成果簡介海絲之路近岸工程動力環(huán)境預報與安全評估關鍵技術研究與應用
主要完成單位：水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院、
大連理工大學、自然資源部第一海洋研究所、
中國科學院力學研究所、中國海洋大學
1、項目概況
“海絲之路”沿線海域風暴潮、臺風浪及涌浪動力強烈，亟需建立近岸工程動力環(huán)境預報與安全評估系統(tǒng)，為近岸工程建設和運維提供安全保障。該項目開展了水動力泥沙相互作用機制、基槽與航道工程沖淤精準預測與安全評估、大氣海洋動力環(huán)境耦合模擬與預報、多尺度預報模型與工程安全評估系統(tǒng)集成及應用等研究，攻克了強非線性波及波流共同作用下底部細顆粒泥沙運動模擬、基槽與航道泥沙回淤高精度模擬及快速預報、印度洋高海況復雜地形工程波流精細化預報、近岸工程水沙動力環(huán)境預報與安全評估多功能一體化平臺構建等關鍵技術難題，提升了“海絲之路”沿線港口航道與橋隧等工程海洋動力預報與安全評估技術水平，保障了工程安全。
2、技術難點和特點
“海絲之路”沿線大氣海洋動力環(huán)境復雜多變，近岸破碎波、潮流、洋流、風暴潮與泥沙間相互影響的機理復雜，航道與基槽附近地形變化劇烈，實現(xiàn)泥沙沖淤精準預報難度極大，該項目在揭示強非線性波及波流共同作用下底部細顆粒泥沙運動機制的基礎上，研發(fā)了適用于淤泥質海岸破波區(qū)的廣義垂線坐標系三維非結構網(wǎng)格波-流-懸沙-浮泥集成數(shù)值模擬技術，顯著提高了驟淤強度的預報精度；精細刻畫島礁地形所需網(wǎng)格數(shù)達數(shù)千萬級別，存在預報精細化和時效性的矛盾，該項目基于自主研發(fā)的MASNUM海浪模式建立了多重區(qū)域嵌套大氣-海浪-海流耦合數(shù)值模式，研發(fā)了島礁群多尺度波浪、海流快速預報技術，提高了預報效率和精度；該項目組織海洋、氣象、工程、軟件開發(fā)等多領域專家聯(lián)合攻關，解決了多尺度、多要素預報與安全評估系統(tǒng)架構匯總集成的難題，構建了包含基礎信息管理、精細化預報和工程安全評估的多功能一體化平臺。
3、主要成果和創(chuàng)新點
（1）提出了強非線性波邊界層自由外流速度級數(shù)表達式、邊界層速度剖面與切應力解析解；揭示了考慮漩渦對流和紊動擴散的泥沙懸浮機制，建立了波浪及波流作用下懸沙分布及臨底含沙量參數(shù)化模式。
（2）改進了破碎波及波流共同作用下底部切應力和垂向擴散系數(shù)計算方法，研發(fā)了淤泥質海岸破波區(qū)三維非結構網(wǎng)格波-流-懸沙-浮泥集成數(shù)值模擬技術，實現(xiàn)了航道中長期回淤和極端天氣下驟淤過程的高效率模擬預報，并提高了預報精度。
（3）基于自主研發(fā)的MASNUM海浪模式，建立了多重區(qū)域嵌套大氣-海浪-海流耦合數(shù)值模式，提出了珊瑚島礁群次網(wǎng)格效應參數(shù)化和嵌套網(wǎng)格相結合的波浪數(shù)值模擬方法，研發(fā)了島礁群及遠海島嶼港口多尺度大氣、海流、波浪快速預報技術。
（4）集成了大氣海洋動力環(huán)境、工程局部水沙預報和安全評估系統(tǒng)，構建了涵蓋大氣海洋信息、多尺度精細化預報與工程安全評估的一體化平臺，保障了近岸工程施工安全。
4、成果應用
該項研究成果已應用于10多項國內外近岸工程，包括泉州港船舶調度及航道運維工程、連云港深水航道建設與運維工程、港珠澳大橋野外觀測工程、援馬爾代夫中馬友誼大橋波浪預報、漢班托塔港海浪預報與港內安全靠泊預警、斯里蘭卡科倫坡港口城吹填施工波浪預報與游艇安全管理等，保障了工程建設期和運營期安全。成果還推廣應用于江蘇南通洋口港、長江口、廣西欽州港等工程，應用于孟加拉M201工程、巴西薩爾瓦多大橋工程、秘魯錢凱港工程、貝寧克努特港工程等，為工程設計、施工和管理部門提供了復雜海況條件下的波浪、水流及泥沙模擬與預測，解決了現(xiàn)場水文氣象基礎資料匱乏等難題。
5、經(jīng)濟和社會效益
該項目研發(fā)的近岸工程動力環(huán)境預報與安全評估系統(tǒng)，填補了“海絲之路”港口航道與橋隧工程安全保障系統(tǒng)的空白，促進了水運行業(yè)科技進步，助力“一帶一路”水運工程建設，為工程建設和運營提供了科技支撐；提高了工程設計、施工和港口作業(yè)效率，節(jié)約了工程施工和運營成本，提高了工程建設與運行安全保障，經(jīng)濟和社會效益顯著。
