系式如下:
, (5)
其中
, (6)
。 (7)
2.2 邊界條件
邊界條件分為兩種。
1)入射邊界條件:
(8)
φi表示入射波勢,φr表示反射波勢,n為入射波向。
2)透射及反射邊界條件:
(9)
式中 為波向與邊界法向間夾角,γ為反射參數(shù),由下式計(jì)算
(10)
(11)
(12)式中R為振幅衰減因子(反射系數(shù)),δ為相位差。γ=0時(shí)為全反射邊界,γ=1時(shí)為全透過邊界。
2.3 求解方式
模型采用有限元方法來求解橢圓型緩坡近似方程,同時(shí)聯(lián)立迭代方法對方程進(jìn)行離散化處理,直至收斂精度滿足要求,從而能解決較大空間區(qū)域的波浪模擬問題。
3 模型建立
本文選用的港口及其航道布置圖參見圖1,所建立的模型計(jì)算范圍是自航道前端至碼頭岸邊。
本文首先建立不考慮航道開挖時(shí)的波浪計(jì)算模型。模型地形考慮了防波堤的存在,但不考慮航道和港內(nèi)回旋水域的開挖,生成的模型地形及有限元網(wǎng)格剖分圖見圖2(左:無航道開挖)。其中生成的有限元網(wǎng)格數(shù)為110698個(gè),網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)為55846個(gè),網(wǎng)格大小為25-55 m。
為比較航道開挖前后的波浪要素的變化,我們利用CGWAVE模型進(jìn)行了該港口考慮航道和回旋區(qū)開挖時(shí)的波浪推算工作。圖2(右:有航道開挖)為考慮航道開挖后的模型地形及有限元網(wǎng)格剖分圖。
圖1 港口模型計(jì)算范圍
圖2 模型地形與有限元網(wǎng)格圖(左:無航道開挖;右:有航道開挖)
4 結(jié)果及分析
為了反映航道對波浪傳播的影響與不同方向的波浪入射的關(guān)系,考慮到航道方向近似東南方向,所以我們選用SE方向和S方向的來浪作為航道前端的入射波浪,其中SE方向的波浪有效波高Hs為7.4 m,平均周期 為12.5 s;S方向的波浪有效波高Hs為6.5m,平均周期 為11.1s。同時(shí)考慮2.94 m的潮位,兩個(gè)方向在考慮航道開挖前后的計(jì)算結(jié)果對比見圖3和圖4。
通過比較航道開挖前后的波高分布圖,可以得出SE方向來波在考慮開挖航道和回旋區(qū)域后,防波堤前端波高因入射波浪與航道內(nèi)折射的波浪會(huì)聚而增大。
開挖航道后,S方向的波浪會(huì)穿越航道和回旋區(qū)進(jìn)入碼頭內(nèi),使得防波堤前和碼頭內(nèi)整體波高減小,在沿波浪傳播方向的局部地區(qū)波高增加,從而造成防波堤前端波高減小。
圖3 SE方向波高分布圖(左:無航道開挖,右:有航道開挖)
圖4 S方向波高分布圖(左:無航道開挖,右:有航道開挖)
參考文獻(xiàn):
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Abstract:It takes the Suzhou-Nantong ChangJiang highway bridge for example in this paper to research the impact Factor and design tide of the ChangJiang estuary. Because the measured data is shortage and fragmented and the tidal level series is relatively complete of the bridge river, we overview of the physical relations between the tidal flow and tidal level, explorate the projection method of the tidal flow by correlation analysis between tidal flow and tidal level, solute the practical problems creativity
1.設(shè)計(jì)潮流研究現(xiàn)狀
感潮河段的水流隨潮汐而呈來回往復(fù)運(yùn)動(dòng),因此其設(shè)計(jì)潮流量或潮流速應(yīng)按漲潮和落潮分別計(jì)算。若研究河段具備長系列潮流觀測資料,還是可以采用頻率分析方法計(jì)算其設(shè)計(jì)值。但由于感潮河段水流的復(fù)雜性增加了觀測的難度,我國大部分感潮河段的潮流觀測資料非常少,有的是迫于工程實(shí)踐的需要臨時(shí)組織觀測,次數(shù)非常有限,有的是近十幾年才開始斷斷續(xù)續(xù)的觀測,而且在風(fēng)大、浪高、流急的風(fēng)暴潮期間,未能進(jìn)行潮流觀測。
目前,對于缺乏長系列流量資料的感潮河段,通常采用設(shè)計(jì)潮型潮流數(shù)學(xué)模型模擬法或設(shè)計(jì)潮型定床河工模型試驗(yàn)法推求設(shè)計(jì)潮流量,即首先確定各種上、下邊界設(shè)計(jì)潮型遭遇組合的概率,然后采用潮流數(shù)模計(jì)算或定床河工模型試驗(yàn)得出不同邊界組合相應(yīng)的最大漲(落)潮流量,認(rèn)為該最大漲(落)潮流量具有與產(chǎn)生它的邊界組合相同的出現(xiàn)概率,因每一種組合均對應(yīng)一個(gè)最大漲(落)潮流量與一個(gè)概率,從而建立最大漲(落)潮流量的概率分布,推求不同頻率的設(shè)計(jì)潮流量。在確定上、下邊界的組合概率時(shí),有的按兩者相互獨(dú)立處理,即組合概率等于上、下邊界各自概率的乘積;有的按兩者同頻率處理,即組合概率等于上邊界概率等于下邊界概率;有的建立上、下邊界的聯(lián)合分布模型確定聯(lián)合概率。該類方法存在以下幾個(gè)方面的問題:(a)設(shè)計(jì)潮位過程的推求目前尚不成熟,真正需要的是指定頻率的設(shè)計(jì)潮位過程,實(shí)際推求中只能以指定頻率的個(gè)別潮汐特征(如位)為控制進(jìn)行典型潮位過程的放大,其中存在較大的任意性,致使以設(shè)計(jì)潮位過程為邊界數(shù)模計(jì)算所得或物模試驗(yàn)所得潮流量及潮流速帶有任意性;(b)上下邊界的設(shè)計(jì)潮位過程往往既不完全相關(guān),也不完全獨(dú)立,建立聯(lián)合概率分布分析不同邊界遭遇的概率比較困難;(c)上下邊界遭遇的概率能否等同于該組合下橋軸斷面潮流量數(shù)值的發(fā)生概率還值得商榷。
2.橋位河段河道概況
蘇州至南通長江公路大橋位于江蘇省東部長江下游的澄通河段下段――南通河。江南為蘇州,江北為南通市。蘇通長江公路大橋工程可行性研究階段選定的東線橋址位于南通市下游約38km處徐六涇節(jié)點(diǎn)段。
隨著長江河口區(qū)向海洋延伸和自然縮窄,及長期河道整治,近百年來,橋位河段已從歷史上寬淺、擺動(dòng)較劇烈的大河彎型演變?yōu)槟壳皟蓚€(gè)平順銜接、連續(xù)反向、宏觀河勢較為穩(wěn)定的“S”型河道。狼山沙東水道河道順直,主深槽緊靠狼山沙東側(cè),沙頭略有后退。近年來,狼山沙尾部已逼近徐六涇節(jié)點(diǎn)段深槽,并漸趨勢定。在狼山沙東側(cè)受沖的同時(shí),新開沙西側(cè)向外擴(kuò)展,并向下延伸。狼山沙東、西水道和通州沙西水道三汊水流匯合后,頂沖徐六涇節(jié)點(diǎn)段后進(jìn)入河口段南、北支。徐六涇以下的崇明島將長江主流分入南、北兩支。北支分泄長江徑流不足5%,以漲潮動(dòng)力為主,河床寬淺、沙洲眾多。南支從白茆河口至七丫口為白茆沙水道,并被白茆沙分為南、北水道。
3.設(shè)計(jì)潮流量及潮流速的推求
3.1潮流量與潮位要素的相關(guān)分析
由于感潮河段的水流呈往復(fù)式運(yùn)動(dòng),一個(gè)潮流期包括漲潮、落潮兩個(gè)階段,徑流對漲潮和落潮的作用不同,因此分漲潮、落潮兩個(gè)階段
3.1.1漲潮流量與潮位要素的關(guān)系分析
3.1.2落潮流量與潮位要素的關(guān)系分析
3.2相關(guān)法推求設(shè)計(jì)潮流量
3.2.1設(shè)計(jì)年最大漲潮流量的推求
將逐年徐六涇站的最大漲潮潮差代入式(3-1)得到年最大漲潮流量系列,對該系列進(jìn)行頻率計(jì)算即可求得不同設(shè)計(jì)頻率相應(yīng)的設(shè)計(jì)年最大漲潮流量,計(jì)算結(jié)果見表3-1,頻率曲線見圖1。
3.2.2設(shè)計(jì)年最大落潮流量的推求
將逐年天生港發(fā)生最位時(shí)徐六涇站的落潮潮差和天生港低潮位代入式(3-2)求得年最大落潮流量。對該系列進(jìn)行頻率計(jì)算即可求得不同設(shè)計(jì)頻率相應(yīng)的設(shè)計(jì)年最大落潮流量,計(jì)算結(jié)果見表3-2,頻率曲線見圖2。
3.3設(shè)計(jì)年最大潮流速的推求
3.3.1設(shè)計(jì)年最大垂線平均流速的推求
2。設(shè)計(jì)年最大垂線平均落潮流速的推求
由各代表垂線最大點(diǎn)流速與平均流速的換算系數(shù),可以推求由設(shè)計(jì)垂線平均流速得到相應(yīng)的垂線最大點(diǎn)流速,計(jì)算結(jié)果見表3-5:
3.3.3設(shè)計(jì)斷面平均流速的推求
根據(jù)資料按漲潮、落潮分別建立最大流量與最大斷面平均流速的相關(guān)關(guān)系。與相應(yīng)樣本值作比較,統(tǒng)計(jì)誤差及保證率,發(fā)現(xiàn)相關(guān)性較高,將各次的自變量(潮流量)代入各自的相關(guān)方程計(jì)算出回歸最大斷面平均潮流速,結(jié)果見表3-6:
4.總結(jié)
感潮河段潮位和潮流量關(guān)系極其復(fù)雜,為尋求潮位要素與潮流量的關(guān)系,本文經(jīng)過分析研究,通過98個(gè)實(shí)測漲、落潮流量資料和97個(gè)實(shí)測上、下邊界資料經(jīng)模擬計(jì)算得到的潮流量資料。首先分析了位、潮差、上游來水(以相應(yīng)低潮位表示)與漲、落潮流量的關(guān)系。經(jīng)分析研究表明:漲潮流量僅與漲潮潮差有關(guān),與相應(yīng)低潮位無關(guān);落潮流量與落潮潮差、相應(yīng)低潮位均有關(guān),建立落潮流量與徐六涇落潮潮差、相應(yīng)天生港低潮位的關(guān)系,具有較好關(guān)系。同時(shí)直接建立落潮流量與徐六涇最位的關(guān)系,同樣獲得了較好的關(guān)系。但精度沒有前者高。本次計(jì)算采用精度高的落潮流量與徐六涇落潮潮差、相應(yīng)天生港低潮位的關(guān)系,推求歷年最大落潮流量系列。目前,我們采用了1996、1997、1998和1999年實(shí)測和由非恒定流計(jì)算的漲、落潮資料,分別建立了漲潮潮差與最大漲潮流量的關(guān)系,相關(guān)系數(shù)達(dá)0.93;最位與最大落潮流量的關(guān)系,相關(guān)系數(shù)達(dá)0.94。由實(shí)測資料分析年最位發(fā)生時(shí)間與年最大落潮流量發(fā)生時(shí)間基本一致。由此關(guān)系用1000多個(gè)潮汐要素推算47年最大漲潮流量序列和年最大落潮流量序列進(jìn)行頻率計(jì)算,求出設(shè)計(jì)年最大漲潮流量和年最大落潮流量,成果可靠。
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關(guān)鍵詞:懸浮隧道錨索;渦激振動(dòng);數(shù)值模擬;動(dòng)網(wǎng)格
中圖分類號(hào):U459.5
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
文章編號(hào):1674-4764(2013)03-0051-06
Parametric Analysis of the Cables Vortex-Induced
Vibration of Submerged Floating Tunnel
Luo Gang, Zhou Xiaojun,Wang Shuang
(MOE Key Laboratory of Transportation Tunnel Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, P.R.China)
Abstract:
The cables motion was modeled by a spring-mass-damper system. The flow field was calculated by RSM combined with the enhanced wall function model and the vibration equation of the cable was solved by the Four Step Runge-Kutta Algorithm, which was written into FLUENT software to be analyzed. It was adopted to analyse the factors influencing vortex-induced vibration of submerged floating tunnel cable, such as mass ratio, damping ratio of the cable and whether to consider streamline movement. The main conclusion included: mass ratio has little influence on the transverse vortex induced vibration amplitude of the cable, but has a big influence on the region of the reduced velocity; damping ratio almost has little influence on the region of the reduced velocity of cables viv, but has an influence on the cables vibration amplitude significantly; In the case of low-mass ratio, considered the impact of the cable streamline movement, the transverse vortex-induced vibration amplitude is bigger than not considered the case.
Key words:
submerged floating tunnel cable; vortex-induced vibration; numerical simulation; dynamic mesh
水中懸浮隧道,其英文名稱為Submerged Floating Tunnel,簡稱SFT,又稱Archimedes橋[1]。顧名思義,這種隧道結(jié)構(gòu)既不位于地層中也不穿過地層,而是懸浮在水面下一定深度,主要依靠自身結(jié)構(gòu)的浮力或支持系統(tǒng)保證其在固定的位置,是一種跨越深水道的新概念。按照支撐方式的不同,懸浮隧道可分類為:下墩立柱式、下錨(錨索)式和水面浮筒式[2]。錨索式懸浮隧道對水下基礎(chǔ)的工程地質(zhì)條件的適應(yīng)性強(qiáng),由于其柔性支撐,對地震、海嘯等自然災(zāi)害的抵御能力強(qiáng),具有相當(dāng)廣闊應(yīng)用前景。
錨索類似于海洋工程領(lǐng)域的拖纜、立管和張力腿等柔性海洋結(jié)構(gòu)物,渦激振動(dòng)(Vortex Induced Vibration,VIV)是此類結(jié)構(gòu)物疲勞損壞的根源,錨索系統(tǒng)的渦激振動(dòng)分析是懸浮隧道結(jié)構(gòu)分析的重要組成部分。根據(jù)aimy線性微幅波理論,波浪力隨著水深成指數(shù)衰減,懸浮隧道一般置于水下30 m左右,此深度錨索的波浪力與水流力相比為微量[3]。因此,本文簡化處理只考慮均勻流誘發(fā)的漩渦導(dǎo)致錨索動(dòng)力響應(yīng)。
隨著計(jì)算流體力學(xué)(CFD)和多場耦合技術(shù)的發(fā)展,渦激振動(dòng)的預(yù)報(bào)模式出現(xiàn)了2個(gè)分支:1)基于經(jīng)驗(yàn)參數(shù)模式;2)基于CFD預(yù)報(bào)模式。前者,流體力系數(shù)由系列實(shí)驗(yàn)提取,將其按無量綱振幅與折合速度頻率整理成數(shù)據(jù)表,采用樣條曲線外推內(nèi)插的方法擬合為公式,用于VIV的預(yù)報(bào)。在經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)模型中,具有代表性的是Harlten和Currie創(chuàng)立的尾流振子模型;基于CFD的VIV研究分為:渦方法[4],RANS方法[5],LES方法[6],以及DNS法。4類方法的計(jì)算量依次增加,對計(jì)算機(jī)硬件要求越高,精度越高。其中,DNS法由于網(wǎng)格質(zhì)量要求極高,目前只用于Reynold數(shù)低于O(104)的情況,離散渦方法對渦粘模式簡化形式?jīng)Q定了其計(jì)算精度,更多的研究集中在基于RANS和LES模式流體力系數(shù)的求解與結(jié)構(gòu)分析耦合的VIV研究。
對于懸浮隧道錨索渦激振動(dòng)研究成果主要表現(xiàn)在基于經(jīng)驗(yàn)參數(shù)計(jì)算方法,麥繼婷等[7]、葛斐等[8]、陳健云等[9]先后采用Morison方程計(jì)算錨索的流體力,通過Galerkin法和Hamilton原理求解振動(dòng)方程,計(jì)算錨索渦激振動(dòng)響應(yīng),并未考慮到錨索與流體之間的耦聯(lián)作用。本文首次將數(shù)值模擬方法和多場耦合技術(shù)引入錨索渦激振動(dòng)分析。
1基本方程和計(jì)算模型
1.1基本方程
1.1.1流體控制方程將Naviar-Stokes方程中瞬時(shí)變量分解成平均量和脈動(dòng)量2部分,利用雷諾應(yīng)力法得到的動(dòng)量方程和連續(xù)性方程如下式:
1.2計(jì)算模型
二維切片法是海洋立管和張力腿渦激振動(dòng)分析方法,其核心是將三維結(jié)構(gòu)系統(tǒng)簡化為多質(zhì)點(diǎn)的彈簧質(zhì)量阻尼的二維剛性體系。本文將此法引入懸浮隧道錨索的渦激振動(dòng)分析,錨索等效模型如圖1(a)所示。
流場計(jì)算采用網(wǎng)格計(jì)算區(qū)域?yàn)?0D×40D的矩形,結(jié)構(gòu)中心位于笛卡爾坐標(biāo)原點(diǎn),上(下)邊界和左邊入口邊界到結(jié)構(gòu)中心的距離為10D;右邊出口邊界到結(jié)構(gòu)中心的距離為30D。模型邊界條件為:進(jìn)口采用速度入口邊界(inlet);出口采用自由出流邊界(outflow);上下邊界采用自由滑移邊界(symmetry);結(jié)構(gòu)壁面采用無滑移邊界(wall),邊界條件、網(wǎng)格尺寸和計(jì)算區(qū)域的大小等無關(guān)性驗(yàn)證同Kelkar[11]和Stansby[12]。網(wǎng)格分布為:錨索周圍2D范圍采用結(jié)構(gòu)化邊界層網(wǎng)格,邊界層網(wǎng)格相對結(jié)構(gòu)靜止且隨結(jié)構(gòu)一起振動(dòng);遠(yuǎn)壁面采用可變形的三角形非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,并利用尺寸函數(shù)控制網(wǎng)格的合理分布。近壁面網(wǎng)格如圖1(b)所示。流場求解采用RSM湍流模型結(jié)合增強(qiáng)壁面函數(shù)法。速度與壓力耦合方程采用SIMPLEC算法,對流項(xiàng)采用二階迎風(fēng)格式。
具體耦合迭代模式為:在某一流場計(jì)算時(shí)間步Δt內(nèi),求解流場控制方程(1)得到錨索壁面壓力分布,并將表面壓力沿坐標(biāo)軸投影得到錨索的升力FL(t)和FD(t),采用UDF(user defined function)編寫的四階Runge-Kutta法嵌入FLUENT求解方程式(3)和(4),得到下一迭代步開始時(shí)刻錨索的速度和位移,通過FLUENT中動(dòng)網(wǎng)格宏DEFINE_CG_MOTION將錨索運(yùn)動(dòng)速度傳遞給網(wǎng)格,網(wǎng)格運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致流場參數(shù)改變,進(jìn)入下一迭代步計(jì)算,如此循環(huán)反復(fù)迭代。
2結(jié)果分析
2.1算法驗(yàn)證
對比各種擬建懸浮隧道方案,選取錨索的主要參數(shù)如表2所示。
根據(jù)Feng[13]及Khalak等[14]的實(shí)驗(yàn),彈性支撐的低質(zhì)量比剛性柱體的渦激振動(dòng)幅值隨約化速度U*的增加,表現(xiàn)為初始分支(initial branch)、上端分支(upper branch)和下端分支(lower branch)。為驗(yàn)證本文算法的可行性,圖2給出錨索渦激振動(dòng)的無量綱幅值(Ymax/D)隨U*變化,并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果和其他算法進(jìn)行比較分析。
由圖2可知,數(shù)值計(jì)算無量綱振幅與Juvtis等[15]試驗(yàn)結(jié)果在初始分支和下端分子吻合較好,進(jìn)一步驗(yàn)證本文算法可行性;在約化速度U*=6.5時(shí),本文計(jì)算下端分支最大振幅為Ymax/D=0.646,Juvtis等試驗(yàn)結(jié)果下端分支最大值為Ymax/D=0.623,出現(xiàn)在約化速度U*=7.8。黃智勇等[16]數(shù)值計(jì)算結(jié)果比本文結(jié)果略小。
2.2質(zhì)量比影響分析
假定ζ=0.001 8,保持剛度和直徑不變的條件下,通過改變錨索的密度,調(diào)整M*=2.4、7.8、20時(shí),圖3給出了3種質(zhì)量比錨索渦激振動(dòng)幅值隨約化速度U*的變化。
從圖3可以看出,錨索橫向位移最大值(振幅)隨著約化速度先增加,之后渦激共振幅值保持在一定范圍內(nèi),在U*超過渦激振幅的范圍時(shí),錨索渦激振動(dòng)幅值明顯減少。在渦激共振區(qū)域,錨索渦激橫向振幅隨著質(zhì)量比的變化不是很明顯,幾乎保持在一定幅值范圍內(nèi),不同的質(zhì)量比渦激共振區(qū)域不同,質(zhì)量比M*=2.4、7.8和20.0出現(xiàn)渦激共振對應(yīng)的約化速度范圍為:[3.25,11.0]、[4.25,10]和[4.75,10],質(zhì)量比越小,渦激共振范圍越大,錨索更易發(fā)生渦激振動(dòng)。
從圖4可看出,3種不同質(zhì)量比的錨索對應(yīng)的橫向振幅和頻率分別為:0.769 9和1.174 Hz;0.802 5和0.967 Hz;0.778和0.708 Hz。由此可知,在渦激共振區(qū)域,錨索橫向共振頻率隨質(zhì)量比的增加而減少,而橫向振幅與質(zhì)量比的關(guān)系不是很明顯,不同質(zhì)量比渦激共振時(shí)橫向振幅大致在[0.76,0.81]。
2.3阻尼比影響分析
為分析阻尼比對錨索渦激振動(dòng)的影響,假定M*=7.8,ζ=0、0.001 8、0.018條件下,圖5給出了錨索渦激振動(dòng)幅值隨約化速度U*的變化關(guān)系。
從圖5可以看出,錨索橫向位移最大值(振幅)隨著約化速度先增加后減少,當(dāng)4.25
限于篇幅,圖6僅給出了約化速度U*=7.0時(shí),錨索渦激振動(dòng)位移隨時(shí)間的變化關(guān)系。
從位移圖和頻率圖可看出,3種不同阻尼比的錨索對應(yīng)的橫向振幅和頻率分別為:0.855和1.3 Hz;0.821和1.3 Hz;0.628 5和0.986 Hz。由此可知,在渦激共振區(qū)域,錨索橫向振幅隨阻尼比的增加而減少。比較圖6(b)和(c)的頻率圖可知,隨著阻尼比的增加,錨索渦激振動(dòng)頻率由ζ=0.001 8的1.3 Hz下降到ζ=0.018的0.986 Hz,渦激振動(dòng)周期增加。
2.4自由度影響分析
早期對高質(zhì)量比的渦激振動(dòng)研究中通常不考慮流向運(yùn)動(dòng)對橫向振動(dòng)的影響。但是,在低質(zhì)量比的情況下,流向運(yùn)動(dòng)對橫向振動(dòng)的影響不可忽略。Sarpkaya[17]通過對質(zhì)量比為7.0的兩自由度(橫流向和順流向)圓柱體渦激振動(dòng)的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),兩自由度計(jì)算橫向振幅為單自由度計(jì)算結(jié)果的1.1倍。錨索一般采用鋼纜或者高分子纖維材料,其質(zhì)量比小10。因此,有必要對兩自由度(考慮橫向和流向振動(dòng))渦激振動(dòng)進(jìn)行研究。假定ζ=0.001 8,M*=7.8時(shí),圖7給出了錨索渦激振動(dòng)幅值隨約化速度U*的變化關(guān)系。
從圖7可知,在質(zhì)量比m*=7.8時(shí),考慮錨索流向振動(dòng)對橫向振動(dòng)的影響比不考慮流向振動(dòng)影響得到的錨索橫向振幅略有增加。除此之外,考慮流向振動(dòng)影響,錨索橫向振動(dòng)頻率鎖定所對應(yīng)的約化速度范圍略有增加,不考慮流向振動(dòng)時(shí),錨索橫向振動(dòng)頻率鎖定的約化速度范圍為[4.25,9.0],當(dāng)考慮流向振動(dòng)之后,錨索橫向振動(dòng)頻率鎖定范圍變?yōu)閇4.25,10.0]。
限于篇幅,圖8僅給出了約化速度U*=8.0時(shí),錨索渦激振動(dòng)位移隨時(shí)間的變化關(guān)系。
從位移圖和頻率圖可知,單自由度和兩自由度的錨索對應(yīng)的橫向振幅和頻率分別為:0.908 2和1.059 Hz;0.943 3和1.238 Hz。由此可知,考慮流向?qū)M向振動(dòng)的影響時(shí),錨索在渦激共振區(qū)橫向振幅要大于單自由度的情況,考慮錨索流向運(yùn)動(dòng)對橫向振幅的影響,發(fā)生渦激共振時(shí),共振頻率要小于單自由情況。
2.5來流速度影響
為討論流速對渦激振動(dòng)的影響,假定ζ=0.001 8,M*=7.8的情況下,圖9給出了錨索渦激振動(dòng)幅值隨約化速度U*的變化關(guān)系。
從圖9位移圖和頻率圖可知,3種不同約化速度的錨索對應(yīng)的橫向振幅和頻率分別為:0.192和0.971 Hz;0.8401和1.1 Hz;0.021和2.71 Hz。由此可知,在渦激共振U*=6.5時(shí),錨索橫向振幅和頻率均大于非共振情況。圖9(a)、(c)分別為2種典型非共振情況,從圖9(a)可以看出錨索橫向振動(dòng)出現(xiàn)拍的現(xiàn)象,圖9(c)錨索橫向振動(dòng)頻率遠(yuǎn)離結(jié)構(gòu)固有頻率,未發(fā)生渦激共振,橫向位移很小。
3結(jié)論
1)質(zhì)量比也是影響錨索渦激振動(dòng)的重要因數(shù),雖然在低質(zhì)量比條件下,質(zhì)量比幾乎不改變渦激共振時(shí)錨索的橫向振幅,但是質(zhì)量比越小,錨索渦激共振對應(yīng)的約化速度范圍越大,錨索約容易發(fā)生渦激共振。
2)不同的阻尼對錨索橫向渦激振動(dòng)的幅值影響很明顯,隨著阻尼比的增加,錨索渦激共振時(shí)的幅值減小,渦激共振區(qū)域幾乎不隨錨索阻尼的變化而改變。隨著阻尼比的增加,錨索渦激振動(dòng)頻率隨著阻尼比的增加而減少,渦激振動(dòng)周期增加。
3)在懸浮隧道錨索質(zhì)量比較低的情況下,必須考慮錨索的順流向振動(dòng)對錨索橫向振動(dòng)的影響。除此之外,考慮錨索的流向振動(dòng)將使錨索橫向渦激共振區(qū)域變大,導(dǎo)致錨索更易發(fā)生渦激共振。在頻率鎖定區(qū)域,考慮流向運(yùn)動(dòng)時(shí),錨索的橫向振動(dòng)幅值要大于不考慮的情況。
4)渦激共振發(fā)生時(shí),錨索橫向振幅隨約化速度改變幾乎不變化,位移相位發(fā)生改變。流向位移隨約化速度增加而增加。
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