摘要:珊瑚礁广泛分布于热带和亚热带浅水海域，是保护海岸带的天然屏障。近年来，受全球气候变化和人类活动的影响，全球的珊瑚礁持续出现了大规模白化现象进而发生退化。充分了解珊瑚礁海岸水沙动力过程是进一步认识珊瑚礁环境中各种物理、化学和生物过程的基础。南海岛礁是我国宝贵的陆地资源，也是建设“海上丝绸之路”和维护海洋权益的关键节点，关乎国家主权核心利益。当前，南海岛礁的防浪设施在台风等极端天气作用下的安全保障也亟须相关的水沙动力学理论作为支撑。本文基于当前国内外珊瑚礁海岸水沙动力学的研究进展，从珊瑚礁海岸波、流作用下的水动力特性与生态健康、珊瑚礁海岸低频长波运动与海岸防灾减灾、珊瑚砂运动与珊瑚砂岛演变、波浪与防浪建筑物相互作用及岛礁防护4个方面进行了分析和总结，并针对这4个方面提出了研究展望，旨在为今后岛礁水沙动力学的研究提供一定的借鉴和参考。

摘要:【目的】针对现有对珊瑚砂起动和输运研究的不足，基于室内水槽试验，研究了恒定流作用下珊瑚砂的起动规律和输运特性。【方法】利用电子显微镜对珊瑚砂颗粒进行观测，确定了珊瑚砂中轴长度与筛分粒径之间的关系；利用现代化测量技术测得了珊瑚砂起动流速和输沙率。【结果】与经典的石英砂起动流速及输沙率计算公式进行了比较分析，并修正了经验公式，使其适用于珊瑚砂起动流速的计算。【结论】由于珊瑚砂的形状极不规则，相比筛分粒径相同的石英砂，珊瑚砂的起动流速更小，珊瑚砂单宽推移质输沙率随水深的增加而显著减小。研究成果丰富了泥沙输运理论。

摘要:【目的】研究不规则波作用下珊瑚礁礁冠对波高及增水的影响规律。【方法】采用非静压数值波浪模型模拟不同礁坪静水深、波高、谱峰周期的多组工况，对比礁冠存在与不存在时波浪空间演化的差异。【结果】礁冠存在时，礁缘附近破波区变窄,波浪破碎强度显著增强，礁坪末端波高变小,增水高度变大；礁冠对礁坪末端波高和增水的影响随礁坪静水位的升高先增强后减弱，礁坪静水位为低水位和高水位时礁冠的影响较小，为中等水位时礁冠的影响较大；礁冠存在时，礁坪末端波高和增水高度随入射波波高及谱峰周期的增加而增大。【结论】礁冠通过改变礁缘附近波浪的破碎过程影响礁坪末端的波高与增水，其影响程度与礁坪静水位密切相关。本文研究成果可为珊瑚礁海岸防灾减灾提供参考。

摘要:【目的】研究珊瑚砂形态对单颗粒沉积物起动特征的影响，为准确描述珊瑚砂沉积物在极端波浪动力作用下的起动特征提供参考。【方法】分析传统基于陆源碎屑颗粒的沉积动力学公式对珊瑚砂颗粒的不适用性，以9种典型形态的珊瑚砂颗粒为研究对象，利用数值计算方法，研究珊瑚砂颗粒粒径、密度对其起动特征的影响，探讨极端波浪动力条件下珊瑚砂的动力学响应差异。【结果】9种形态珊瑚砂的等容粒径为筛分粒径的0.589～1.696倍，基于等容粒径计算的波致剪应力、起动剪应力分别为基于筛分粒径计算的0.759～1.316倍、0.603～1.951倍。使用传统沉积公式计算得到的珊瑚砂的沉积动力学比值是实际的0.795～1.428倍。【结论】在应用传统石英砂沉积动力学公式评估珊瑚砂在波浪作用下被扰动的适用性时，会高估波浪对针状珊瑚砂的扰动能力，而低估对板状珊瑚砂的扰动能力。因此，在使用传统陆源碎屑沉积动力学公式研究珊瑚砂水动力学时，应当充分考虑珊瑚砂颗粒形态的特殊性，使用更适用于珊瑚砂的粒径描述方法以及更加准确的密度确定方法，并根据理论分析对计算结果进行修正。

摘要:【目的】针对岛礁防浪建筑物的水动力场变化问题，利用数值模拟方法进行探究。【方法】采用非静压波浪数值模型SWASH模拟了筑堤岛礁的波生环流和涡量场。【结果】筑堤对模型区域内流速有较为显著的影响，当防波堤堤长越长、防波堤堤距越小时，模型区域内整体流速越小，其断面内沿岸流速的变化也越小。礁坪上方最大向岸流速和沿岸流速随防波堤堤距的增大而增大。当防波堤越靠近礁坪后方、防波堤长度越短时，裂口内的向岸流速越趋近于无堤时的流速。模型内最大涡量值随堤长和堤距的变化并不明显，但总出现在堤尾处。【结论】SWASH模型能够较好地模拟筑堤岛礁工程周围水域的流场情况，为复杂流环境下的岛礁筑堤建设提供科学依据。

摘要:【目的】提高激波捕捉类Boussinesq模型预测珊瑚礁地形上次重力波空间分布的准确性。【方法】基于具有精确色散性能的Boussinesq方程构建混合数值格式的数值模型，并对二维以及三维珊瑚礁地形上的波浪传播进行了数值模拟。【结果】相比目前较为流行的弱色散激波捕捉类模型，本文模型可更为准确地模拟二维珊瑚礁地形上的波能转换特征以及相应的次重力波空间分布，同时，本文模型对于三维珊瑚礁-裂口-潟湖地形上的波浪传播问题也具有较好的适应性。但由于控制方程的弱非线性，本文模型对于礁前陡坡上波浪浅化和潟湖上波高的预测仍有一定差异，且方程中的卷积项也会降低模型的计算效率。【结论】控制方程的色散性能应是限制激波捕捉类Boussinesq模型模拟珊瑚礁次重力波准确性的主要因素，如何在保持方程色散性的情况下兼顾模型的非线性性能和计算效率应是后续激波捕捉类Boussinesq模型在珊瑚礁地形上改进的主要方向。

摘要:【目的】改进蓝藻水华治理的化学混凝法，解决藻渣分离和收集等问题，优化化学混凝条件以提高目标污染物的去除率，同时降低二次污染风险。【方法】针对浏阳河长沙段含藻水的水质特征，提出具有自气浮作用的混凝处理新方法，即采用铝盐、亚铁盐、亲水性二氧化硅（SiO₂）和碳酸钠进行含藻水的混凝处理，通过响应曲面二次回归模型确定除藻控磷的最佳混凝参数，结合混凝效果及藻絮体的表征分析探讨含藻水的混凝机理和自气浮特性。【结果】当n(CO[23]-)∶n(Fe+Al)（n为物质的量）和m(Si)∶m(Fe+Al)（m为质量）分别为1.75∶1和1∶2且投药量为0.525 mmol/L时，藻细胞和总磷去除效果以及藻絮体的自气浮效果最优，残余铝、铁的质量浓度降至水质标准限值以下。含藻水自气浮混凝处理的关键在于目标污染物与铝盐、亚铁盐水解产物及亲水性SiO₂之间的复杂相互作用：在混凝反应初期，压缩双电层和电性中和作用使藻细胞脱稳并凝聚；在混凝反应中后期，吸附架桥、网捕卷扫作用以及Si―C等官能团使目标污染物得以去除；总磷的高效去除源自磷酸铁和磷酸铝沉淀的生成，残余铝、铁的有效控制与亲水性SiO₂的吸附作用相关；Fe2+与CO[23]-发生双水解反应生成的CO₂气泡通过碰撞黏附在藻絮体上，从而使藻絮体自行上浮。【结论】用自气浮混凝方法处理含藻水，高效、稳定且安全，在洞庭湖水系藻类污染的应急处理或长效治理方面极具应用潜力。

摘要:【目的】大通湖的水质长期处于Ⅲ类及以下，其主要超标污染物为总氮和总磷，通过估算大通湖流域吸附态氮、磷污染负荷，为大通湖地区水污染治理和水环境保护提供科学依据。【方法】该研究采用修正通用土壤侵蚀方程，耦合吸附态氮、磷污染负荷模型估算研究区的吸附态氮、磷污染负荷，重点分析大通湖流域吸附态氮、磷污染的空间分布特征。【结果】模型计算结果表明：2020年，大通湖流域土壤侵蚀总量为4 804.8 t，平均土壤侵蚀模数为5.20 t/(km2·a)，吸附态氮、磷的负荷量分别为4.943、2.098 t，对流域内各土地利用类型按吸附态氮、磷污染负荷模数由大到小排序依次为：林地、耕地、建设用地；按行政区域划分，茅草街、青树嘴、乌嘴乡、明山头和河坝镇吸附态氮、磷污染较为严重；按流域划分，五七运河流域、苏河流域、大新河流域、大通湖西入湖区以及草阳渠片区氮、磷污染负荷较大。【结论】大通湖流域土壤侵蚀强度以微度侵蚀为主，耕地是吸附态氮、磷的主要流失来源，对于吸附态氮、磷流失较大的区域，可以按照源头减量、过程拦截、末端治理的思路进行治理。同时适当调整农业种植结构、改进耕作方式、完善水土保持措施，减少土壤流失量，降低吸附态氮、磷污染物对水体的直接影响。

摘要:洞庭湖是长江中游重要的调蓄湖泊，其复杂的地下水系统与突出的地下水环境问题持续受到关注。本文从洞庭湖盆地第四纪构造演化、洞庭湖盆地地下水系统结构及洞庭湖区水循环特征、地下水环境及影响因素等3个方面归纳、总结和讨论了相关研究成果，并在此基础上对洞庭湖地下水系统与环境的研究前景进行了展望。洞庭湖盆地第四纪构造活动强烈，在此过程中沉积了平均厚度达150 m的第四纪沉积物，塑造了湖区地下水系统的构造与地层格局。区内地下水系统受盆地整体地形、基底构造格局、含水层分布、地表河湖系统等多因素控制，水循环过程非常复杂。受原生地球化学环境、人类活动等的影响，洞庭湖平原大部分区域地下水存在铁、锰、氨氮、硝酸盐等水质因子超标的问题，其中铁、锰与氨氮的含量还呈现出明显的自平原外围向湖盆腹地逐渐增大的空间分布规律。综合已有研究成果及洞庭湖平原在水资源配置、湿地保护、生态环境治理等方面的需求，认为未来洞庭湖地下水系统与环境的研究重点是：1） 洞庭湖平原垂向交互带水分交换过程及生物地球化学演替规律；2） 复杂河湖系统下洞庭湖地下水系统的尺度分异及地表水-地下水的交互作用；3） 洞庭湖平原多要素耦合作用下湖区平原水环境演化机制。

摘要:【目的】探究渌水流域土地利用变化对水沙变化的影响。【方法】基于遥感影像数据及实测水沙数据，分析渌水流域水沙变化趋势及其对土地利用变化的响应，进一步构建CA-Markov城市扩张模型及水文模拟模型（hydrologic simulation program-Fortran，HSPF），量化土地利用变化和气候变化对水沙的影响；基于模型开展渌水流域未来土地利用情景预测及未来水沙过程模拟。【结果】1980年以来渌水流域内建设用地面积持续增长，渌水流域实测径流量呈增加趋势，输沙量呈减少趋势，两者的突变点分别在1988年及1998年；气候变化和人类活动对径流增加的贡献率分别为49.53%、50.47%，对输沙减少的贡献率分别为3.45%和96.55%；实施耕地保护政策的2030年土地利用情景在保障耕地面积的同时，并未明显加剧水土流失问题，还能兼顾社会经济发展和城市化建设。【结论】1988年之后渌水流域径流量增加是土地利用变化和气候变化共同作用的结果；而1998年之后流域输沙量显著减少的主要原因为土地利用变化。

摘要:【目的】探究微塑料进入洞庭湖后的迁移途径和输运过程。【方法】基于现场采样数据，利用水动力模型与拉格朗日粒子模型建立洞庭湖微塑料迁移数值模型。研究微塑料在平水期与丰水期的湖内迁移规律与分布差异，探讨微塑料聚集区分布原因并解析聚集区微塑料的来源。【结果】在平水期微塑料分布呈现出显著的非均匀性分布，存在4个聚集区。其中，东洞庭常年水体处聚集区面积最大，约为133 km2，在此聚集区内湘江所排微塑料的占比为97.96%；在丰水期微塑料分布不呈现显著的聚集性，但其整体扩散面积较平水期的增大33%。对比分析微塑料随湘、资、沅、澧四水入湖情况，平水期自资江入湖微塑料的扩散面积最大，而丰水期自沅江入湖微塑料的扩散面积最大。【结论】丰水期应关注迁移路径上的生态风险，而平水期除关注微塑料的迁移路径外更应关注聚集区处的生态风险控制，应重点加强对湘江入湖微塑料的管控和对湘江河道、东洞庭常年水体与各排放源附近区域微塑料的治理。本研究结果可为洞庭湖微塑料治理提供一定参考。

摘要:[目的]探究台风浪传播过程，提升风暴潮防御能力。[方法]提出了基于中心节点优化算法的叠加风场优化方法和基于非结构网格的浪潮耦合模型，以华南1822号超强台风“山竹”为例，模拟其台风场及波浪场。[结果]将模拟值与珠江河口浮标实测值进行对比，发现风速、风向、有效波高等关键参数的误差总体较小。这表明该模型可以准确模拟台风过程中台风浪的传播过程，同时计算发现台风“山竹”过菲律宾后有效波高增大，至16日凌晨达到较大值（约14.0 m），之后传播至珠江河口及外部海域，受台风强度减弱、岛群遮蔽和水深减小的影响有效波高降低。[结论]本研究提出的中心节点优化算法可有效降低叠加风场过渡区风场误差，相较于单纯风浪模型，浪潮耦合模型波浪模拟精度提高了约15%。超强台风“山竹”右半圆波高明显大于左半圆波高，符合台风“危险半圆”规律，故位于“山竹”右半圆的香港的波高（约4.5 m）大于与台风路径更近的澳门的波高（约3.6 m）、珠海及台山一带的波高(约2.3 m)。本研究相关成果可为华南沿海风暴潮研究提供参考。

摘要:【目的】研究聚焦波作用下悬浮隧道水动力及结构动态响应特性。【方法】采用高精度有限体积方法数值求解不可压缩两相流动控制方程，建立高精度数值波浪水槽模型。应用嵌套网格技术，采用四阶Runge-Kutta方法，数值计算了波浪荷载作用下悬浮隧道动态响应的弹簧-质量-阻尼系统。通过设计合理的计算工况，系统分析不同波浪要素及结构动力参数对悬浮隧道水动力特性及结构动态响应的影响。【结果】聚焦波作用下悬浮隧道所受最大水平荷载稍大于竖向荷载，最大水平位移远大于最大竖向位移，约为最大竖向位移的5倍。【结论】随着有效波高的增加，悬浮隧道所受水动力荷载逐渐增大，结构动态响应逐渐增强；水深和谱峰周期对悬浮隧道水动力及结构动态响应的影响有限；随着淹没深度的增加，悬浮隧道所受波浪荷载逐渐减小，结构动态响应逐渐减弱；在相同入射波条件下，悬浮隧道直径越小，动态响应越小。上述研究结果可为悬浮隧道的参数设计提供一定参考。

摘要:【目的】探究台风“天鸽”影响下珠江口的水动力过程。【方法】基于FVCOM模型，采用非结构网格对珠江口及其附近海域进行数值模拟。【结果】珠江口八大出海口中的磨刀门受台风影响最大，最大增水为0.79 m，中部出海口在台风影响下增水0.30~0.65 m，外伶仃洋增水不超过0.20 m。受台风影响，表层流速极值的最大增幅达0.50 m/s，风暴潮最大表层流速是同时刻天文潮表层流速的2倍，风向随台风中心的移动在0~180°范围内变化。【结论】流速比潮位更早对台风做出响应，且受台风影响更大。台风对表层流速的影响明显大于对垂向平均流速的影响。台风“天鸽”运动轨迹的东北方向的风暴增水比西南方向的大，台风东北部地区所遭受的风暴潮灾害更加严重。

摘要:【目的】研究多能互补运行方式下水电站有功功率协调控制特性。【方法】构建多能互补调节模式下水电站有功功率控制模型，用电网考核标准评估响应能力，分析不同水头、各调节参数对水电站协调控制特性的影响，并用遗传算法对各参数进行优化。【结果】水电站在低水头下调节性能较好，在高水头下易发生出力振荡，调节性能变差；脉冲周期越大越容易发生出力振荡；最大脉宽越小水电站调节特性越好；最小脉宽影响调节精度；脉宽计算参数与调速器积分时间常数越小调节越快，但易振荡，其越大调节越稳定但跟踪能力差；用遗传算法得出的最优参数，实时出力跟踪好，且满足电网考核。【结论】水电站在高水头工况下有功功率协调控制能力较差，且调节易产生超调和振荡；机组调节参数对水电站协调控制能力影响较大，若取值不当则会导致调节性能变差；利用遗传算法对调节参数优化能有效提高多能互补系统功率调节品质。