时间：2023-11-06 10:10:44
导语：在边界与海洋研究的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
[关键词]海洋划界；等距离／特殊情况规则；公平原则；习惯国际法
[中图分类号]D993.5 [文献标识码]A [文章编号]1004－518X(2012)03－0131－06
盛红生(1960－)，男，博士，浙江理工大学法政学院教授，主要研究方向为国际法。(浙江杭州 310018)
本文系教育部哲学社会科学研究重大课题攻关项目“全球化背景下中国海洋权益法律保障研究”(项目批准号：09JZD0023)的阶段性成果之一。
在很多情况下，海洋的沿海国不止一个，其中存在沿海国之间相向或者相邻的地理位置关系，因此海洋划界问题的出现就有着必然性。在国际法中，海洋划界是个极为重要的问题，如果国际海洋划界争端无法通过政治外交途径或者国际司法办法解决，在某些条件下就存在引起武装冲突的潜在风险，成为威胁国际关系正常发展的重要因素。
最近20年来，国际法院受理的涉及海洋法的案件数量明显增加，达20余件，而这其中大多数又都与海洋划界争端有关。其他国际司法机构也受理了一些涉及海洋划界争端的案件。国家之间更多地选择通过国际司法办法解决彼此之间的争端，无疑是国际法治发展的新动向，对国际关系的健康发展产生了积极的影响。但是，我们必须看到并非所有国际海洋划界争端都能通过和平方式妥善解决，如果海洋划界争端长期得不到公正合理解决，对有关各方依法利用海洋和维持国际海洋的正常秩序，都存在巨大的、潜在的或者现实的威胁。
一、各国在理解和适用“公平原则”方面存在的分歧
前言
我国拥有宽阔的大陆架，经过陆坡连接海底，著名的太平洋西边界强流黑潮，就是从我国台湾岛南部，沿陆坡走向到达日本九州。黑潮运动对我国沿海气候、近海流系的水文特征、水产资源等都要重要影响。因此，地形对洋流的影响是我国海洋流动力学中研究的任店课题之一。本文主要采用模拟实验的方法研究地形对洋流的影响，首先简单介绍一下实验装置及模型。
一、实验装置及模型
本文采用的实验装置主要有旋转平台、电机驱动、以及各种容器和模型。旋转平台直径1.1米，具有机械减速系统，并用直径为500mm的滚动轴承支座支撑。平台径向与轴向的最大偏差为0.05mm和0.07mm，调速系统采用测速电机闭环式，常规转速为0.15～2.1（1/s）。各种容器和模型放置在旋转平台上。
实验方法采用源汇法，模拟风生洋流。利用扇形容器模拟不同地形的洋流运动。扇形容器的半径为30cm，顶角60°，在扇形容器中放置不同地形的模型。将容器顶角与转台中心轴重合，使用内径4mm的不锈钢管加入或西楚容器内液体。源汇流量的调节范围取q=0.05～0.4cm3/s，在圆心处采用汇模拟大洋环流流行。
主要研究的地形模型有绕陆架地形流、过径向台阶流、过海脊流和绕岛流。绕陆架地形流的初始液深设置为d=8.8cm，转速控制为0.21（1/s），汇流量取q=0.25cm3/s。过径向台阶流的初始液深为8.4cm，转速1.25（1/s），汇流量0.07cm3/s。过海脊流的初始夜深7.5cm，转速0.21（1/s），汇流量0.076cm3/s。绕岛流的初始液深8.0cm，转速0.42（1/s），汇流量0.20cm3/s。并分别对其设置Froude数和Rossby数。
采用轨迹照相法进行测试，在实验液体蒸馏水中加入示踪粒子和甘油，示踪粒子采用直径为0.5～1mm的塑料小球。在实验过程中，用认蚱光源在暗场中长时间曝光，得到示踪粒子运动轨迹，其轨迹即代表流线。
二、实验初步结果的动力学解释
（一）陆架地形流动
著名的太平洋西边界强流黑潮的运动规律就是紧贴陆坡向北运动，这引起许多研究者对陆架地形流动的研究兴趣。在上述实验装置模型和实验方法下得到的陆架地形模拟流动照片显示，西边界流是紧贴陆架边缘一路北上的，没有越上陆架，强边界流明显形成，陆架上流动明显缓慢。这与实际情况下的黑潮流域情况基本符合，在力学特征上表现出高度相似性。通过分析可知，相对涡度的变化取决于自由面变化以及涡管伸缩加上涡量水平粘性扩散之间的平衡。
（二）沿径向台阶流动
关于沿径向地形变化，洋流文献中已有许多讨论，对流动图形也有许多看法。在本实验中拍下的流型照片与其中多数提出的两个涡旋结构相符，但测试得到的照片属于轨迹图像，无法在涡旋旋转方向上给出结论。设扇形的顶角为a，中部分割线为bc，圆弧为de。则在bc附近，地形梯度极大，边界层结构将受到破坏，流动将离开边界而分离。流线基本沿bc，因而形成靠东边界的另一个旋涡。
（三）过海脊流动
我国台湾岛北部到琉球群岛之间的海底有一纬向的海脊，海脊处水深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，路径向右偏斜。本实验中的过海脊流动主要就是研究海脊对黑潮路径的影响。实验中，环流以反气旋方向旋转，西边界流自南向北，即从扇形的弧边向顶角。由于自由面弯曲，水深南深北浅，基本反映了上述基本特征。
（四）绕岛流动
实际海洋观测发现，我国台湾岛北部方向有气旋式涡旋，在本实验中将一圆柱置于西边界附近，研究其扰流情况。可以通过这种实验设计，用西边界、西向流和圆柱模拟我国海岸、黑潮和台湾岛的流动系统。但是这种设计也有一定局限性，及无法计及海岸弯曲及海深变化的复杂情况。观察实验的轨迹显示照片可以发现，在圆柱尾流去有呈直线排列的涡旋出现，在侧壁与圆柱之间缓慢流动。这与实际情况较为符合，但是无法判定涡旋的攒在形式，还有待采用其他方法进行具体测试。
三、结语
关键词：海洋要素；计算及预报；实验课程
海洋要素计算及预报是海洋科学和海洋技术专业重要的理论应用课程。开设该课程的目的是帮助学生熟悉潮汐潮流、波浪和海流的基本特征及计算原理，掌握潮汐和海流的预报分析及数值计算方法。此外，通过本门课程的学习，学生还可以掌握海水温度和盐度等水文资料的处理及质量分析方法。
实验教学内容的设置要注重理论和实践相结合。首先，实验课程和理论课程是统一的整体而不是分裂的两门课，实验课程也不是理论课程简单的重复，而是深化和拓展，这种深化和拓展不局限于知识体系，还包括研究手段。海洋动力模型是研究海洋动力要素的重要手段，是对海洋理论和观测结果的验证及进一步的推广。本实验课程的目的就是帮助学生熟悉和掌握国际通用的海洋动力模型，用于实际海域风生海流和潮汐潮流的数值模拟，并对模拟结果进行处理分析，培养学生以动力模型为手段设计数值实验、解决实际问题的能力。上述实验目的的达成还需要学生事先掌握运用Fortran和Matlab编程语言的技能，以及对数值计算方法或流体力学计算方法有系统的学习，并且能够熟练运用物理海洋学知识对计算结果进行分析。
一、实验原理和实验内容
风生海洋环流和潮汐潮流都是物理海洋学中重要的概念，分别揭示了在海面风场作用下海水大规模的稳定运动以及在天体引潮力作用下海水有规律的运动。风生海流和潮流理论对于解释海洋环境中的生物迁移、污染物分布等都具有指导作用。本实验项目就是以海洋动力模型为研究手段，探讨实际海域的风生海洋环流和潮汐潮流的典型特征，并将理论和观测结果进行对比分析，培养学生分析问题和解决问题的能力。
本实验课程是对海洋要素计算及预报课程理论知识的拓展，通过理论知识的学习，学生已经对海洋动力要素有了一定的感性认识。实验课程的内容就是针对实际海域给出风生海洋环流和潮汐潮流的定量描述。这不仅可以进一步加深学生对理论知识的理解，还可以帮助学生熟悉和掌握动力模型这种研究海洋的重要手段。
从这个意义上讲，实验课程的设置是很重要的，而且也是必要的。具体实验内容如下：
（1）帮助学生尽快掌握模型，包括熟悉模型的计算流程，海域开边界问题的处理以及输入输出文件的读取、保存等；
（2）给定风场和潮汐边界调和常数，让学生针对实际海域进行风海流和潮汐潮流的数值模拟，并对计算结果进行处理分析；
（3）确定若干实验题目（包括必做题和选做题），让学生自主设计相关数值实验，包括模型参数的修改、站点断面的选取等，完成题目所规定的研究内容。
二、创新实验教学方法
目前实验工具为国际上最为通用的普林斯顿海洋动力模型，该模型可直接用于海洋预报等业务化工作，并成为许多水质公司开发的商业软件的内核程序。本实验课程通过计算机完成，所采用的软件平台包含Fortran（模型计算用）和Matlab（数据处理和可视化用）。实验教学采用理论授课、动手操作和自主实验相结合的方法。
理论授课就是请从事海洋动力模型开发和应用的教师，给学生介绍海洋模型的结构流程等基本特征和应用技巧，使学生尽快熟悉模型系统的构架和计算流程。
动手实验是在教师指导下，让学生进行模型程序调试和运行，掌握模型主要参数的含义，开边界条件的处理和输入输出文件的读取保存。
自主数值实验是本实验课程的亮点和创新点所在，教师事先确定一些大的实验题目，内容涉及海洋要素计算及预报理论课的重要知识点，学生根据自己对理论课程的掌握情况自主选择相应的题目进行实验。所制定的题目包含必做题目和选做题目。必做题目相对简单，按照老师课堂介绍的操作步骤按部就班地执行即可完成；选做题只给题目，具体实验方案需要学生自主设计，在实验过程遇到困难老师可给予必要的指导，目的是最大限度调动学生的创造性和学习主动性。自主实验与传统实验相比具有综合性强的优点，无论是从教学的方法上，还是实验内容设计上，都有一定的创新性，而且能够最大限度地培养学生学习的主动性和分析问题、解决问题的能力。
实验教学内容的多样性还能够适应不同层次学生的学习情况，既保证了大多数学生的学习进度，也有利于拔尖学生在业务水平上的提高。
本文主要介绍了海洋要素计算及预报课程的实验教学内容和教学方法。在掌握理论知识和实验手段的基础上进行自主实验是本实验课程的核心亮点，这样可以充分调动学生的学习积极性，培养独立思考问题和解决问题的能力，对于学生今后走上工作岗位是有帮助的。
参考文献：
[1]刘浩.海洋要素计算与预报课程教学初探[J].中国科教创新导刊，2010（29）：183.
[2]刘浩.关于潮汐学课堂教学的研究[J].新校园，2015（350）：63.
[3]刘浩，胡松.物理海洋学的教学思考[J].教育教学论坛，2014（24）：104-105.
[关键词] 福建东山华浮码头 EFDC 水动力 模拟
福建东山湾海洋环境自然资源非常丰富，地理位置优越，是天然的旅游胜地。但是，随着经济不断发展，越来越多的码头出现在东山湾海岸，改变了东山湾海岸的岸线分布情况，对航道的正常通行产生了影响，也改变了局部的冲淤环境，造成局部水域泥沙淤积严重，失去原使用功能。因此，通过模型对码头建设前后水动力环境的模拟，可以较好地掌握工程建设前后水动力环境可能产生的变化，从而采取相应的措施，从海洋环境保护角度对工程可行性做出明确结论，为管理部门决策、建设单位海洋环境管理提供科学依据。
1 研究区域概况
东山县是福建省第二大岛，位于厦、漳、泉闽南三角经济区的南端，东濒台湾海峡，西临诏安湾与诏安一水之隔；康美镇地处东山县东北部，东接铜陵镇，西连樟塘镇，地理位置优越。
拟建东山华浮码头位于东山县康美镇城村东北侧，地处东山港区城作业区，其地理坐标为东经117°30′、北纬23°44′。东北向与厦门经济特区毗邻，南与广东省汕头市接壤，东濒台湾海峡，与台湾省隔海相望；水路离厦门77海里、距汕头73海里、距广州332海里，陆路距东山县城约10km，距漳州市约160km，规划的厦深铁路东山铁路支线的终点站紧邻港区，水陆交通十分方便。具体地理位置见图1。
2 模型简介
环境流体动力学模型，简称EFDC模型(Environmental Fluid Dynamics Computer Code)是由美国Virginia海洋研究所的Hamrick等根据多个数学模型集成开发研制的综合模型，现在是美国环保署(EPA)推荐使用的模型。该模型是一个多任务、高集成的环境流体动力学模块式计算程序包，用于模拟水系统一维、二维和三维流场、物质输送（包括温、盐、非粘性和粘性泥沙的输送）、生态过程及淡水入流。其模拟
图1 拟建东山华浮码头地理位置图
范围为：河口、河流、湖泊、水库、湿地以及自近岸到陆架的海域。可以同时考虑风、浪、潮、径流的影响，并可同步布设水工建筑物。该模型到目前为止已经用于几十个海域的相关计算，得到广泛的应用[1-10]，被誉为21世纪最有发展前途的环境流体动力学模型。采用该数学模型对本工程海域潮流场进行模拟计算，计算中采用水平方向上的变笛卡尔正交坐标与垂直方向上的Sigma坐标相结合以及三维数学模型二维化的方法。
动力学方程是基于三维水动力学方程组，在水平方向上采用曲线正交坐标变化和在垂直方向上采用Sigma坐标变换得到的，经过两种变换后的流体动力学方程组分别为：
式(1)～(6)中u和v分别为坐标x和y方向上的水平速度分量；mx和my为水平坐标变换因子；经坐标变换后垂直方向z方向的速度w与坐标变换前的垂直速度w*间的关系为：
H = h＋δ为总水深；p为压力；动量方程(1)和(2)中，f为Coriolis系数，Av为垂直紊动粘性系数；Qu和Qv为动量源汇项；QS和QT为温盐源汇项；ρ为海水密度；S为海水盐度；T为海水温度；b为浮力；连续方程(4)是在区间(0，1)对z积分并用垂直边界条件当z = (0，1)时，w = 0，运动边界条件和方程(7)以得到深度积分连续方程(5)。
给出垂向紊动和扩散系数，方程(1)～(8)则给出了一个求解变量u，v，w，p，S，T和ζ的封闭的系统。紊动粘性和扩散系数采用的是Mellor和Yamada(1982)模型，模型相关的参数由下式确定：
以上各式中，q为紊动强度，l为紊动长度，Rq为Richardson数，фv和фb是稳定函数，以分别确定稳定和非稳定垂向密度分层环境的垂直混合或输送的增减。
紊动强度和混合长度由下列方程确定：
式中B1、E1、E2和E3均为经验常数；Qq和Ql为附加源汇项；例如子网格水平扩散；垂直耗散系数Aq一般取与垂直紊动粘性系数Av相等；上述式中m = mxmy。
式(1)～(8)与Mellor和Yamada(1982)紊动模型(10)～(13)一起及适当的初边值条件给出了一个求解u，v，w，p，S，T，ρ和ζ的封闭的系统。
动力学方程采用有限体积法和有限差分结合的方法来求解，水平方向采用交错网格离散。数值解分为沿水深积分长波重力波的外模式和与垂直流结构相联系的内模式求解。
3 模型构建
3.1 模型模拟边界
计算区域包括整个东山湾，见图2，海岸线主要采用岸线修测成果，并结合历史海图和遥感图确定；采用变迪卡尔正交网格，工程附近网格最密50m×50m，最大网格间距为200m×200m，水平网格数为224×189，总网格数24139；设东和南两个开边界，用实测潮位数据驱动，由于实测潮流潮位数据的时间为1月，故不考虑漳江的径流；垂向分为1层，计算时间步长1s；由于该海区潮差较大，采用动边界。
图2 东山湾网格图
3.2 模拟运算过程及检验
模拟采用零初始条件，为了保证计算的稳定性，强迫的边界潮位从零开始逐步增加，经过两个潮周期后达到正常变化，第三个潮周期后形成稳定的潮波，选择大潮周期计算结果做分析。利用东山大澳中心渔港3个站位实测潮位潮流数据作为对比，结果见图3～图6，从验证结果看，潮位和流速验证较好，比较准确地反映了潮汐特征，可以认为模拟结果是可信的。
图3 潮位验证曲线
图4A站位流速流向验证曲线
图5B站位流速流向验证曲线
图6 C站位流速流向验证曲线
4 水动力变化模拟结果
4.1 流场变化
工程前后数学模型陆地边界：考虑到大澳中心渔港已经批建，而且据了解，对面岛附近的渔港防波堤正在建设中，故把中心渔港防波堤等填海区加入原始海岸线边界，作为工
程前陆地边界，然后进行数学模型的模拟计算；工程后既包括本工程填海区，又包括东侧临近的已批未建的旗滨码头填海区，作为工程后的陆地边界进行数值模拟；对工程前后的数值模拟结果进行比较分析。工程附近海域工程实施前后海域的大潮涨急、落急的流场见图7～图10。
从图7～图10可以看出，工程附近海域工程施工后的潮流场趋势仍与工程前相同，工程附近流态略有变化。本工程的填海基本位于滩涂之上，水深较浅，本身流速较小。工程后，本工程对潮流有阻挡和挑流作用，涨潮时，潮流从旗滨码头和本工程东侧连线往北流动，到达本工程码头后，沿着本工程的东北侧填海区延线往西北流动，在本工程北端往西流动；另有一小股涨潮流沿着旗滨码头前缘外西北流动，然后往西流入旗滨码头北侧与本工程形成的呈“凹入”地形的滩涂中，流速较小；落潮，潮流趋势相反。
4.2 流速变化
为了进一步分析工程实施前后流速的变化规律，选择了工程附近36个试验点（位置见图11），进行工程前后流速比较，结果见表1。
根据表1和图7～图10中对试验点进行工程前后流速的比较分析，可以看出：工程实施前，涨潮时，一部分涨潮流先往西流入工程西南侧的小澳中，然后受地形影响往西北流出，到达小澳北端的突出角后转往西流动；落潮时相反，小澳内潮水汇入落潮流，流速较小。
工程实施后，流速变化的点主要有14、15、19、20、21、22、25。14点位于本工程与旗滨码头形成的凹入地形中，流速变化率最大，工程后该处的流速明显减小，涨潮减少为60%，落潮减少为67%；根据前面的分析，涨、落潮流流向变化也很大，涨落潮流从凹入地形口出入。15点位于本工程西侧，由于受工程挑流的影响，涨、落潮最大减少变化量都为0.07m/s。19、25点位于旗滨玻璃厂东侧，受填海区阻挡的作用，涨落潮的流速都有所减小。点20、21、22涨潮时，由于工程的挑流束窄作用，流速变大，落潮时20点由于工程的挑流作用及填海区汇入20点潮水量的减少，流速变小，21、22在落潮时由于束窄作用流速略微变大。本工程的建设对工程西侧的潮流基本没有影响，1~13试验点流速变化最大仅为0.01m/s。工程对北侧较远的点17、18、23、24、29、30、35、36也基本没有影响，流速变化最大也仅为0.01m/s。东侧较远处的26、27、28、31、32、33、34变化很小，流速变化均小于等于0.01m/s。
总之，本工程填海会使码头前沿极小段航道区垂直潮流方向靠码头一侧潮流流速增大约0.04m/s，远离码头一侧潮流流速减小约0.05m/s，对航道区其他区域的潮流流速基本没有影响；会使旗滨码头附近潮流流速有所减小，减小约0.01m/s左右；对工程附近其他码头及整个东山湾的潮流流速没有影响。
5 结论
EFDC模型对于东山湾海域具有较强的适用性，模拟结果较为准确，预测值与实测值的拟合程度较好。模拟结果显示，东山华浮码头的建设对所在海域水动力环境影响较小。该模型有较大的应用和推广价值，还可以对未来发展进行定量的预测研究，为实际的决策过程提供科学依据。
参考文献:
[1] 王翠,孙英兰,张学庆.基于EFDC模型的胶州湾三维潮流数值模拟[J].中国海洋大学学报:自然科学版,2008,38(5):833-840.
[2] Jin K R.Hamrick J H.Todd T Application of three-dimensional hydrodynamic model for Lake Okeechobee 2000.
[3] Jin K R.Hamrick J H.Todd T Application of three-dimensional hydrodynamic model for Lake Okeechobee 2000.
[4] 陈异晖.基于EFDC模型的滇池水质模拟[J].云南环境科学,2005,24(4):28 30.
[5] Lewis C Linker.Gary W Shenk.Robin L Dennis.Jeffry S.Sweeney Cross-Media Models of the Chesapeake Baywatershed and AirshedJ 2000(1-4)
[6] 姜恒志,沈永明,汪守东.瓯江口三维潮流和盐度数值模拟研究[J].水动力学研究与进展A辑,2009,24(1):63 70.
[7] JI Z G.MORTON M R.HAMRICKJM Three-dimensional hydrodynamic and water quality modeling in a reservoir 2004
[8] JIN K R.JI Z G.JAMES R T Three-dimensional water quality and SAV modeling of a large shallow lake 2008,(1).
摘要:
通过分析国际海底地名分委会(SCUFN)会议纪要，研究日本与俄罗斯帝王海山链之争、日本与俄罗斯日本平顶海山群之争和日本与美国幸运星海脊)之争的过程。根据SCUFN的命名规则，探讨其处理争端的主要依据，并对我国当前的命名工作提出建议。
关键词:
海底地理实体命名;历史争端;海洋权益
1引言
海底地理实体是海底可识别圈定和测量的地貌单元。构建统一的海底地理实体命名标准，使用统一的命名方案，有利于构建统一的交流平台。基于此，通用大洋水深图制图委员会成立国际海底地名分委会专门负责审议各国提交的海底地理实体命名提案。我国2011年首次派专家以委员身份参加SCUFN会议，同年提交的7个海底命名提案获得通过，之后每年提交提案，截至目前我国提交并获得通过的海底地理实体命名提案达43个。在国内海底命名工作快速推进的同时，海底命名研究工作得到相应重视，主要围绕海底命名的历史、现状［1～3］以及具体命名技术［4，5］展开。这些研究对普及海底地理实体命名相关概念，指导前期命名提案编制具有重要意义。近年来，随着命名工作的深入开展，我国开始遭遇周边国家的海底命名挑战［6］，多个命名提案遭到否决或挂起(截止目前我国被挂起和否决的提案已达5个)，因此急需开展SCUFN命名规则的深入研究，以便快速适应并利用规则在国际命名争端中把握主动。SCUFN的命名规则集中体现在《海底地理实体命名标准》［7］(GEBCO-B6文件，简称B6文件)中。本文尝试结合SCUFN的典型争端案例分析命名规则，对我国的海底命名工作提出建议。
2SCUFN的命名规则介绍
SCUFN是海底地名领域具有较高权威和影响力的国际组织，自成立以来一直致力于推动全球海底地名的标准化，在长期的海底地理实体命名管理工作中，已经形成一套较为完备的命名准则和议事规程［3］，集中体现在B6文件中。B6文件主要包含“海底地名命名标准指导原则”和“海底地名通名及其定义”。其中“海底地名通名及其定义”详细罗列了60个海底地理实体通名及其定义，是界定实体通名类别的基本依据。“海底地名命名标准指导原则”包含“总则”、“海底地名命名原则”和“海底地名命名程序”3个部分。“总则”限定了SCUFN的受理范围，各国领海以外海域，包括领海以外的经济专属区和外大陆架海域的海底地理实体命名提案都在SCUFN的受理范围之列。“总则”明确了“海底地理实体”的定义，提出了“地形可测和边界明确”的要求，这是下文实体独立性争论的依据。“总则”还提出命名冲突的处理准则:当出现同地异名时，优先保留较早的名字;当出现异地同名时，优先保留先命名的实体名字。“海底地名命名原则”对通名和专名进行了相应规定。通名要求从60个通名术语中选择，并严格遵从定义。专名要求易记易用，其次才考虑纪念意义。一般不用在世人名命名，采用人名命名时，要求其对海洋科学做出过杰出贡献。多个相似的地理实体构成的群组可以采用同类词组命名，如音乐家海山群中的海山均采用世界著名音乐家的名字命名。
3国际争端案例分析
3．1日本与俄罗斯帝王海山链之争帝王海山链位于太平洋西北部，北北西走向，北邻勘察加半岛以东的奥布鲁切夫海隆(ObruchevRise)，南与夏威夷海山链相接，全长2200km。帝王海山链多发育平顶海山，已命名的实体中有18个平顶海山和1个海盆。基于地形特征，可以以神功海盆将帝王海山链划分为南北2段。帝王海山链最早由RobertDeitz命名，当前帝王海山链上的海山均以日本天皇的名字命名。2005年，俄罗斯在帝王海山链北段提交埃德曼海山和马克休特海山(图1)2个命名提案。当年，2个提案均被否决，理由有4点［9］:①埃德曼海山命名提案中的地形图过于粗略，且地形图范围过小，无法展示其与周边实体的相关关系;②根据俄罗斯提供的埃德曼海山地形图，埃德曼海山高差未超过1000m，不符合SCUFN对海山的定义;③马克休特海山的专名来自尤里伊•伊万诺维奇•马克休特，SCUFN认为其未对海洋科学做出杰出贡献;④帝王海山链上的海底地理实体，应以日本天皇的名字命名。
针对SCUFN提出的否决理由，2006年俄罗斯重新修改并提交了埃德曼海山的命名提案。提案更新了地形图，新的地形图显示该海山高差超过1000m，符合SCUFN关于海山的定义。SCUFN主席指出2005年会议一致认为帝王海山链上未命名的海山应该以日本天皇的名字命名。美国委员也提出当年RobertDeitz命名帝王海山链，就是打算用日本天皇的名字来命名该海山链上的海山。另外，日本还展示了Smoot［10］发表的地形图，据此，SCUFN认为埃德曼海山并不是独立的海山，它与南部的推古海山同属一个海山［11］。推古海山已于1966年被美国海底地名辞典收录。日本代表拟将俄罗斯提出的马克休特海山更名为齐明海山或平顶海山。SCUFN认为俄罗斯提供的水深数据不够详细，难以界定该实体是属于整个海山链的一部分，还是属于神武平顶海山(JimmuGuyot)的一部分［11］。2007年，俄罗斯表示无法提供更多资料，日本表示可以在8年内获得新的水深资料和地磁数据。会议决定在获得新数据之前，将齐明海山(或平顶海山)列入保留栏中［12］。依照约定日本应在2015年提交新调查获得的地形图和地磁数据，由于2015年的会议报告尚未公开，暂时无法获知该争论的最新进展。下面就SCUFN处理日本和俄罗斯命名争端的依据进行分析。地形图是海底地名命名的重要基础资料，是界定实体通名类别以及判定实体是否符合“地形可测和边界明确”定义的依据。起初俄罗斯提交的埃德曼海山命名提案中的地形图过于粗略，依据该地形图推算的实体高差不符合SCUFN的海山定义，SCUFN定义海山的高差必须大于1000m;经修改重新提交的地形图显示埃德曼海山高差超过1000m，符合海山定义。日本依据Smoot［10］发表的地形图证明埃德曼海山与前人命名的推古海山共有山顶平台，与推古海山属于同一海山，不能重复命名。关于马克休特海山，SCUFN提出仅凭俄罗斯提供的地形图，无法判定该实体与周围其他实体的相关关系，即无法界定实体的轮廓和范围，有待新的更大范围、更高精度的地形资料的支持。最后，俄罗斯表示无法获得更多资料，主动退出命名权争夺。
马克休特海山的专名来自尤里伊•伊万诺维奇•马克休特，SCUFN认为其未对海洋科学做出过杰出贡献［9］。俄罗斯历来习惯用人名命名海底地名，也常因此导致提案被否决或挂起(即修改后再重新审议)，仅SCUFN第18次会议［9］，俄罗斯就有10个命名提案因此被要求更改专名。所以，提交SCUFN的命名提案最好少用人名，用人名最好选择曾在实体所在海域开展过工作的著名科学家的名字，并在简历中突出其对海洋科学的贡献。SCUFN一直强调帝王海山链上的海山应该以日本天皇的名字命名，依据是“海底地名命名原则”［7］中规定“多个相似的地理实体构成的群组可以采用同类词组命名”，如夏威夷北部的音乐家海山群，其中的海山均以世界著名音乐家的名字命名。群组化命名有利于命名的层次化、序列化。层次化、序列化命名易记易用，是地名规划的基本目标［13］。在俄罗斯提交命名提案前，帝王海山链中的大多数海山都以日本天皇的名字命名，命名的群组化已成事实，如果俄罗斯主张的名字得以通过，将会破坏命名的群组性。基于上述分析，我们得出2点启示:(1)“地形可测和边界明确”是“海底地理实体”基本定义的要求，提案的地形图必须能反映待命名实体与周边其他实体的相关关系。SCUFN主要依据地形图对实体通名类别进行审议，地形图应能详细表达地理实体的地形地貌特征。因此，提案至少应提供2种比例尺的地形图:用于判识待命名实体与周边其他实体相关关系的小比例尺地形图和用于表达实体地形特征的大比例尺地形图。我国历年提案中包含实置图、地形图、三维斜视图、测线图和剖面图5幅。其中测线图指示实体资料来源;地形图、三维斜视图和剖面图主要表达实体的地形地貌特征;位置图表征实置。缺乏表达实体与周边实体相关关系的图件。当命名实于深海平原等地形相对简单的海域时，不易产生分歧，但当实于洋中脊等复杂地形区时，就容易因为与周边实体关系不清而被否决。2012年我国提交的位于西南印度洋洋中脊的鹭飞海山就是因为这个问题被挂起［14］。(2)SCUFN鼓励地理实体命名群组化。群组化命名利于实现命名的层次化、序列化，名称易记易用，便于推广。国家海洋局2015年10月10日正式对外的124个海底地理实体名称，是近年来我国在国际海域取得的重要命名成果。该名录中的地名采用《诗经》体系，分别以诗经的“风”“雅”“颂”3篇对应大西洋、太平洋和印度洋新发现的实体，具有较为完备的命名规划体系。在尚未达成一致海洋划界方案的敏感海域，海底地理实体的命名权争夺比较激烈。我们可以利用命名的群组化，优先命名区域上有控制作用的大型地理实体，再逐步推进次级地理实体的命名工作，从大处着手，步步为营，从而掌握敏感海区的海底命名主动权!
3．2日本与俄罗斯日本平顶海山群之争日本平顶海山群位于日本海沟(JapanTrench)和伊豆—小笠原海沟连接处以东海域，常磐海山群以南，小笠原海隆(OgasawaraRise)以北。海山群周边海域地貌较为复杂，发育较多海山、海丘。日本平顶海山群最早由Heezen等［15］命名为艺伎平顶海山群(GeishaGuyots)，当时确定的范围为143°50'～153°20'E，29°28'～34°14'N。Vogt等［16］指出其包含了10个海山(或平顶海山)，范围为144°～154°E，29°～35°N。1986年SCUFN考虑到艺伎平顶海山群的专名具有冒犯性，决定将其暂时命名为“日本平顶海山群”，这个名字并未经过仔细推敲，只是提醒日本海底地名委员会提出一个更为合适的名称［17］。之后，日本海底地名委员会一直采取回避态度不作回应。2007年俄罗斯提交尼日尼克海山群(KnizhnikSeamounts)提案［11］，该提案建议的实于日本主张的日本平顶海山群的范围之内。日本委员为反对俄罗斯的命名提案，当场提出可以接受原来的“艺伎平顶海山群”。2008年，日本海底地名委员会坚持采用日本平顶海山群称谓，其专名主张最终获得通过［18］，但日本和俄罗斯围绕日本平顶海山群的边界展开了激烈争论(图2)。2007年，俄罗斯对日本主张的日本平顶海山群范围提出质疑，认为其范围内的实体在形态上互不相关，且不是成片分布，不适合划到一个群组中［12］。
2008年，日本海底地名委员会坚持采用Heezen等［15］提出的实体范围。SCUFN讨论决定要求日本修改日本平顶海山群的范围，不能包含东南角的马卡罗夫海山［18］。2009年，日本提交日本平顶海山群新边界，不再包括东南部马卡罗夫海山［19］。2010年，俄罗斯依据测得的海底磁异常条带数据提出划分方案，该方案将西北角4个海山/平顶海山划为中日本平顶海山群;将中部的多个平顶海山划为沃恩平顶海山群［20］。2011年，俄罗斯正式提交沃恩平顶海山群提案获得通过。日本基于俄罗斯提出的日本平顶海山群的边界，进行细微修改后提交并获得通过［21］。本案例中，日本对日本平顶海山群的更名一直采取回避态度，但当俄罗斯提出命名提案时，日本反应激烈。日本表示愿意接受原先具有侮辱性的名称(艺伎平顶海山)，试图以已有名称的实体不能重复命名为由，抵制俄罗斯的提案。然而，早期SCUFN并未引入现行的几何边界表达方式，历史上艺伎平顶海山群的具体范围也不明确，日本转而引用前人学术论文定义的实体范围。俄罗斯基于地形地貌资料阐明该海区海底地貌具有较大差异的客观事实;并通过区域的磁异常条带数据证实该区海底地貌具有不同的地质成因。最终俄罗斯的主张获得通过。可见，海底地形资料是重要的命名依据，但不是唯一依据。最新版的B6文件［7］已经明确命名塌陷火山口(Caldera)、断裂带、矮丘(Mound)、泥火山(MudVolcano)、断裂谷(Rift)、盐丘(Saltdome)、沙脊(SandRidge)、海沟(Trench)等类型的海底地理实体应提供地质和/或地球物理方面的证据以及地形图。因此，综合地质地球物理调查对海底地理实体命名工作具有重要意义。
3．3日本与美国幸运星海脊之争幸运星海脊位于菲律宾海盆西部，我国2012年命名的月潭海脊的西北侧，区域水深一般为5500～6000m。2008年，美国在菲律宾海盆提交了幸运星海脊命名提案(图3)。SCUFN否决了这一提案，理由是美国提交的测深数据没有覆盖实体全貌，不足以确定该实体的类型［18］。日本委员指出［18］日本已经完成该地理实体的多波束测量，并特别说明该实体靠近日本的经济专属区，属于吕宋—冲绳断裂系统的一部分。日本主动提出联合美方在下次会议重新提交命名提案，SCUFN委员一致同意。2010年，日本委员汇报工作进度，指出其已致信美方委员，但尚未收到回复，声称日本已经完成该实体的多波束全覆盖调查，并将向SCUFN提交一个新的命名方案［20］。2011年，日本提交幸运星海脊及其邻区的地形图，指出该实于日本宫古岛以南约333．36km，属于日本经济专属区范围。日本已经完成周边海域多波束调查，暂时只对其中大型的海底地理实体进行了命名。日本委员指出该区域还有很多规模较大的地理实体值得命名，但日本海底地名委员会需要更多的时间来完成命名工作。日本在本次会议上将不对“幸运星海脊”作新命名［21］。本案例中，美国率先提交命名提案，具有优先命名权，但是由于美国提交的地形图没有实现实体的全覆盖，实体的规模和类型等基本属性受到质疑，提案未能获得通过。依照惯例，SCUFN可建议美国补充测深资料，但日本提出其已经完成实体所在海域测深资料，并特别指出该实于其经济专属区范围内。根据《联合国海洋法公约》246条第2款，在专属经济区内和大陆架上进行海洋科学研究，应经沿海国同意。这意味着未经日本政府允许美国不可能完成幸运星海脊的补充测量。日本表面上提出与美国合作命名，实质上已经完全掌握了幸运星海脊命名的主动权。当前海底地理实体命名已经进入精细命名阶段，命名需要多波束和地质地球物理资料的支撑，而《联合国海洋法公约》规定未经沿海国允许，任何国家不能在他国经济专属区和外大陆架开展测量和调查工作。没有精细的调查资料，就无法进行海底命名。可见《联合国海洋法公约》在一定程度上间接保护了沿海国在经济专属区和外大陆架的命名权利。明确经济专属区、划定大陆架界限对保护海底命名权益有一定的作用。反过来，海底地名命名能制造命名实体与命名国有紧密联系的印象;通过命名确定某些实体属性也可以为实现进一步的权利主张提供支撑［22］。
案例最后日本主动声明其已经完成菲律宾海中北部的多波束全覆盖调查，新发现了大量海底地理实体，需要更多的时间来完成命名工作。日本此举的目的是为其在菲律宾海中北部的海底命名争取时间。事实上，即便公布海底地形资料，也只能证明对区内的海底地理实体首次发现，而首次发现并不意味着对地名命名权的占有。以美国和俄罗斯在北冰洋的命名争端为例，2001年美国向SCUFN提交兰塞斯海岭(LangsethRidge)提案。美国采用的地形数据采集自1997—1998年。俄罗斯表示强烈反对，认为该海底高地是1965年由前苏联科学家首先发现的，虽然当时没有进行命名，但在1965年出版的地质图和航海图中均有显示［17］。2002年俄罗斯补充提交该区的命名提案，最终俄罗斯获得了兰塞斯海脊上最高山的命名权，但并未美国的兰塞斯海岭命名提案［23］。除了向SCUFN提交命名提案外，争取海底地名的命名权主要有2种方式:①由国家机关认可并公开海底地名。“海底地名命名标准指导原则”总则明确规定“由国家机构认可的位于领海以外水域的名称，如果与国际上可接受的命名原则相符，其他国家应该接受”［7］。所以，我国政府公开124个海底地理实体名称具有重要的意义。②通过学术论文著作形式。“海底地名命名标准指导原则”总则规定“如果一个名称用于2个不同的实体，先使用该名称的实体应该保留该名称”［7］。2015年我国抵制马来西亚在南海的命名提案，最重要的反证之一，就是原地矿部第二海洋地质调查大队(广州海洋地质调查局前身)编制的《南海地质与地球物理图集》［24］，其出版发行时间早于马来西亚编制的地图。官方和科学家自主命名2种途径各有优缺点。官方最为正式，具有法律约束力，可以避免重复命名造成的地名混乱［4］，并且官方利于命名整体规划，有助于推动海底命名的层次化和序列化。科学家自主命名灵活机动，利于调动学术界的积极性，名字经广泛使用后，即造成既有命名的事实，与国家具有同等效力。因此，建议管辖海域以官方形式命名为主，保证管辖海域海底地名的使用规范有序;在与邻国尚未达成统一划界方案的海域，以鼓励科学家自主命名为主，官方为辅，减少来自外部的政治阻力;公海可采取官方和科学家自主命名相结合的方式，既体现国家意志，又丰富地名文化多样性。
4结论与建议
关键词：滨海地区；景观变化；遥感；南通市
中图分类号：P748；P343.5；P237（533NT） 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）06-1371-05
景观变化是产生累积环境效应的主要根源，长时间、大比例的景观变化必然会对周围环境产生显著影响。滨海地区是介于陆地和海洋生态系统之间复杂的自然综合体，具有生物多样性丰富、生产力高和潜在经济价值大的特点；但是其生态环境条件变化较为剧烈，生态系统也很脆弱，容易受到破坏且被破坏后很难修复。因此进行滨海地区长时间有序的景观格局变化研究，利用多方法、多途径来获取滨海地区景观变化信息、找到控制变化的主要原因是十分必要的，这可以为管理、保护和合理利用滨海区域环境提供重要的依据与借鉴。
1 研究区概况
南通市位于江苏省东南部、长江口北面，地处北纬31°41′06"-32°42′44"、东经120°11′47"-121°54′33"，东临黄海，南倚长江，与上海市和江苏省苏州市隔江相望，西面和泰州市毗邻，北部同盐城市接壤，是我国人口稠密，经济发达，发展速度较快的地区之一。
南通市有近海海岸湿地36.6万hm2，海岸线北起海安县新港闸，南至启东市连新港，途经如东县、通州区和海门市滨海地区，全长216 km（图1），其中如东、启东两县（市）海岸线较长，而海安、通州、海门等县（市、区）海岸线较短。
南通市海岸带的生物资源多样，沿海湿地有浮游动物近100种、底栖动物300余种；其中被列入国家一级重点保护的鱼类有2种、两栖类5种、爬行类22种、哺乳类6种；鸟类有228种，其中属国家二级保护的鸟类20种，省级保护的鸟类115种，被列入《中国濒危动物红皮书》的鸟类9种。植物有20个科52个属66个种。
南通市海岸带自然资源丰富，有着巨大的开发潜力。随着一轮又一轮的沿海大开发战略的实施，滨海地区将面临着严峻的考验，如何正确处理好滨海地区保护管理与开发利用、当前开发和长远发展等的关系已成为迫在眉睫的问题。
2 数据来源及研究方法
2.1 数据来源及处理软件
本研究选用Landsat卫星的TM和ETM遥感影像为主要数据源，具体为1991年7月23日的TM影像（轨道号为path118row038，path119row037和path119row038，分辨率70 m）；2000年4月27日的ETM影像（轨道号同上，分辨率30 m）；2010年9月21日的ETM影像（轨道号同上，分辨率30 m，经过ETM条带修复）；所有的遥感影像都进行几何校正。其他资料包括南通市行政区划图、南通市土地利用现状图以及2010年南通市湿地资源现状普查数据与普查报告等。处理数据的软件采用ENVI 4.8和Arc Map 10.0和GIS。
2.2 数据处理
2.2.1 遥感图像处理 借助于2010年遥感影像，应用ENVI 4.8软件对南通市行政区划图进行几何校正配准后，提取行政区边界作为感兴趣区（ROI），用ROI对拼接（应用ENVI 4.8软件的Mosaic工具）后的遥感影像进行裁剪，得到南通市区域在1991年、2000年和2010年三个时期对应的遥感影像。在此基础上，进行2010年南通市区域遥感图裁剪，得到2010年南通市滨海地区遥感影像，并将此裁剪的感兴趣区转换为Shp文件，以此文件对1991年与2000年的南通市区域遥感图进行裁剪，得到相应时期的滨海地区遥感影像，以保证三个时期的滨海地区边界完全一致。在影像裁剪中，考虑到滨海地区在20年的时间跨度里景观格局变化可能比较大，因此图像右侧即海域部边界线划分适当放宽范围，包含了一部分浅海区域，从而保证三个时相中潮间盐水沼泽的完整性。左侧滨海地区陆地部分主要是根据南通市滨海地区土地利用现状，选取2010年影像中呈现的主要滨海水产养殖区及围拦海区域综合考虑地块的完整性进行划分的。根据遥感影像不同波段组合效果的比较，参考有关文献[1-3]，应用4、5、3波段（可见光+近红外+中红外）组合进行遥感影像RGB合成，合成后的图像色彩反差大，层次丰富，具有较好的目视解译效果。
2.2.2 景观类型 根据研究目的的需要，结合南通市2010年湿地普查的成果[4]，本研究将南通市滨海地区景观分为2大类，即陆域景观与海域景观，具体包含7种类型，分别是浅海海域，潮间盐水沼泽、淤泥质海滩、三角洲（沙洲、沙岛）、水产养殖场、滨海建设用地、陆域其他类型用地（包括植被、农用地、居民点等）。其中前4种属于海域景观，后3种是陆域景观。
2.2.3 遥感影像景观分类及人工解译 在ENVI 4.8软件支持下，采用支持向量机分类方法对三个时期南通市滨海地区遥感影像进行监督分类，经过Sieve、Clump等分类处理后，得到滨海地区景观分类的初步图像。在ENVI 4.8软件中将分类图转换为矢量图后导入Arc Map 10.0软件的面积计算工具，参考南通市土地利用现状图、湿地资源普查数据及对滨海地区现场考察的分析，建立南通市滨海地区各景观类型遥感解译标志。根据解译标志，人工修正滨海地区景观分类的初步图像，完善各景观类型信息，形成三个时期的南通市滨海地区景观格局分布图，分别是1991年南通市滨海地区景观分布图（图2）、2000年南通市滨海地区景观分布图（图3）、2010年南通市滨海地区景观分布图（图4）。
7种滨海地区景观类型中，浅海海域的划分仅仅是为了海域一侧边界确立的需要，而在景观格局变化分析中并不需要考虑浅海海域，所以在进行人工解译过程中删除了浅海海域部分。因此三个时期的景观格局分布图中海域一侧的边界是不一致的，它代表了各时期的潮间盐水沼泽边界，但不含浅海海域。
3 结果与分析
应用软件Arc Map 10.0的面积计算工具，将提取的景观信息按照景观类型进行分类汇总。得到三个时期各类景观的面积信息，详情见表1。
3.1 南通市滨海地区陆域景观格局变化分析
从表1中可以看出，1991～2010年20年时间，滨海地区的陆域面积总体呈现为增加趋势；其中2000年比1991年增长了62.7%，约8 102 hm2；2010年比2000年增长了84.7%，约17 820 hm2。在1991～2000年间，滨海建设用地增长幅度相对较低，增长44.1%；水产养殖场用地增长幅度最大，2000年比1991年增长了350.6%；而陆域其他类型用地总面积变化不大，还稍稍减少了5.1%。但在2000～2010年间，水产养殖场用地面积有所减少，降低了21.0%；而滨海建设用地与陆域其他类型用地的面积增幅都较大，分别比2000年增长了266.3%和174.0%。
从景观分布图上来看，从1991到2000年再到2010年，总体来说陆海分界线不断向海洋方向渗透，扩张，具体表现为滨海地区陆域景观的总面积在增加。其中前10年变化较慢，滨海地区陆域面积增长不太明显，如从图3上看，仅仅是水产养殖场用地（深色部分）增多，在现在的洋口港附近，多了一个近似三角形的围挡区域（与图2比较）。而在2000～2010年，南通市滨海地区陆域部分景观变化则非常显著（图5），整体看陆域面积增幅较大（目测就能发现），陆域变宽。景观变化最明显的是在图5中圈出的10片区域，而且这10片区域基本都是由对潮间盐水沼泽地区的围挡形成的（对比图3和图5）。10片区域中，位置1位于海安县，位置2、位置3、位置4位于如东县，位置5位于通州滨海新区，位置6、位置7、位置8、位置9、位置10位于启东市。10片区域中，位置10位于长江入海口的河口区域，位置4和位置7分别是在建的洋口港与吕四港。从图5我们还能看到，已经围挡的部分区域（位置3、位置4、位置7）因为还正在建设，所以2010年的遥感影像仍然呈现出潮间盐水沼泽的景观特征，因此从一定意义上来说遥感影像的解译夸大了2010年滨海建设用地的面积。
3.2 南通市滨海地区海域景观格局变化分析
与陆域景观变化相反，滨海地区海域景观面积在逐渐减少，其中1991～2000年减少较慢，2000年比1991年减少了23.6%；而2000～2010年减少较快，2010年仅为2000年面积的50.6%。
从1991～2000年，潮间盐水沼泽、三角洲（沙洲、沙岛）、淤泥质海滩分别减少了15.8%，53.3%，78.4%；而在2000～2010年，潮间盐水沼泽减少了57.2%，三角洲（沙洲、沙岛）和淤泥质海滩反而有所增加，这主要是由于在建的部分围挡区域（图5中的位置3和位置4）周围的部分出现淤泥造成的。
3.3 南通市滨海地区景观格局变化驱动力分析
南通市滨海地区陆域景观面积在不断增加，海域景观面积尤其是潮间盐水沼泽区域面积在不断减少，且减少的幅度相当大，海陆分界线位移明显；个中原因主要由两方面构成。
一是自然原因造成海岸带淤积，南通市海岸线均属粉沙淤泥质海岸类型，其中有70%以上的岸线为淤涨岸段（从海岸线北端至启东市北面部分）[5-7]，1954～1984年间淤涨岸段淤涨率为每年60 m左右[5]，由此可以粗略估算自然原因带来的海岸带淤积贡献率。根据1991～2010年的南通市滨海地区陆域景观面积变化情况，对该时期陆域景观面积变化的自然因素与人为因素进行了估算，结果见表2。表2显示，南通市滨海地区陆域景观面积增加的部分是由于南通市滨海地区自然特性所决定的，尤其在1991～2000年间，陆域景观面积的增加基本上都是由海岸带淤积造成的（表2中出现的自然原因带来的面积变化数值大于陆域景观实际增加总面积数值的情况可能是由于遥感影像解译误差造成的，也不排除海岸带自然淤积面积估算存在误差的可能），而在2000～2010年间，自然原因对陆域景观面积增加的贡献率也在50%以上。所以在分析南通市滨海地区景观格局变化的驱动力时，对自然因素不容忽视。
二是沿海开发进程加快了陆域景观格局的变化，加剧了潮间盐水沼泽的减退，尤其在图5中所示的围挡规整的10个区域，与南通市从1991年以后所经历的三次沿海大开发建设浪潮密不可分。1996年，江苏省提出了发展海洋经济，建设“海上（江）（部）”的跨世纪发展战略。通过对潮间带滩地的开发利用，建成了一批贝类养护基地、紫菜养殖加工基地，这与2000年遥感影像所呈现的水产养殖场面积大幅增加是相吻合的（图3）。2001年，江苏省又提出了新一轮“滩涂开发工程”，项目的目标是增加粮食年生产能力，把昔日的荒滩变成巨大的“粮仓”和“鱼塘”，这也与2010年遥感影像所呈现的包括农用地在内的陆域其他类型用地大面积增加是相一致的（图4）。按照2009年国家发改委编制的《江苏沿海地区发展规划》，江苏省将重点对海岸潮间带和潮下带滩涂、高程在理论基准面2 m以上的海域滩涂进行围填开发，规划到2020年，围填18万hm2海域滩涂。作为江苏省沿海三城市之一，规划方案明确了南通市将重点实施洋口港和吕四-东灶港周边等多个滩涂围垦综合开发区建设，所以在2010年的遥感影像中显示出有部分在建工程出现（图4）。
从景观格局变化的人为驱动力分析可以看出，南通市滨海地区景观变化的趋势和幅度是与沿海开发的导向、力度息息相关、密不可分的。随着沿海开发大战略的全面展开，作为众多野生动物与植物栖息地的自然景观，滨海地区尤其是滨海湿地必然面临着十分严峻的考验。
4 小结与讨论
1）总体来说，南通市滨海地区在1991～2010年期间陆域景观面积不断增加，海域景观面积持续减少，海陆分界线不断向海洋方向移动。其中1991～2000年间变化幅度小，2000～2010年间变化幅度大。
2）南通市滨海地区景观格局变化的驱动力包括自然和人为两方面的因素。且自然淤积带来的陆域景观面积变化非常可观，可见南通市滨海地区是可以进行适度开发的。
3）南通市滨海地区景观格局演化的总体趋势与沿海开发的政策导向和建设开发力度是相一致的。
4）滨海地区具有生物多样性丰富、生产力高且生态效应大、潜在经济值大的特点，不科学的填海造地、围滩造田尽管增加了土地资源，但却对海洋资源造了严重破坏。所以在进行沿海开发时，包括开发方式、开发范围、开发速度及力度等在内的开发方案制定与实施需慎之又慎，以避免造成不可逆转的不良后果。
参考文献：
[1] 白林波，白明生，石 云.基于RS 与GIS 的银川市湿地景观变化研究[J].水土保持研究，2011，18（4）：79-87.
[2] 李芳芳，贾永红.一种基于TM影像的湿地信息提取方法及其变化检测[J].测绘科学，2008，33（2）：147-149.
[3] 吴 涛，赵冬至，张丰收，等.基于高分辨率遥感影像的大洋河河口湿地景观格局变化[J]. 应用生态学报，2011，22（7）：1833-1840.
[4] 南通市林业局.南通市湿地资源调查报告（第二次全国湿地资源调查）[R].江苏南通：南通市人民政府，2010.
[5] 冯小铭，韩子章，黄家柱.南通地区江海岸线近40年之变迁――江海岸的侵蚀和淤积[J].海洋地质与第四纪地质，1992（6）：65-77.
【关键词】缓坡方程；CGWAVE；波浪传播；航道
1 前言
航道开挖对波浪传播有何影响，以前缺乏专门系统的研究。在港口工程设计波浪的推算中，均不考虑航道的作用，而认为海底是平缓的，忽略航道的作用。但自1987年烟台港西港池二期工程开始，国内对这一问题逐步重视起来，发现航道对波浪产生一定的折射作用；认为忽略航道作用的存在，对港内泊稳和防护建筑物设计，在某种情况下是偏于安全的，但在另一种情况下有可能偏于危险。
航道对波浪的作用主要表现在波浪的折射、发散穿越和会聚等内容上。同时外海波浪传入近岸浅水地区时，受多种因素的影响，将产生一系列复杂的变化。为综合反映这些现象，需要建立较复杂的综合考虑折射、绕射和反射的波浪数学模型。缓坡方程数学模型成功地将折射数模和绕射数模统一起来，在忽略绕射作用时可化为折射方程，在水深不变时可化为绕射方程，在水深很浅时又与浅水长波方程一致，故可适用于任意水深下小振幅波浪的折射、绕射和反射联合计算。
由于在实际工程中往往遇到波浪长距离传播的问题，波浪传播距离可达数十公里以上，这时直接应用缓坡方程仍有困难。为便于工程应用，人们在缓坡方程的基础上发展了一系列便于求解的缓坡方程的近似形式，如如抛物型、双曲型和椭圆型等。其中椭圆型方程近似是在实际工程中尤其是大水域波浪传播问题中应用最为广泛的近似形式之一。
2 CGWAVE稳态缓坡方程数学模型
本文的是国际上先进成熟的CGWAVE模型（Coastal Surface Water Wave Model of the Mild Slope Equation）。CGWAVE模型是美国工程兵团研究与发展中心（ERDC）海岸与水动力学实验室（CHL）与美国缅因大学联合开发的地表水计算软件SMS中的模块之一，充分考虑了波浪的折射、绕射、反射、底摩擦耗散、波破碎以及非线性等因素。
2.1 控制方程
其控制方程的基本形式如下：
（1）
式中C、Cg分别表示波速和波群速， 表示波势，k表示波数，ω为角频率，F为波能变化因子，。
方程（1）考虑了波浪折射、绕射和反射等因素。当同时考虑摩擦耗散和波浪破碎因素时，上述方程可改写为：
（2）
式中w是摩擦因子，可以用下式求得：
（3）
γ是波浪破碎参数，可用下式求解：
。 （4）
此时由于相对水深较小，波浪的非线性效应相当显著，以至于明显影响波浪的传播变形，故模型引入非线性修正的色散关系式如下：
， （5）
其中
， （6）
。 （7）
2.2 边界条件
边界条件分为两种。
1）入射边界条件：
（8）
φi表示入射波势，φr表示反射波势，n为入射波向。
2）透射及反射边界条件：
（9）
式中 为波向与边界法向间夹角，γ为反射参数，由下式计算
（10）
（11）
（12）式中R为振幅衰减因子（反射系数），δ为相位差。γ=0时为全反射边界，γ=1时为全透过边界。
2.3 求解方式
模型采用有限元方法来求解椭圆型缓坡近似方程，同时联立迭代方法对方程进行离散化处理，直至收敛精度满足要求，从而能解决较大空间区域的波浪模拟问题。
3 模型建立
本文选用的港口及其航道布置图参见图1，所建立的模型计算范围是自航道前端至码头岸边。
本文首先建立不考虑航道开挖时的波浪计算模型。模型地形考虑了防波堤的存在，但不考虑航道和港内回旋水域的开挖，生成的模型地形及有限元网格剖分图见图2（左：无航道开挖）。其中生成的有限元网格数为110698个，网格节点为55846个，网格大小为25-55 m。
为比较航道开挖前后的波浪要素的变化，我们利用CGWAVE模型进行了该港口考虑航道和回旋区开挖时的波浪推算工作。图2（右：有航道开挖）为考虑航道开挖后的模型地形及有限元网格剖分图。
图1 港口模型计算范围
图2 模型地形与有限元网格图（左：无航道开挖；右：有航道开挖）
4 结果及分析
为了反映航道对波浪传播的影响与不同方向的波浪入射的关系，考虑到航道方向近似东南方向，所以我们选用SE方向和S方向的来浪作为航道前端的入射波浪，其中SE方向的波浪有效波高Hs为7.4 m，平均周期 为12.5 s；S方向的波浪有效波高Hs为6.5m，平均周期 为11.1s。同时考虑2.94 m的潮位，两个方向在考虑航道开挖前后的计算结果对比见图3和图4。
通过比较航道开挖前后的波高分布图，可以得出SE方向来波在考虑开挖航道和回旋区域后，防波堤前端波高因入射波浪与航道内折射的波浪会聚而增大。
开挖航道后，S方向的波浪会穿越航道和回旋区进入码头内，使得防波堤前和码头内整体波高减小，在沿波浪传播方向的局部地区波高增加，从而造成防波堤前端波高减小。
图3 SE方向波高分布图（左：无航道开挖，右：有航道开挖）
图4 S方向波高分布图（左：无航道开挖，右：有航道开挖）
参考文献：
[1] 顾民权等，海港工程设计手册，北京：人民交通出版社，2001.
[2] Demirbilek， Z. and Panchang， V. ，“CGWAVE： A coastal surface water wave model for the mild slope equation，” Technical Report CHL-98-26， 1998.
[3] Michael J. Briggs and Barbara P. Donnell， “How to Use CGWAVE with SMS： An Example for Tedious Creek Small Craft Harbor”， 1998.
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.设计潮流研究现状
感潮河段的水流随潮汐而呈来回往复运动，因此其设计潮流量或潮流速应按涨潮和落潮分别计算。若研究河段具备长系列潮流观测资料，还是可以采用频率分析方法计算其设计值。但由于感潮河段水流的复杂性增加了观测的难度，我国大部分感潮河段的潮流观测资料非常少，有的是迫于工程实践的需要临时组织观测，次数非常有限，有的是近十几年才开始断断续续的观测，而且在风大、浪高、流急的风暴潮期间，未能进行潮流观测。
目前，对于缺乏长系列流量资料的感潮河段，通常采用设计潮型潮流数学模型模拟法或设计潮型定床河工模型试验法推求设计潮流量，即首先确定各种上、下边界设计潮型遭遇组合的概率，然后采用潮流数模计算或定床河工模型试验得出不同边界组合相应的最大涨（落）潮流量，认为该最大涨（落）潮流量具有与产生它的边界组合相同的出现概率，因每一种组合均对应一个最大涨（落）潮流量与一个概率，从而建立最大涨（落）潮流量的概率分布，推求不同频率的设计潮流量。在确定上、下边界的组合概率时，有的按两者相互独立处理，即组合概率等于上、下边界各自概率的乘积；有的按两者同频率处理，即组合概率等于上边界概率等于下边界概率；有的建立上、下边界的联合分布模型确定联合概率。该类方法存在以下几个方面的问题：（a）设计潮位过程的推求目前尚不成熟，真正需要的是指定频率的设计潮位过程，实际推求中只能以指定频率的个别潮汐特征（如位）为控制进行典型潮位过程的放大，其中存在较大的任意性，致使以设计潮位过程为边界数模计算所得或物模试验所得潮流量及潮流速带有任意性；（b）上下边界的设计潮位过程往往既不完全相关，也不完全独立，建立联合概率分布分析不同边界遭遇的概率比较困难；（c）上下边界遭遇的概率能否等同于该组合下桥轴断面潮流量数值的发生概率还值得商榷。
2.桥位河段河道概况
苏州至南通长江公路大桥位于江苏省东部长江下游的澄通河段下段――南通河。江南为苏州，江北为南通市。苏通长江公路大桥工程可行性研究阶段选定的东线桥址位于南通市下游约38km处徐六泾节点段。
随着长江河口区向海洋延伸和自然缩窄，及长期河道整治，近百年来，桥位河段已从历史上宽浅、摆动较剧烈的大河弯型演变为目前两个平顺衔接、连续反向、宏观河势较为稳定的“S”型河道。狼山沙东水道河道顺直，主深槽紧靠狼山沙东侧，沙头略有后退。近年来，狼山沙尾部已逼近徐六泾节点段深槽，并渐趋势定。在狼山沙东侧受冲的同时，新开沙西侧向外扩展，并向下延伸。狼山沙东、西水道和通州沙西水道三汊水流汇合后，顶冲徐六泾节点段后进入河口段南、北支。徐六泾以下的崇明岛将长江主流分入南、北两支。北支分泄长江径流不足5%，以涨潮动力为主，河床宽浅、沙洲众多。南支从白茆河口至七丫口为白茆沙水道，并被白茆沙分为南、北水道。
3.设计潮流量及潮流速的推求
3.1潮流量与潮位要素的相关分析
由于感潮河段的水流呈往复式运动，一个潮流期包括涨潮、落潮两个阶段，径流对涨潮和落潮的作用不同，因此分涨潮、落潮两个阶段
3.1.1涨潮流量与潮位要素的关系分析
3.1.2落潮流量与潮位要素的关系分析
3.2相关法推求设计潮流量
3.2.1设计年最大涨潮流量的推求
将逐年徐六泾站的最大涨潮潮差代入式（3-1）得到年最大涨潮流量系列，对该系列进行频率计算即可求得不同设计频率相应的设计年最大涨潮流量，计算结果见表3-1，频率曲线见图1。
3.2.2设计年最大落潮流量的推求
将逐年天生港发生最位时徐六泾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。对该系列进行频率计算即可求得不同设计频率相应的设计年最大落潮流量，计算结果见表3-2，频率曲线见图2。
3.3设计年最大潮流速的推求
3.3.1设计年最大垂线平均流速的推求
2。设计年最大垂线平均落潮流速的推求
由各代表垂线最大点流速与平均流速的换算系数，可以推求由设计垂线平均流速得到相应的垂线最大点流速，计算结果见表3-5：
3.3.3设计断面平均流速的推求
根据资料按涨潮、落潮分别建立最大流量与最大断面平均流速的相关关系。与相应样本值作比较，统计误差及保证率，发现相关性较高，将各次的自变量（潮流量）代入各自的相关方程计算出回归最大断面平均潮流速，结果见表3-6：
4.总结
感潮河段潮位和潮流量关系极其复杂，为寻求潮位要素与潮流量的关系，本文经过分析研究，通过98个实测涨、落潮流量资料和97个实测上、下边界资料经模拟计算得到的潮流量资料。首先分析了位、潮差、上游来水（以相应低潮位表示）与涨、落潮流量的关系。经分析研究表明：涨潮流量仅与涨潮潮差有关，与相应低潮位无关；落潮流量与落潮潮差、相应低潮位均有关，建立落潮流量与徐六泾落潮潮差、相应天生港低潮位的关系，具有较好关系。同时直接建立落潮流量与徐六泾最位的关系，同样获得了较好的关系。但精度没有前者高。本次计算采用精度高的落潮流量与徐六泾落潮潮差、相应天生港低潮位的关系，推求历年最大落潮流量系列。目前，我们采用了1996、1997、1998和1999年实测和由非恒定流计算的涨、落潮资料，分别建立了涨潮潮差与最大涨潮流量的关系，相关系数达0.93；最位与最大落潮流量的关系，相关系数达0.94。由实测资料分析年最位发生时间与年最大落潮流量发生时间基本一致。由此关系用1000多个潮汐要素推算47年最大涨潮流量序列和年最大落潮流量序列进行频率计算，求出设计年最大涨潮流量和年最大落潮流量，成果可靠。
参考文献
[1]陈元芳主编.水文与水资源工程专业毕业设计指南.中国水利水电出版社，2000年.
[2]梁忠民，钟平安，华家鹏主编.水文水利计算.中国水利水电出版社，2006年.
[3]黄振平编著.水文统计学.河海大学出版社，2003年.
关键词：悬浮隧道锚索；涡激振动；数值模拟；动网格
中图分类号：U459.5
文献标志码：A
文章编号：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
水中悬浮隧道，其英文名称为Submerged Floating Tunnel，简称SFT，又称Archimedes桥[1]。顾名思义，这种隧道结构既不位于地层中也不穿过地层，而是悬浮在水面下一定深度，主要依靠自身结构的浮力或支持系统保证其在固定的位置，是一种跨越深水道的新概念。按照支撑方式的不同，悬浮隧道可分类为：下墩立柱式、下锚（锚索）式和水面浮筒式[2]。锚索式悬浮隧道对水下基础的工程地质条件的适应性强，由于其柔性支撑，对地震、海啸等自然灾害的抵御能力强，具有相当广阔应用前景。
锚索类似于海洋工程领域的拖缆、立管和张力腿等柔性海洋结构物，涡激振动（Vortex Induced Vibration，VIV）是此类结构物疲劳损坏的根源，锚索系统的涡激振动分析是悬浮隧道结构分析的重要组成部分。根据aimy线性微幅波理论，波浪力随着水深成指数衰减，悬浮隧道一般置于水下30 m左右，此深度锚索的波浪力与水流力相比为微量[3]。因此，本文简化处理只考虑均匀流诱发的漩涡导致锚索动力响应。
随着计算流体力学（CFD）和多场耦合技术的发展，涡激振动的预报模式出现了2个分支：1）基于经验参数模式；2）基于CFD预报模式。前者，流体力系数由系列实验提取，将其按无量纲振幅与折合速度频率整理成数据表，采用样条曲线外推内插的方法拟合为公式，用于VIV的预报。在经验预报模型中，具有代表性的是Harlten和Currie创立的尾流振子模型；基于CFD的VIV研究分为：涡方法[4]，RANS方法[5]，LES方法[6]，以及DNS法。4类方法的计算量依次增加，对计算机硬件要求越高，精度越高。其中，DNS法由于网格质量要求极高，目前只用于Reynold数低于O（104）的情况，离散涡方法对涡粘模式简化形式决定了其计算精度，更多的研究集中在基于RANS和LES模式流体力系数的求解与结构分析耦合的VIV研究。
对于悬浮隧道锚索涡激振动研究成果主要表现在基于经验参数计算方法，麦继婷等[7]、葛斐等[8]、陈健云等[9]先后采用Morison方程计算锚索的流体力，通过Galerkin法和Hamilton原理求解振动方程，计算锚索涡激振动响应，并未考虑到锚索与流体之间的耦联作用。本文首次将数值模拟方法和多场耦合技术引入锚索涡激振动分析。
1基本方程和计算模型
1.1基本方程
1.1.1流体控制方程将Naviar-Stokes方程中瞬时变量分解成平均量和脉动量2部分，利用雷诺应力法得到的动量方程和连续性方程如下式：
1.2计算模型
二维切片法是海洋立管和张力腿涡激振动分析方法，其核心是将三维结构系统简化为多质点的弹簧质量阻尼的二维刚性体系。本文将此法引入悬浮隧道锚索的涡激振动分析，锚索等效模型如图1（a）所示。
流场计算采用网格计算区域为20D×40D的矩形，结构中心位于笛卡尔坐标原点，上（下）边界和左边入口边界到结构中心的距离为10D；右边出口边界到结构中心的距离为30D。模型边界条件为：进口采用速度入口边界（inlet）；出口采用自由出流边界（outflow）；上下边界采用自由滑移边界（symmetry）；结构壁面采用无滑移边界（wall），边界条件、网格尺寸和计算区域的大小等无关性验证同Kelkar[11]和Stansby[12]。网格分布为：锚索周围2D范围采用结构化边界层网格，边界层网格相对结构静止且随结构一起振动；远壁面采用可变形的三角形非结构化网格，并利用尺寸函数控制网格的合理分布。近壁面网格如图1（b）所示。流场求解采用RSM湍流模型结合增强壁面函数法。速度与压力耦合方程采用SIMPLEC算法，对流项采用二阶迎风格式。
具体耦合迭代模式为：在某一流场计算时间步Δt内，求解流场控制方程（1）得到锚索壁面压力分布，并将表面压力沿坐标轴投影得到锚索的升力FL（t）和FD（t），采用UDF（user defined function）编写的四阶Runge-Kutta法嵌入FLUENT求解方程式（3）和（4），得到下一迭代步开始时刻锚索的速度和位移，通过FLUENT中动网格宏DEFINE_CG_MOTION将锚索运动速度传递给网格，网格运动导致流场参数改变，进入下一迭代步计算，如此循环反复迭代。
2结果分析
2.1算法验证
对比各种拟建悬浮隧道方案，选取锚索的主要参数如表2所示。
根据Feng[13]及Khalak等[14]的实验，弹性支撑的低质量比刚性柱体的涡激振动幅值随约化速度U*的增加，表现为初始分支（initial branch）、上端分支（upper branch）和下端分支（lower branch）。为验证本文算法的可行性，图2给出锚索涡激振动的无量纲幅值（Ymax/D）随U*变化，并与实验结果和其他算法进行比较分析。
由图2可知，数值计算无量纲振幅与Juvtis等[15]试验结果在初始分支和下端分子吻合较好，进一步验证本文算法可行性；在约化速度U*=6.5时，本文计算下端分支最大振幅为Ymax/D=0.646，Juvtis等试验结果下端分支最大值为Ymax/D=0.623，出现在约化速度U*=7.8。黄智勇等[16]数值计算结果比本文结果略小。
2.2质量比影响分析
假定ζ=0.001 8，保持刚度和直径不变的条件下，通过改变锚索的密度，调整M*=2.4、7.8、20时，图3给出了3种质量比锚索涡激振动幅值随约化速度U*的变化。
从图3可以看出，锚索横向位移最大值（振幅）随着约化速度先增加，之后涡激共振幅值保持在一定范围内，在U*超过涡激振幅的范围时，锚索涡激振动幅值明显减少。在涡激共振区域，锚索涡激横向振幅随着质量比的变化不是很明显，几乎保持在一定幅值范围内，不同的质量比涡激共振区域不同，质量比M*=2.4、7.8和20.0出现涡激共振对应的约化速度范围为：[3.25，11.0]、[4.25，10]和[4.75，10]，质量比越小，涡激共振范围越大，锚索更易发生涡激振动。
从图4可看出，3种不同质量比的锚索对应的横向振幅和频率分别为：0.769 9和1.174 Hz；0.802 5和0.967 Hz；0.778和0.708 Hz。由此可知，在涡激共振区域，锚索横向共振频率随质量比的增加而减少，而横向振幅与质量比的关系不是很明显，不同质量比涡激共振时横向振幅大致在[0.76，0.81]。
2.3阻尼比影响分析
为分析阻尼比对锚索涡激振动的影响，假定M*=7.8，ζ=0、0.001 8、0.018条件下，图5给出了锚索涡激振动幅值随约化速度U*的变化关系。
从图5可以看出，锚索横向位移最大值（振幅）随着约化速度先增加后减少，当4.25
限于篇幅，图6仅给出了约化速度U*=7.0时，锚索涡激振动位移随时间的变化关系。
从位移图和频率图可看出，3种不同阻尼比的锚索对应的横向振幅和频率分别为：0.855和1.3 Hz；0.821和1.3 Hz；0.628 5和0.986 Hz。由此可知，在涡激共振区域，锚索横向振幅随阻尼比的增加而减少。比较图6（b）和（c）的频率图可知，随着阻尼比的增加，锚索涡激振动频率由ζ=0.001 8的1.3 Hz下降到ζ=0.018的0.986 Hz，涡激振动周期增加。
2.4自由度影响分析
早期对高质量比的涡激振动研究中通常不考虑流向运动对横向振动的影响。但是，在低质量比的情况下，流向运动对横向振动的影响不可忽略。Sarpkaya[17]通过对质量比为7.0的两自由度（横流向和顺流向）圆柱体涡激振动的实验研究发现，两自由度计算横向振幅为单自由度计算结果的1.1倍。锚索一般采用钢缆或者高分子纤维材料，其质量比小10。因此，有必要对两自由度（考虑横向和流向振动）涡激振动进行研究。假定ζ=0.001 8，M*=7.8时，图7给出了锚索涡激振动幅值随约化速度U*的变化关系。
从图7可知，在质量比m*=7.8时，考虑锚索流向振动对横向振动的影响比不考虑流向振动影响得到的锚索横向振幅略有增加。除此之外，考虑流向振动影响，锚索横向振动频率锁定所对应的约化速度范围略有增加，不考虑流向振动时，锚索横向振动频率锁定的约化速度范围为[4.25，9.0]，当考虑流向振动之后，锚索横向振动频率锁定范围变为[4.25，10.0]。
限于篇幅，图8仅给出了约化速度U*=8.0时，锚索涡激振动位移随时间的变化关系。
从位移图和频率图可知，单自由度和两自由度的锚索对应的横向振幅和频率分别为：0.908 2和1.059 Hz；0.943 3和1.238 Hz。由此可知，考虑流向对横向振动的影响时，锚索在涡激共振区横向振幅要大于单自由度的情况，考虑锚索流向运动对横向振幅的影响，发生涡激共振时，共振频率要小于单自由情况。
2.5来流速度影响
为讨论流速对涡激振动的影响，假定ζ=0.001 8，M*=7.8的情况下，图9给出了锚索涡激振动幅值随约化速度U*的变化关系。
从图9位移图和频率图可知，3种不同约化速度的锚索对应的横向振幅和频率分别为：0.192和0.971 Hz；0.8401和1.1 Hz；0.021和2.71 Hz。由此可知，在涡激共振U*=6.5时，锚索横向振幅和频率均大于非共振情况。图9（a）、（c）分别为2种典型非共振情况，从图9（a）可以看出锚索横向振动出现拍的现象，图9（c）锚索横向振动频率远离结构固有频率，未发生涡激共振，横向位移很小。
3结论
1）质量比也是影响锚索涡激振动的重要因数，虽然在低质量比条件下，质量比几乎不改变涡激共振时锚索的横向振幅，但是质量比越小，锚索涡激共振对应的约化速度范围越大，锚索约容易发生涡激共振。
2）不同的阻尼对锚索横向涡激振动的幅值影响很明显，随着阻尼比的增加，锚索涡激共振时的幅值减小，涡激共振区域几乎不随锚索阻尼的变化而改变。随着阻尼比的增加，锚索涡激振动频率随着阻尼比的增加而减少，涡激振动周期增加。
3）在悬浮隧道锚索质量比较低的情况下，必须考虑锚索的顺流向振动对锚索横向振动的影响。除此之外，考虑锚索的流向振动将使锚索横向涡激共振区域变大，导致锚索更易发生涡激共振。在频率锁定区域，考虑流向运动时，锚索的横向振动幅值要大于不考虑的情况。
4）涡激共振发生时，锚索横向振幅随约化速度改变几乎不变化，位移相位发生改变。流向位移随约化速度增加而增加。
参考文献：
[1]Ahrens D.Submerged floating tunnels-a concept whose time has arrived [J].Tunneling and Underground Space Technology，1997，12（2）：317-336.
[2]董满生，葛斐，惠磊，等.水中悬浮隧道研究进展[J].中国公路学报，2007，20（4）：101-107. Dong M S，Ge F，Hui L，et al.Research progress in submerged floating tunnels [J].China Journal of Highway，2007，20（4）：101-107.
[3]陈健云，孙胜男，苏志彬.水流作用下悬浮隧道锚索的动力响应[J].工程力学，2008，25（10）：229-234.
Chen J Y，Sun S N，Su Z B.Dynamic response of submerged floating-tunnel tethers subjected to current [J].Engineering Mechanics，2008，25（10）：229-234.
[4]Zhou C Y，So R M，Lam K.Vortex-induced vibrations of elastic circular cylinders [J].Journal of Fluid and Structure，2004，19：449-466.
[5]Pan Z Y，Cui W C，Miao Q M.Numerical simulation of vortex-induced vibration of a circular cylinder at low mass damping using RANS code [J].Journal of Fluids and Structure，2005，9：135-154.
[6]He C J，Duan Z D，Ou J P.Numerical simulation of self-excited and forced vibration of circular cylinders in current [J].China Ocean Engineering，2010（1）：57-63.
[7]麦继婷，罗忠贤，关宝树.流作用下悬浮隧道张力腿的涡激动力响应[J].西南交通大学学报，2004，39（5）：600-604. Mai J T，Luo Z X，Guan B S.Vortex-induced dynamic response of tension legs for submerged floating tunnel under current effect [J].Journal of Southwest Jiaotong University，2004，39（5）：600-604.
[8]葛斐，董满生，惠磊，等.水中悬浮隧道锚索在波流场中的涡激动力响应[J].工程力学， 2006，23（Sup1）：217-221. Ge F，Dong M S，Hui L，et al.Vortex-induced vibration of submerged floating tunnel tethers under wave and current effects [J]. Engineering Mechanics， 2006，23（Sup1）：217-221.
[9]陈健云，王变革，孙胜男.悬浮隧道锚索的涡激动力响应分析[J].工程力学，2007，24（10）：186-192. Chen J Y，Wang B G，Sun S N.Analysis of vortex-induced dynamic response for the anchor cable of submerged floating tunnel [J]. Engineering Mechanics， 2007，24（10）：186-192..
[10]张兆顺，崔桂香，许春晓.湍流大涡数值模拟的理论与应用[M].北京：清华大学出版社，2008.
[11]Kelkar K M，Patankar S V.Numerical prediction of vortex shedding behind a suuare cylinder [J].International Journal Numerical Methods in Fliuds，1992，14：327.
[12]Stansby P K，Slauti A.Simulation of vortex shedding including blockage by the random-vortex and other methods [J].International Journal Numerical Methods in Fliuds，1993，17：39-56.
[13]Feng C C.The measurement of vortex-induced effects in flow past stationary and oscillating circular and d-section cylinders [D].University of Brithish Columbia，Vancouver，B.C，Canada，1968. [14]Khalak A，Williamson C H K.Dynamics of a hydroelastic cylinder with very low mass and damping [J].Journal of Fluid and Structure，1996，10：45-472.
[15]Jauvtis N，Williamson C H K.The effect of two degrees of freedom on vortex-induced vibration at low mass and damping [J].Journal of Fluid and Structure，2004，509：23-62.
购物车(0)