NHRI科研成果 | 海丝之路近岸工程动力环境预报与安全评估关键技术研究与应用

南京水利科学研究院 · 公众号 · · 2023-05-11 14:02

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中国水运建设行业协会科学技术奖特等奖

（2022年度）

《海丝之路近岸工程动力环境预报与安全评估关键技术研究与应用》

波浪、水流等海洋动力环境及泥沙冲淤过程的高效精准预报及安全评估是“21世纪海上丝绸之路”沿线港口、航道与桥隧等近岸工程建设和运维安全的重要保障，国内外尚缺乏适用于“海丝”复杂海况的通用水动力泥沙预报和安全评估一体化平台。“海丝”沿线海域洋流作用突出，风暴潮、台风浪及涌浪动力强烈，泥沙条件复杂，前期基础资料不足，工程建设和运维安全风险大，亟需建立综合性的洋流-潮流-风暴潮-海浪-泥沙耦合的近岸工程动力环境预报与安全评估系统，为“海丝”近岸工程提供安全保障。

本项目依托十三五国家重点研发计划“海洋环境安全保障”重点专项，在基础理论、关键技术、集成应用等方面，分别开展了近岸水动力泥沙相互作用机制及演化规律、基槽与航道工程冲淤精准预测及其安全评估技术、大气海洋动力环境精细化模拟预报技术、近岸工程动力环境预报与安全评估系统集成及应用等研究。在海量大气海洋要素的现场观测、收集整理与统计分析基础上，针对工程施工期、运行期中的安全保障问题（如工程施工窗口、航道疏浚、通航与港口作业窗口等）进行水动力泥沙预报与安全评估。

本项目揭示了强非线性波及波流共同作用下底部细颗粒泥沙运动规律，提出了边界层速度剖面与切应力解析解、悬沙分布及临底含沙量参数化模式；

研发了适用于淤泥质海岸破波区的广义垂线坐标系三维非结构网格波-流-悬沙-浮泥集成数值模拟技术，经实测资料验证，模型改进前后近底含沙量的计算误差由75%减小至15%，航道骤淤强度的计算误差由70%减小至20%，实现了航道中长期回淤过程以及极端天气下航道骤淤过程的高效率模拟预报；

基于自主研发的MASNUM海浪模式建立了多重区域嵌套大气-海浪-海流耦合数值模式，研发了岛礁群多尺度波浪、海流快速预报技术，波高平均误差由0.5m减小到0.1m；

集成了大气海洋动力环境、工程局部水沙预报和安全评估系统，提高了预报、评估和应急决策的精准性和时效性。攻克的关键技术难度大，取得的成果创新性强，解决了大气海洋与工程局部水沙耦合精细化预报及安全评估系统的关键技术难题，先进性突出。

本项目研发的近岸工程动力环境预报和安全评估系统，填补“海丝”沿线海域水沙动力环境安全保障系统的空白，促进了国家和行业科技进步。项目成果提高了“海丝”沿线工程基础资料获取能力和工程建设与运营安全保障能力，助力“交通强国”战略和“一带一路”建设，有利于我国在“海丝”沿线工程建设的国际竞争中占据先机，提升我国水运工程行业的国际影响力。

主要完成单位

水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院

大连理工大学

自然资源部第一海洋研究所

中国科学院力学研究所

中国海洋大学

来源：河流海岸研究所，科研管理处

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