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第三节 河流海岸研究所
日期:2014-08-19点击数:字号:【

南科院河流海岸研究所专门从事水利、水运、水电工程基础理论及应用研究,是国内最早从事潮汐、波浪及河流动力和泥沙模型试验的科研单位;也是水文水资源与水利工程科学国家重点实验室和水利部水科学和水工程重点实验室的重要技术支撑部门之一,依托该所还建有港口航道泥沙工程交通行业重点实验室。中国海洋工程学会办事机构、江苏省海洋湖沼学会工程技术委员会、江苏省水利学会港口航道专业委员会挂靠在该所,主持编辑出版《海洋工程》、《中国海洋工程》(英文版)两部核心期刊。

在该研究领域,南科院已拥有泥沙运动基本规律实验厅、航道实验厅、河口实验厅、港口实验厅、枢纽泥沙实验厅等各类大型实验厅26座,总建筑面积近90000平方米,实验室设备总数52台套,配有由计算机控制的模型生潮系统、波浪发生系统、水流循环系统、动床加沙装置和浑水产生装置,以及数据量测、采集系统、流场摄像处理系统、数据图像编辑处理系统、以及先进的水位仪、流速仪、波高仪、波压力仪、波浪总力仪等。可进行不同河流、河口、港口、水利枢纽工程的水流、潮汐、波浪、泥沙等模型试验研究。还建设了遥感试验室,并配备了相当规模的遥感信息及图像处理设备。

2001-2007年间,在该领域共承担科研项目1494项,获得科研成果787项,公开发表文章488篇。成果获国家科技进步一等奖 1 项,省部级科技进步奖21项;出版的专著有:《Stochastic Theory of Turbulence and Sediment Transport and its Application to 3D Numerical》、《水波相似与模拟》、《山区河流急流滩险航道整治技术研究》、《长江河口跨江大桥桥墩局部冲刷及防护研究》、《粘性土起动及其在工程中的应用》、《丁坝水力学》、《河流海岸模拟测试技术》等

一、基础性、公益性、战略性研究

进入21世纪,南科院在该研究领域承担了大量国家及省自然科学基金、973、863、948、水利科技创新、西部交通建设、青年人才培养基金等纵向研究项目。

2003年申报的国家自然科学基金项目有两项获得立项,其中“黄河中游水库泥沙冲淤的三维数值模拟方法研究” 将为多沙河流兴建枢纽后有关泥沙淤积的预测提供一种新的模拟方法,并为小浪底水库调水调沙运用提供科学的决策依据。该项目研究人员在核心期刊发表了20篇论文,其中SCI收录3篇、EI收录10篇、ISTP收录2篇,结合该基金培养硕士研究生2名、博士研究生2名、博士后2名。2004年申报立项的国家自然科学基金项目“河口海岸模型变率影响研究”,首次进行了5个不同变率的潮流波浪泥沙物理模型试验,绘出了泥沙模型变率的允许范围和偏离程度,在国家核心期刊上发表论文9篇。国家自然科学基金子项目“长江河口盐水入侵规律研究”通过近3年的努力,完成全部内容的研究,该研究内容被纳入“长江口北支盐水倒灌预测”总项目。2007年,成功申请到“渐进式崩岸机理及力学机制的研究”、“非静水压力分布下泥沙启动及推移质输移的动力响应机理研究” 和“苏北黄河三角洲淤蚀变迁与南黄海潮波变化的相互关系”3项国家自然科学基金项目。

2006年,主持完成的973专题“长江中下游水沙、生态、环境综合分析数学模型”项目的研究,是南科院在这方面工作的一个突破,并已在SCIEI检索刊物及国际学术会议上发表了多篇较高质量的学术论文。

2003年,国家科技部科研院所技术开发项目研究“江河崩岸监测及预防和抢护加固新技术研究”完成国内外崩岸问题研究技术水平现状分析、河段崩岸实例调查、崩岸资料数据库的建立和崩岸机理的初步研究,开展了长江下游崩岸的概化模拟试验;研究成果初步揭示了崩岸形成过程中的动力机制,加深了对江河崩岸形成条件与机理的认识,为崩岸预测预报提供了可靠的途径。

承担的国家科技部研究院所社会公益研究专项资金项目“强热带风暴引起的风暴潮模拟和灾害评估”,针对风暴潮灾害对工、农、渔业造成的损失及所面临的风暴潮灾害的防灾减灾问题,从机理上进行了深入的分析研究,建立了三维台风场的中尺度预报、预测模式和风暴潮灾害的数据库及风暴潮灾害损失评估预测数值模式。项目涉及领域广泛,项目成果具有良好的推广应用前景。项目顺利通过专家验收和鉴定。

承担的交通部跨世纪优秀专业技术人才项目“波浪作用下墩柱周围局部冲刷试验研究”,通过室内试验,研究了规则波和不规则波的波高、波长、水深、柱径对墩柱周围冲刷深度的影响,给出了波浪作用下墩柱前最大冲刷深度的计算方法和最大冲刷深度随时间变化的关系,研究了不同的床沙粒径对墩柱前冲淤形态及深度的影响,成果具有创新性,总体上达到了国际先进水平。

世界银行资助的“崩岸防治和护坡技术的开发与研究”项目,通过系统研究,对崩岸机理的成因有了新的认识,有关成果得到了世行专家及国内有关专家的好评。

完成的“948”项目“海岸风暴潮灾害及对策研究”通过水利部组织的验收,获得较高的评价。“海岸风暴潮灾害及对策研究”项目通过对海堤破坏原因进行了综合分析研究,提出了防灾减灾对策;对海堤越浪量、越浪流参数及堤顶和后坡防护问题进行了研究,为我国海堤设计提供了重要参考依据,具有较强的实用性,针对不同结构提出对应最大越浪量、越浪流压强、流速分布和应防护的位置和范围等,具有明显的创新性。

承担的交通部西部建设科技项目“刘家峡库区末端航道整治技术研究”项目,经部级鉴定,总体上达到国际先进水平,其中湖泊型水库航槽摆动的模拟技术处于国际领先水平;《石质急流滩航道整治关键技术研究》与《石质汊流滩航道整治关键技术研究》两个研究项目经部级鉴定,总体上达国际先进水平,并在西部项目工作交流会上得到与会专家的好评;“长江中游典型浅滩治理技术”专题等项目,解决了西部建设项目工程设计中存在的问题,社会效益和经济效益十分显著。

2006年,成功申请到“十一五”国家科技支撑计划项目“三峡水库运用后泥沙与防洪关键技术研究”课题及“苏通大桥工程建设关键技术研究”专题。

参与组织申报的“十一五”国家交通重大专项《离岸深水港建设关键技术》项目,获交通部批准立项,并承担了该专项共11个课题中“风暴潮对港口水陆域及航道安全影响研究”等3个课题。

二、为行业决策和经济社会发展提供技术支撑

针对行业急需解决的关键技术难题,南科院组织科研人员,加强科技创新,努力为行业决策和经济社会发展提供技术支持,社会效益、经济效益十分显著。

2002年承担的国家重点建设工程“长江口深水航道整治二期工程”动床河工模型试验研究,革新了传统的模型加糙方法、试验手段,课题组投入近百万元添置了先进的仪器设备,提高了试验控制、数据采集的测试水平。通过多种方案的模型对比试验,提出了最佳整治方案。在交通部组织的成果审查会上,与会专家不但对研究成果给予了充分的肯定,而且对该模型先进的设备、仪器与试验手段给予了高度评价。

主持完成的“长江口深水航道治理工程方案优化泥沙回淤设计波浪研究”项目是顺利实施长江口深水航道治理工程的重要技术支撑,开创了大型复杂河口系统综合研究的先例,丰富了大型河口航道治理工程的研究经验,完善了河口治理及工程泥沙的理论。研究成果总体上达到了国际先进水平,在大型河口深水航道治理的综合研究方面达到了国际领先水平,获2005年中国航海学会科技一等奖。该研究成果是“长江口深水航道治理成套技术”的重要组成部分,课题组结合长江口深水航道治理工程,又取得了新的研究成果并在工程中应用,获2006年中国航海学会科技特等奖。

“三维紊流泥沙数学模型及其在三峡坝区冲淤计算中的应用” 建立了三维紊流泥沙数学模型,并应用于三峡工程坝区泥沙冲淤问题研究,该模型经专家鉴定研究成果总体达到国际先进水平,其中各向异性紊流应力计算格式、边界处理等达到国际领先水平。承担的《三峡工程上下游引航道冲淤变化的分析及防淤清淤冲沙措施优化试验研究》等3项三峡项目,完成各项研究任务,通过部级验收,并获得较高的评价。

长江下游尤其是南京以下深水海轮航道整治模型试验研究,在交通部“十一五” 规划中,已明确提出12.5m航道到太仓,在不久的将来全部开通南京以下至长江口12.5m深水海轮航道的要求。除长江口航道整治模型外,河港所专门建立了长江下游近口段模型厅,专门研究江阴至吴淞口段福姜沙、通州沙、白茆沙(简称“三沙” )的深水航道整治难题,进一步研究扬中河段的口岸直水道、镇扬河段的和畅洲北汊及仪征等水道不满足12.5m航深的整治关键技术。与此相关,还开展了南京长江二桥、三桥、四桥、润扬、江阴、苏通等长江大桥大型群桩承台桥墩深水基础局部冲刷与桥区河段稳定性研究,模型试验成果直接应用于施工设计。

长江中游浅滩演变分析与整治模型试验研究,对长江中游的芦家河、马家咀、周公堤至天心洲、窑监、马当、东流等浅滩进行了演变分析及数学模型研究;对周公堤至天心洲河段进行了定床和动床模型试验研究,提出了整治方案,长江航道局正按此方案实施整治工程。

长江上游干线及三峡河段港口航道整治研究,分别进行了水富至宜宾、重庆河段及三峡工程变动回水区港口航道整治措施研究,研究成果被长江航道局采用,解决了上游干线航道浅、弯、险的碍航问题。

    通过几十年系统研究完成的“温州浅滩工程波浪潮流泥沙及监测试验研究”项目,系统地研究了瓯江河口水沙运动与河床演变规律,预测了强台风分别与大潮、大洪水遭遇情况下瓯江口围涂工程的淤积强度,模型预测与现有的实测结果符合良好,为温州港的拦门沙航道治理和温州浅滩工程开发和建设提供了重要的科技支撑。

“瓯江南口专题技术开发研究”是浙江省重点项目,该项目集航运、防洪、土地开发利用及生态环境为一体的强潮河口治理的综合性研究项目,是对瓯江口系统的、全面的综合研究,课题组人员精心试验,2007年12月已顺利通过温州市发改委组织的专家评审和验收。研究成果受到了验收委员会专家组的高度评价,为瓯江南口综合整治决策提供了科学依据。

在珠江口港口航道整治模型试验研究方面,河港所对西江龙圩水道、师姑滩、盐蛇滩、长洲枢纽下游的界首滩及三滩等多个浅滩的整治工程进行了定床或定、动床整治模型试验研究。这里有石质急滩,也有沙质浅滩,通过试验研究摸索出了正确选择通航汊道,通过合理布置丁坝等建筑物或开挖断面,适当调整通航汊分流比等整治经验。此外,还进行了磨刀门、虎跳门、崖门及广州港等出海航道的关键技术研究,试验成果均被工程采用,且均取得了预期的效果。

在环渤海湾地区承担了一系列试验研究项目,包括“海河口综合整治规划治导线调整模型试验研究”、“永定新河口综合整治规划治导线调整试验研究”、“天津港东疆和南疆港区规划研究”、国务院第一批循环经济试点工程—北疆电厂等研究项目,其中海河口规划治导线调整已通过水利部批准,永定新河治导线项目通过水规总院技术审查,曹妃甸港区规划方案通过交通部规划研究院的审查。这些项目的研究,为京津唐地区的发展和工程建设提供了技术支撑。

在曹妃甸工程中承担了大量研究工作,完成了港口规划的滩槽稳定性及波浪潮流泥沙数模研究、潮流定床物理模型试验、波浪动床泥沙模型试验,以及曹妃甸挖入式港池和防波堤工程波浪整体物理模型试验、曹妃甸钢铁基地北部及旅游区波浪数学模型等。围绕海河口及永定新河口防洪与港口协调发展,开展了波浪潮流泥沙模型试验研究;并成功解决了京唐港外航道粉沙质骤淤问题;还完成了黄骅港综合港区及20万吨级进港航道模型试验研究任务。唐山市领导多次来南科院访问,给予高度赞扬。承担的“唐山港曹妃甸港区潮汐水流物理模型试验、泥沙运动冲淤趋势分析” 获河北省唐山市科学技术特等奖,同时荣获河北省“曹妃甸工程建设突出贡献奖”,并荣获10万元奖励。

承担了苏通大桥等桥梁建设关键技术研究任务,提交了大量研究成果,为苏通大桥的建设做出了重大贡献。通过苏通大桥、南京三桥、四桥、润扬大桥、泰州通道、杭州湾大桥等项目研究积累了桥梁涉水工程研究的经验,培养了该领域的技术骨干,目前已广泛涉足于我国桥梁建设中通航及桥墩基础防护等方面的研究。

上海洋山深水港区位于杭州湾口、长江口外的浙江省嵊泗崎岖列岛,由大、小洋山等数十个岛屿组成,是大陆首个在海岛建设的港口。1992年10月,党的“十四大”提出要将上海建设成“一个龙头、三个中心”的重大战略,为此中央领导提出要加快上海国际航运中心建设,经过多次论证,最后提出在洋山建设深水港区的战略构想。洋山附近海域水文泥沙特点为潮强、流急、含沙量高、岛屿众多、流态复杂。水文泥沙条件是决定洋山深水港区项目是否可行的技术关键与难点。自1996年起,受上海国际航运中心委托,我院开展了上海洋山港项目研究工作,自项目立项、规划、设计和施工各阶段,自始至终参与试验研究工作,通过物理模型、数学模型、现场勘测、理论分析等各种技术手段为工程建设服务,并多次到现场进行实地勘测和调研。经过大量的模型试验和分析研究,分别进行了洋山港总体规划、一期工程、分期实施等工程方案水流、泥沙试验,对工程布置方案提出了一系列优化措施,研究主要成果已在工程建设中被采用,为工程最后实施提供了可靠的技术保障,为上海洋山港工程建设做出了重要贡献。本项研究的模型设计和研究方法对多岛屿地区在强流、高含沙量条件下的港口和海岸工程建设具有重要的推广价值。

厦门及福建沿海地区港口工程研究,过去进行了多年。其中厦门湾自然条件优越,港湾内水域宽阔、风浪小、含沙量低,是我国东南沿海良好的天然建港地址,厦门湾的开发建设是厦门经济特区和闽南金三角地区,乃至海峡西岸经济区发展繁荣的重要基础。改革开放20余年以来,随着厦门经济特区和闽南金三角地区的发展,港口建设得到长足地发展,湾内岸线和港口资源得到比较好的利用开发。自1985年起,河港所对厦门湾西港区、海沧港区、海沧大桥、嵩屿电厂等项目的潮汐水流、潮汐水流、泥沙运动、港与规划、水质污染、围垦工程、潮汐发电等一系列问题应用数学模型、物理模型和理论分析等多种途径和方法进行了大量研究工作。2000年以来,我院重新建立了厦门湾整体物理模型,进行了一系列厦门湾港口规划、海堤开口、海岸围垦、人工沙滩等方面的研究,分别为九龙江河口湾总体规划、嵩屿港区、招银港区、刘五店港区、十万吨级航道等港区岸线规划、航道整治方面水流、泥沙试验研究;马銮湾开口、杏林湾开口、高集海堤开口等海堤开口方面的水流、泥沙、水质方面试验研究;大嶝岛、西海域海沧部分岸线围填工程试验研究;同安湾人工沙滩等新兴课题方面的研究等,为厦门市港口规划、海洋利用以及城市规划提供了理论依据和技术支撑,多项科研成果获得了专家的一致好评,项目所取得的成果大多应用于工程实践,为厦门市海洋、城市建设做出了重要贡献。

海南港口开发建设前景广阔,该省四周环海,多深水良港,为特区海上对外联系创造了不可多得的条件。河港所自80年代起,就参与了海南省的多用途的港口工程建设的研究,足迹遍布海岛四周,为该地区港口工程的立项、规划、设计和施工各阶段进行了卓有成效的研究工作,取得了一大批研究成果,使得一大批深水良港得以建成。

电厂涉水工程研究也是河港所科研的重要领域。随着我国国民经济建设速度的加快,电力工程建设得到了迅猛发展。从传统的水力发电、燃煤发电的建设到燃气发电和核动力发电建设,门类繁多,遍布全国各地。河港所承担了各类电厂温排水工程建设中技术难题的研究,研究成果为电厂工程的建设提供了重要的技术保证。

该研究领域还开展了大量技术规程规范标准编写、修订,包括《水运工程波浪观测和分析规范》、《内河航道维护技术规范》、《内河航道维护技术规范》、《内河航道与港口水流泥沙模拟技术规程(修订)》、《水运工程数学模型研究参考定额》、《内河航道与港口水文规范》等,其中《内河航道与港口水文规范》的局部修订项目,为天然径流和感潮河段水文标准及其确定方法的相互统一和衔接提供了科学依据,具有突破性,不仅填补了我国航运工程水文标准研究方面的空白,而且对实际航运工程的设计与管理也有重要的指导作用,已经交通部审查并正式颁布。

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