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導語：在邊界與海洋研究的撰寫旅程中，學習并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領您探索更多的創(chuàng)作可能。
[關鍵詞]海洋劃界；等距離／特殊情況規(guī)則；公平原則；習慣國際法
[中圖分類號]D993.5 [文獻標識碼]A [文章編號]1004－518X(2012)03－0131－06
盛紅生(1960－)，男，博士，浙江理工大學法政學院教授，主要研究方向為國際法。(浙江杭州 310018)
本文系教育部哲學社會科學研究重大課題攻關項目“全球化背景下中國海洋權益法律保障研究”(項目批準號：09JZD0023)的階段性成果之一。
在很多情況下，海洋的沿海國不止一個，其中存在沿海國之間相向或者相鄰的地理位置關系，因此海洋劃界問題的出現就有著必然性。在國際法中，海洋劃界是個極為重要的問題，如果國際海洋劃界爭端無法通過政治外交途徑或者國際司法辦法解決，在某些條件下就存在引起武裝沖突的潛在風險，成為威脅國際關系正常發(fā)展的重要因素。
最近20年來，國際法院受理的涉及海洋法的案件數量明顯增加，達20余件，而這其中大多數又都與海洋劃界爭端有關。其他國際司法機構也受理了一些涉及海洋劃界爭端的案件。國家之間更多地選擇通過國際司法辦法解決彼此之間的爭端，無疑是國際法治發(fā)展的新動向，對國際關系的健康發(fā)展產生了積極的影響。但是，我們必須看到并非所有國際海洋劃界爭端都能通過和平方式妥善解決，如果海洋劃界爭端長期得不到公正合理解決，對有關各方依法利用海洋和維持國際海洋的正常秩序，都存在巨大的、潛在的或者現實的威脅。
一、各國在理解和適用“公平原則”方面存在的分歧
前言
我國擁有寬闊的大陸架，經過陸坡連接海底，著名的太平洋西邊界強流黑潮，就是從我國臺灣島南部，沿陸坡走向到達日本九州。黑潮運動對我國沿海氣候、近海流系的水文特征、水產資源等都要重要影響。因此，地形對洋流的影響是我國海洋流動力學中研究的任店課題之一。本文主要采用模擬實驗的方法研究地形對洋流的影響，首先簡單介紹一下實驗裝置及模型。
一、實驗裝置及模型
本文采用的實驗裝置主要有旋轉平臺、電機驅動、以及各種容器和模型。旋轉平臺直徑1.1米，具有機械減速系統，并用直徑為500mm的滾動軸承支座支撐。平臺徑向與軸向的最大偏差為0.05mm和0.07mm，調速系統采用測速電機閉環(huán)式，常規(guī)轉速為0.15～2.1（1/s）。各種容器和模型放置在旋轉平臺上。
實驗方法采用源匯法，模擬風生洋流。利用扇形容器模擬不同地形的洋流運動。扇形容器的半徑為30cm，頂角60°，在扇形容器中放置不同地形的模型。將容器頂角與轉臺中心軸重合，使用內徑4mm的不銹鋼管加入或西楚容器內液體。源匯流量的調節(jié)范圍取q=0.05～0.4cm3/s，在圓心處采用匯模擬大洋環(huán)流流行。
主要研究的地形模型有繞陸架地形流、過徑向臺階流、過海脊流和繞島流。繞陸架地形流的初始液深設置為d=8.8cm，轉速控制為0.21（1/s），匯流量取q=0.25cm3/s。過徑向臺階流的初始液深為8.4cm，轉速1.25（1/s），匯流量0.07cm3/s。過海脊流的初始夜深7.5cm，轉速0.21（1/s），匯流量0.076cm3/s。繞島流的初始液深8.0cm，轉速0.42（1/s），匯流量0.20cm3/s。并分別對其設置Froude數和Rossby數。
采用軌跡照相法進行測試，在實驗液體蒸餾水中加入示蹤粒子和甘油，示蹤粒子采用直徑為0.5～1mm的塑料小球。在實驗過程中，用認蚱光源在暗場中長時間曝光，得到示蹤粒子運動軌跡，其軌跡即代表流線。
二、實驗初步結果的動力學解釋
（一）陸架地形流動
著名的太平洋西邊界強流黑潮的運動規(guī)律就是緊貼陸坡向北運動，這引起許多研究者對陸架地形流動的研究興趣。在上述實驗裝置模型和實驗方法下得到的陸架地形模擬流動照片顯示，西邊界流是緊貼陸架邊緣一路北上的，沒有越上陸架，強邊界流明顯形成，陸架上流動明顯緩慢。這與實際情況下的黑潮流域情況基本符合，在力學特征上表現出高度相似性。通過分析可知，相對渦度的變化取決于自由面變化以及渦管伸縮加上渦量水平粘性擴散之間的平衡。
（二）沿徑向臺階流動
關于沿徑向地形變化，洋流文獻中已有許多討論，對流動圖形也有許多看法。在本實驗中拍下的流型照片與其中多數提出的兩個渦旋結構相符，但測試得到的照片屬于軌跡圖像，無法在渦旋旋轉方向上給出結論。設扇形的頂角為a，中部分割線為bc，圓弧為de。則在bc附近，地形梯度極大，邊界層結構將受到破壞，流動將離開邊界而分離。流線基本沿bc，因而形成靠東邊界的另一個旋渦。
（三）過海脊流動
我國臺灣島北部到琉球群島之間的海底有一緯向的海脊，海脊處水深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，路徑向右偏斜。本實驗中的過海脊流動主要就是研究海脊對黑潮路徑的影響。實驗中，環(huán)流以反氣旋方向旋轉，西邊界流自南向北，即從扇形的弧邊向頂角。由于自由面彎曲，水深南深北淺，基本反映了上述基本特征。
（四）繞島流動
實際海洋觀測發(fā)現，我國臺灣島北部方向有氣旋式渦旋，在本實驗中將一圓柱置于西邊界附近，研究其擾流情況?？梢酝ㄟ^這種實驗設計，用西邊界、西向流和圓柱模擬我國海岸、黑潮和臺灣島的流動系統。但是這種設計也有一定局限性，及無法計及海岸彎曲及海深變化的復雜情況。觀察實驗的軌跡顯示照片可以發(fā)現，在圓柱尾流去有呈直線排列的渦旋出現，在側壁與圓柱之間緩慢流動。這與實際情況較為符合，但是無法判定渦旋的攢在形式，還有待采用其他方法進行具體測試。
三、結語
關鍵詞：海洋要素；計算及預報；實驗課程
海洋要素計算及預報是海洋科學和海洋技術專業(yè)重要的理論應用課程。開設該課程的目的是幫助學生熟悉潮汐潮流、波浪和海流的基本特征及計算原理，掌握潮汐和海流的預報分析及數值計算方法。此外，通過本門課程的學習，學生還可以掌握海水溫度和鹽度等水文資料的處理及質量分析方法。
實驗教學內容的設置要注重理論和實踐相結合。首先，實驗課程和理論課程是統一的整體而不是分裂的兩門課，實驗課程也不是理論課程簡單的重復，而是深化和拓展，這種深化和拓展不局限于知識體系，還包括研究手段。海洋動力模型是研究海洋動力要素的重要手段，是對海洋理論和觀測結果的驗證及進一步的推廣。本實驗課程的目的就是幫助學生熟悉和掌握國際通用的海洋動力模型，用于實際海域風生海流和潮汐潮流的數值模擬，并對模擬結果進行處理分析，培養(yǎng)學生以動力模型為手段設計數值實驗、解決實際問題的能力。上述實驗目的的達成還需要學生事先掌握運用Fortran和Matlab編程語言的技能，以及對數值計算方法或流體力學計算方法有系統的學習，并且能夠熟練運用物理海洋學知識對計算結果進行分析。
一、實驗原理和實驗內容
風生海洋環(huán)流和潮汐潮流都是物理海洋學中重要的概念，分別揭示了在海面風場作用下海水大規(guī)模的穩(wěn)定運動以及在天體引潮力作用下海水有規(guī)律的運動。風生海流和潮流理論對于解釋海洋環(huán)境中的生物遷移、污染物分布等都具有指導作用。本實驗項目就是以海洋動力模型為研究手段，探討實際海域的風生海洋環(huán)流和潮汐潮流的典型特征，并將理論和觀測結果進行對比分析，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力。
本實驗課程是對海洋要素計算及預報課程理論知識的拓展，通過理論知識的學習，學生已經對海洋動力要素有了一定的感性認識。實驗課程的內容就是針對實際海域給出風生海洋環(huán)流和潮汐潮流的定量描述。這不僅可以進一步加深學生對理論知識的理解，還可以幫助學生熟悉和掌握動力模型這種研究海洋的重要手段。
從這個意義上講，實驗課程的設置是很重要的，而且也是必要的。具體實驗內容如下：
（1）幫助學生盡快掌握模型，包括熟悉模型的計算流程，海域開邊界問題的處理以及輸入輸出文件的讀取、保存等；
（2）給定風場和潮汐邊界調和常數，讓學生針對實際海域進行風海流和潮汐潮流的數值模擬，并對計算結果進行處理分析；
（3）確定若干實驗題目（包括必做題和選做題），讓學生自主設計相關數值實驗，包括模型參數的修改、站點斷面的選取等，完成題目所規(guī)定的研究內容。
二、創(chuàng)新實驗教學方法
目前實驗工具為國際上最為通用的普林斯頓海洋動力模型，該模型可直接用于海洋預報等業(yè)務化工作，并成為許多水質公司開發(fā)的商業(yè)軟件的內核程序。本實驗課程通過計算機完成，所采用的軟件平臺包含Fortran（模型計算用）和Matlab（數據處理和可視化用）。實驗教學采用理論授課、動手操作和自主實驗相結合的方法。
理論授課就是請從事海洋動力模型開發(fā)和應用的教師，給學生介紹海洋模型的結構流程等基本特征和應用技巧，使學生盡快熟悉模型系統的構架和計算流程。
動手實驗是在教師指導下，讓學生進行模型程序調試和運行，掌握模型主要參數的含義，開邊界條件的處理和輸入輸出文件的讀取保存。
自主數值實驗是本實驗課程的亮點和創(chuàng)新點所在，教師事先確定一些大的實驗題目，內容涉及海洋要素計算及預報理論課的重要知識點，學生根據自己對理論課程的掌握情況自主選擇相應的題目進行實驗。所制定的題目包含必做題目和選做題目。必做題目相對簡單，按照老師課堂介紹的操作步驟按部就班地執(zhí)行即可完成；選做題只給題目，具體實驗方案需要學生自主設計，在實驗過程遇到困難老師可給予必要的指導，目的是最大限度調動學生的創(chuàng)造性和學習主動性。自主實驗與傳統實驗相比具有綜合性強的優(yōu)點，無論是從教學的方法上，還是實驗內容設計上，都有一定的創(chuàng)新性，而且能夠最大限度地培養(yǎng)學生學習的主動性和分析問題、解決問題的能力。
實驗教學內容的多樣性還能夠適應不同層次學生的學習情況，既保證了大多數學生的學習進度，也有利于拔尖學生在業(yè)務水平上的提高。
本文主要介紹了海洋要素計算及預報課程的實驗教學內容和教學方法。在掌握理論知識和實驗手段的基礎上進行自主實驗是本實驗課程的核心亮點，這樣可以充分調動學生的學習積極性，培養(yǎng)獨立思考問題和解決問題的能力，對于學生今后走上工作崗位是有幫助的。
參考文獻：
[1]劉浩.海洋要素計算與預報課程教學初探[J].中國科教創(chuàng)新導刊，2010（29）：183.
[2]劉浩.關于潮汐學課堂教學的研究[J].新校園，2015（350）：63.
[3]劉浩，胡松.物理海洋學的教學思考[J].教育教學論壇，2014（24）：104-105.
[關鍵詞] 福建東山華浮碼頭 EFDC 水動力 模擬
福建東山灣海洋環(huán)境自然資源非常豐富，地理位置優(yōu)越，是天然的旅游勝地。但是，隨著經濟不斷發(fā)展，越來越多的碼頭出現在東山灣海岸，改變了東山灣海岸的岸線分布情況，對航道的正常通行產生了影響，也改變了局部的沖淤環(huán)境，造成局部水域泥沙淤積嚴重，失去原使用功能。因此，通過模型對碼頭建設前后水動力環(huán)境的模擬，可以較好地掌握工程建設前后水動力環(huán)境可能產生的變化，從而采取相應的措施，從海洋環(huán)境保護角度對工程可行性做出明確結論，為管理部門決策、建設單位海洋環(huán)境管理提供科學依據。
1 研究區(qū)域概況
東山縣是福建省第二大島，位于廈、漳、泉閩南三角經濟區(qū)的南端，東瀕臺灣海峽，西臨詔安灣與詔安一水之隔；康美鎮(zhèn)地處東山縣東北部，東接銅陵鎮(zhèn)，西連樟塘鎮(zhèn)，地理位置優(yōu)越。
擬建東山華浮碼頭位于東山縣康美鎮(zhèn)城村東北側，地處東山港區(qū)城作業(yè)區(qū)，其地理坐標為東經117°30′、北緯23°44′。東北向與廈門經濟特區(qū)毗鄰，南與廣東省汕頭市接壤，東瀕臺灣海峽，與臺灣省隔海相望；水路離廈門77海里、距汕頭73海里、距廣州332海里，陸路距東山縣城約10km，距漳州市約160km，規(guī)劃的廈深鐵路東山鐵路支線的終點站緊鄰港區(qū)，水陸交通十分方便。具體地理位置見圖1。
2 模型簡介
環(huán)境流體動力學模型，簡稱EFDC模型(Environmental Fluid Dynamics Computer Code)是由美國Virginia海洋研究所的Hamrick等根據多個數學模型集成開發(fā)研制的綜合模型，現在是美國環(huán)保署(EPA)推薦使用的模型。該模型是一個多任務、高集成的環(huán)境流體動力學模塊式計算程序包，用于模擬水系統一維、二維和三維流場、物質輸送（包括溫、鹽、非粘性和粘性泥沙的輸送）、生態(tài)過程及淡水入流。其模擬
圖1 擬建東山華浮碼頭地理位置圖
范圍為：河口、河流、湖泊、水庫、濕地以及自近岸到陸架的海域?？梢酝瑫r考慮風、浪、潮、徑流的影響，并可同步布設水工建筑物。該模型到目前為止已經用于幾十個海域的相關計算，得到廣泛的應用[1-10]，被譽為21世紀最有發(fā)展前途的環(huán)境流體動力學模型。采用該數學模型對本工程海域潮流場進行模擬計算，計算中采用水平方向上的變笛卡爾正交坐標與垂直方向上的Sigma坐標相結合以及三維數學模型二維化的方法。
動力學方程是基于三維水動力學方程組，在水平方向上采用曲線正交坐標變化和在垂直方向上采用Sigma坐標變換得到的，經過兩種變換后的流體動力學方程組分別為：
式(1)～(6)中u和v分別為坐標x和y方向上的水平速度分量；mx和my為水平坐標變換因子；經坐標變換后垂直方向z方向的速度w與坐標變換前的垂直速度w*間的關系為：
H = h＋δ為總水深；p為壓力；動量方程(1)和(2)中，f為Coriolis系數，Av為垂直紊動粘性系數；Qu和Qv為動量源匯項；QS和QT為溫鹽源匯項；ρ為海水密度；S為海水鹽度；T為海水溫度；b為浮力；連續(xù)方程(4)是在區(qū)間(0，1)對z積分并用垂直邊界條件當z = (0，1)時，w = 0，運動邊界條件和方程(7)以得到深度積分連續(xù)方程(5)。
給出垂向紊動和擴散系數，方程(1)～(8)則給出了一個求解變量u，v，w，p，S，T和ζ的封閉的系統。紊動粘性和擴散系數采用的是Mellor和Yamada(1982)模型，模型相關的參數由下式確定：
以上各式中，q為紊動強度，l為紊動長度，Rq為Richardson數，фv和фb是穩(wěn)定函數，以分別確定穩(wěn)定和非穩(wěn)定垂向密度分層環(huán)境的垂直混合或輸送的增減。
紊動強度和混合長度由下列方程確定：
式中B1、E1、E2和E3均為經驗常數；Qq和Ql為附加源匯項；例如子網格水平擴散；垂直耗散系數Aq一般取與垂直紊動粘性系數Av相等；上述式中m = mxmy。
式(1)～(8)與Mellor和Yamada(1982)紊動模型(10)～(13)一起及適當的初邊值條件給出了一個求解u，v，w，p，S，T，ρ和ζ的封閉的系統。
動力學方程采用有限體積法和有限差分結合的方法來求解，水平方向采用交錯網格離散。數值解分為沿水深積分長波重力波的外模式和與垂直流結構相聯系的內模式求解。
3 模型構建
3.1 模型模擬邊界
計算區(qū)域包括整個東山灣，見圖2，海岸線主要采用岸線修測成果，并結合歷史海圖和遙感圖確定；采用變迪卡爾正交網格，工程附近網格最密50m×50m，最大網格間距為200m×200m，水平網格數為224×189，總網格數24139；設東和南兩個開邊界，用實測潮位數據驅動，由于實測潮流潮位數據的時間為1月，故不考慮漳江的徑流；垂向分為1層，計算時間步長1s；由于該海區(qū)潮差較大，采用動邊界。
圖2 東山灣網格圖
3.2 模擬運算過程及檢驗
模擬采用零初始條件，為了保證計算的穩(wěn)定性，強迫的邊界潮位從零開始逐步增加，經過兩個潮周期后達到正常變化，第三個潮周期后形成穩(wěn)定的潮波，選擇大潮周期計算結果做分析。利用東山大澳中心漁港3個站位實測潮位潮流數據作為對比，結果見圖3～圖6，從驗證結果看，潮位和流速驗證較好，比較準確地反映了潮汐特征，可以認為模擬結果是可信的。
圖3 潮位驗證曲線
圖4A站位流速流向驗證曲線
圖5B站位流速流向驗證曲線
圖6 C站位流速流向驗證曲線
4 水動力變化模擬結果
4.1 流場變化
工程前后數學模型陸地邊界：考慮到大澳中心漁港已經批建，而且據了解，對面島附近的漁港防波堤正在建設中，故把中心漁港防波堤等填海區(qū)加入原始海岸線邊界，作為工
程前陸地邊界，然后進行數學模型的模擬計算；工程后既包括本工程填海區(qū)，又包括東側臨近的已批未建的旗濱碼頭填海區(qū)，作為工程后的陸地邊界進行數值模擬；對工程前后的數值模擬結果進行比較分析。工程附近海域工程實施前后海域的大潮漲急、落急的流場見圖7～圖10。
從圖7～圖10可以看出，工程附近海域工程施工后的潮流場趨勢仍與工程前相同，工程附近流態(tài)略有變化。本工程的填?；疚挥跒┩恐?，水深較淺，本身流速較小。工程后，本工程對潮流有阻擋和挑流作用，漲潮時，潮流從旗濱碼頭和本工程東側連線往北流動，到達本工程碼頭后，沿著本工程的東北側填海區(qū)延線往西北流動，在本工程北端往西流動；另有一小股漲潮流沿著旗濱碼頭前緣外西北流動，然后往西流入旗濱碼頭北側與本工程形成的呈“凹入”地形的灘涂中，流速較??；落潮，潮流趨勢相反。
4.2 流速變化
為了進一步分析工程實施前后流速的變化規(guī)律，選擇了工程附近36個試驗點（位置見圖11），進行工程前后流速比較，結果見表1。
根據表1和圖7～圖10中對試驗點進行工程前后流速的比較分析，可以看出：工程實施前，漲潮時，一部分漲潮流先往西流入工程西南側的小澳中，然后受地形影響往西北流出，到達小澳北端的突出角后轉往西流動；落潮時相反，小澳內潮水匯入落潮流，流速較小。
工程實施后，流速變化的點主要有14、15、19、20、21、22、25。14點位于本工程與旗濱碼頭形成的凹入地形中，流速變化率最大，工程后該處的流速明顯減小，漲潮減少為60%，落潮減少為67%；根據前面的分析，漲、落潮流流向變化也很大，漲落潮流從凹入地形口出入。15點位于本工程西側，由于受工程挑流的影響，漲、落潮最大減少變化量都為0.07m/s。19、25點位于旗濱玻璃廠東側，受填海區(qū)阻擋的作用，漲落潮的流速都有所減小。點20、21、22漲潮時，由于工程的挑流束窄作用，流速變大，落潮時20點由于工程的挑流作用及填海區(qū)匯入20點潮水量的減少，流速變小，21、22在落潮時由于束窄作用流速略微變大。本工程的建設對工程西側的潮流基本沒有影響，1~13試驗點流速變化最大僅為0.01m/s。工程對北側較遠的點17、18、23、24、29、30、35、36也基本沒有影響，流速變化最大也僅為0.01m/s。東側較遠處的26、27、28、31、32、33、34變化很小，流速變化均小于等于0.01m/s。
總之，本工程填海會使碼頭前沿極小段航道區(qū)垂直潮流方向靠碼頭一側潮流流速增大約0.04m/s，遠離碼頭一側潮流流速減小約0.05m/s，對航道區(qū)其他區(qū)域的潮流流速基本沒有影響；會使旗濱碼頭附近潮流流速有所減小，減小約0.01m/s左右；對工程附近其他碼頭及整個東山灣的潮流流速沒有影響。
5 結論
EFDC模型對于東山灣海域具有較強的適用性，模擬結果較為準確，預測值與實測值的擬合程度較好。模擬結果顯示，東山華浮碼頭的建設對所在海域水動力環(huán)境影響較小。該模型有較大的應用和推廣價值，還可以對未來發(fā)展進行定量的預測研究，為實際的決策過程提供科學依據。
參考文獻:
[1] 王翠,孫英蘭,張學慶.基于EFDC模型的膠州灣三維潮流數值模擬[J].中國海洋大學學報:自然科學版,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] 陳異暉.基于EFDC模型的滇池水質模擬[J].云南環(huán)境科學,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,汪守東.甌江口三維潮流和鹽度數值模擬研究[J].水動力學研究與進展A輯,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:
通過分析國際海底地名分委會(SCUFN)會議紀要，研究日本與俄羅斯帝王海山鏈之爭、日本與俄羅斯日本平頂海山群之爭和日本與美國幸運星海脊)之爭的過程。根據SCUFN的命名規(guī)則，探討其處理爭端的主要依據，并對我國當前的命名工作提出建議。
關鍵詞:
海底地理實體命名;歷史爭端;海洋權益
1引言
海底地理實體是海底可識別圈定和測量的地貌單元。構建統一的海底地理實體命名標準，使用統一的命名方案，有利于構建統一的交流平臺?；诖?，通用大洋水深圖制圖委員會成立國際海底地名分委會專門負責審議各國提交的海底地理實體命名提案。我國2011年首次派專家以委員身份參加SCUFN會議，同年提交的7個海底命名提案獲得通過，之后每年提交提案，截至目前我國提交并獲得通過的海底地理實體命名提案達43個。在國內海底命名工作快速推進的同時，海底命名研究工作得到相應重視，主要圍繞海底命名的歷史、現狀［1～3］以及具體命名技術［4，5］展開。這些研究對普及海底地理實體命名相關概念，指導前期命名提案編制具有重要意義。近年來，隨著命名工作的深入開展，我國開始遭遇周邊國家的海底命名挑戰(zhàn)［6］，多個命名提案遭到否決或掛起(截止目前我國被掛起和否決的提案已達5個)，因此急需開展SCUFN命名規(guī)則的深入研究，以便快速適應并利用規(guī)則在國際命名爭端中把握主動。SCUFN的命名規(guī)則集中體現在《海底地理實體命名標準》［7］(GEBCO-B6文件，簡稱B6文件)中。本文嘗試結合SCUFN的典型爭端案例分析命名規(guī)則，對我國的海底命名工作提出建議。
2SCUFN的命名規(guī)則介紹
SCUFN是海底地名領域具有較高權威和影響力的國際組織，自成立以來一直致力于推動全球海底地名的標準化，在長期的海底地理實體命名管理工作中，已經形成一套較為完備的命名準則和議事規(guī)程［3］，集中體現在B6文件中。B6文件主要包含“海底地名命名標準指導原則”和“海底地名通名及其定義”。其中“海底地名通名及其定義”詳細羅列了60個海底地理實體通名及其定義，是界定實體通名類別的基本依據?！昂５椎孛麡藴手笇г瓌t”包含“總則”、“海底地名命名原則”和“海底地名命名程序”3個部分?！翱倓t”限定了SCUFN的受理范圍，各國領海以外海域，包括領海以外的經濟專屬區(qū)和外大陸架海域的海底地理實體命名提案都在SCUFN的受理范圍之列?！翱倓t”明確了“海底地理實體”的定義，提出了“地形可測和邊界明確”的要求，這是下文實體獨立性爭論的依據?！翱倓t”還提出命名沖突的處理準則:當出現同地異名時，優(yōu)先保留較早的名字;當出現異地同名時，優(yōu)先保留先命名的實體名字?！昂５椎孛瓌t”對通名和專名進行了相應規(guī)定。通名要求從60個通名術語中選擇，并嚴格遵從定義。專名要求易記易用，其次才考慮紀念意義。一般不用在世人名命名，采用人名命名時，要求其對海洋科學做出過杰出貢獻。多個相似的地理實體構成的群組可以采用同類詞組命名，如音樂家海山群中的海山均采用世界著名音樂家的名字命名。
3國際爭端案例分析
3．1日本與俄羅斯帝王海山鏈之爭帝王海山鏈位于太平洋西北部，北北西走向，北鄰勘察加半島以東的奧布魯切夫海隆(ObruchevRise)，南與夏威夷海山鏈相接，全長2200km。帝王海山鏈多發(fā)育平頂海山，已命名的實體中有18個平頂海山和1個海盆?；诘匦翁卣?，可以以神功海盆將帝王海山鏈劃分為南北2段。帝王海山鏈最早由RobertDeitz命名，當前帝王海山鏈上的海山均以日本天皇的名字命名。2005年，俄羅斯在帝王海山鏈北段提交埃德曼海山和馬克休特海山(圖1)2個命名提案。當年，2個提案均被否決，理由有4點［9］:①埃德曼海山命名提案中的地形圖過于粗略，且地形圖范圍過小，無法展示其與周邊實體的相關關系;②根據俄羅斯提供的埃德曼海山地形圖，埃德曼海山高差未超過1000m，不符合SCUFN對海山的定義;③馬克休特海山的專名來自尤里伊•伊萬諾維奇•馬克休特，SCUFN認為其未對海洋科學做出杰出貢獻;④帝王海山鏈上的海底地理實體，應以日本天皇的名字命名。
針對SCUFN提出的否決理由，2006年俄羅斯重新修改并提交了埃德曼海山的命名提案。提案更新了地形圖，新的地形圖顯示該海山高差超過1000m，符合SCUFN關于海山的定義。SCUFN主席指出2005年會議一致認為帝王海山鏈上未命名的海山應該以日本天皇的名字命名。美國委員也提出當年RobertDeitz命名帝王海山鏈，就是打算用日本天皇的名字來命名該海山鏈上的海山。另外，日本還展示了Smoot［10］發(fā)表的地形圖，據此，SCUFN認為埃德曼海山并不是獨立的海山，它與南部的推古海山同屬一個海山［11］。推古海山已于1966年被美國海底地名辭典收錄。日本代表擬將俄羅斯提出的馬克休特海山更名為齊明海山或平頂海山。SCUFN認為俄羅斯提供的水深數據不夠詳細，難以界定該實體是屬于整個海山鏈的一部分，還是屬于神武平頂海山(JimmuGuyot)的一部分［11］。2007年，俄羅斯表示無法提供更多資料，日本表示可以在8年內獲得新的水深資料和地磁數據。會議決定在獲得新數據之前，將齊明海山(或平頂海山)列入保留欄中［12］。依照約定日本應在2015年提交新調查獲得的地形圖和地磁數據，由于2015年的會議報告尚未公開，暫時無法獲知該爭論的最新進展。下面就SCUFN處理日本和俄羅斯命名爭端的依據進行分析。地形圖是海底地名命名的重要基礎資料，是界定實體通名類別以及判定實體是否符合“地形可測和邊界明確”定義的依據。起初俄羅斯提交的埃德曼海山命名提案中的地形圖過于粗略，依據該地形圖推算的實體高差不符合SCUFN的海山定義，SCUFN定義海山的高差必須大于1000m;經修改重新提交的地形圖顯示埃德曼海山高差超過1000m，符合海山定義。日本依據Smoot［10］發(fā)表的地形圖證明埃德曼海山與前人命名的推古海山共有山頂平臺，與推古海山屬于同一海山，不能重復命名。關于馬克休特海山，SCUFN提出僅憑俄羅斯提供的地形圖，無法判定該實體與周圍其他實體的相關關系，即無法界定實體的輪廓和范圍，有待新的更大范圍、更高精度的地形資料的支持。最后，俄羅斯表示無法獲得更多資料，主動退出命名權爭奪。
馬克休特海山的專名來自尤里伊•伊萬諾維奇•馬克休特，SCUFN認為其未對海洋科學做出過杰出貢獻［9］。俄羅斯歷來習慣用人名命名海底地名，也常因此導致提案被否決或掛起(即修改后再重新審議)，僅SCUFN第18次會議［9］，俄羅斯就有10個命名提案因此被要求更改專名。所以，提交SCUFN的命名提案最好少用人名，用人名最好選擇曾在實體所在海域開展過工作的著名科學家的名字，并在簡歷中突出其對海洋科學的貢獻。SCUFN一直強調帝王海山鏈上的海山應該以日本天皇的名字命名，依據是“海底地名命名原則”［7］中規(guī)定“多個相似的地理實體構成的群組可以采用同類詞組命名”，如夏威夷北部的音樂家海山群，其中的海山均以世界著名音樂家的名字命名。群組化命名有利于命名的層次化、序列化。層次化、序列化命名易記易用，是地名規(guī)劃的基本目標［13］。在俄羅斯提交命名提案前，帝王海山鏈中的大多數海山都以日本天皇的名字命名，命名的群組化已成事實，如果俄羅斯主張的名字得以通過，將會破壞命名的群組性。基于上述分析，我們得出2點啟示:(1)“地形可測和邊界明確”是“海底地理實體”基本定義的要求，提案的地形圖必須能反映待命名實體與周邊其他實體的相關關系。SCUFN主要依據地形圖對實體通名類別進行審議，地形圖應能詳細表達地理實體的地形地貌特征。因此，提案至少應提供2種比例尺的地形圖:用于判識待命名實體與周邊其他實體相關關系的小比例尺地形圖和用于表達實體地形特征的大比例尺地形圖。我國歷年提案中包含實置圖、地形圖、三維斜視圖、測線圖和剖面圖5幅。其中測線圖指示實體資料來源;地形圖、三維斜視圖和剖面圖主要表達實體的地形地貌特征;位置圖表征實置。缺乏表達實體與周邊實體相關關系的圖件。當命名實于深海平原等地形相對簡單的海域時，不易產生分歧，但當實于洋中脊等復雜地形區(qū)時，就容易因為與周邊實體關系不清而被否決。2012年我國提交的位于西南印度洋洋中脊的鷺飛海山就是因為這個問題被掛起［14］。(2)SCUFN鼓勵地理實體命名群組化。群組化命名利于實現命名的層次化、序列化，名稱易記易用，便于推廣。國家海洋局2015年10月10日正式對外的124個海底地理實體名稱，是近年來我國在國際海域取得的重要命名成果。該名錄中的地名采用《詩經》體系，分別以詩經的“風”“雅”“頌”3篇對應大西洋、太平洋和印度洋新發(fā)現的實體，具有較為完備的命名規(guī)劃體系。在尚未達成一致海洋劃界方案的敏感海域，海底地理實體的命名權爭奪比較激烈。我們可以利用命名的群組化，優(yōu)先命名區(qū)域上有控制作用的大型地理實體，再逐步推進次級地理實體的命名工作，從大處著手，步步為營，從而掌握敏感海區(qū)的海底命名主動權!
3．2日本與俄羅斯日本平頂海山群之爭日本平頂海山群位于日本海溝(JapanTrench)和伊豆—小笠原海溝連接處以東海域，常磐海山群以南，小笠原海隆(OgasawaraRise)以北。海山群周邊海域地貌較為復雜，發(fā)育較多海山、海丘。日本平頂海山群最早由Heezen等［15］命名為藝伎平頂海山群(GeishaGuyots)，當時確定的范圍為143°50'～153°20'E，29°28'～34°14'N。Vogt等［16］指出其包含了10個海山(或平頂海山)，范圍為144°～154°E，29°～35°N。1986年SCUFN考慮到藝伎平頂海山群的專名具有冒犯性，決定將其暫時命名為“日本平頂海山群”，這個名字并未經過仔細推敲，只是提醒日本海底地名委員會提出一個更為合適的名稱［17］。之后，日本海底地名委員會一直采取回避態(tài)度不作回應。2007年俄羅斯提交尼日尼克海山群(KnizhnikSeamounts)提案［11］，該提案建議的實于日本主張的日本平頂海山群的范圍之內。日本委員為反對俄羅斯的命名提案，當場提出可以接受原來的“藝伎平頂海山群”。2008年，日本海底地名委員會堅持采用日本平頂海山群稱謂，其專名主張最終獲得通過［18］，但日本和俄羅斯圍繞日本平頂海山群的邊界展開了激烈爭論(圖2)。2007年，俄羅斯對日本主張的日本平頂海山群范圍提出質疑，認為其范圍內的實體在形態(tài)上互不相關，且不是成片分布，不適合劃到一個群組中［12］。
2008年，日本海底地名委員會堅持采用Heezen等［15］提出的實體范圍。SCUFN討論決定要求日本修改日本平頂海山群的范圍，不能包含東南角的馬卡羅夫海山［18］。2009年，日本提交日本平頂海山群新邊界，不再包括東南部馬卡羅夫海山［19］。2010年，俄羅斯依據測得的海底磁異常條帶數據提出劃分方案，該方案將西北角4個海山/平頂海山劃為中日本平頂海山群;將中部的多個平頂海山劃為沃恩平頂海山群［20］。2011年，俄羅斯正式提交沃恩平頂海山群提案獲得通過。日本基于俄羅斯提出的日本平頂海山群的邊界，進行細微修改后提交并獲得通過［21］。本案例中，日本對日本平頂海山群的更名一直采取回避態(tài)度，但當俄羅斯提出命名提案時，日本反應激烈。日本表示愿意接受原先具有侮辱性的名稱(藝伎平頂海山)，試圖以已有名稱的實體不能重復命名為由，抵制俄羅斯的提案。然而，早期SCUFN并未引入現行的幾何邊界表達方式，歷史上藝伎平頂海山群的具體范圍也不明確，日本轉而引用前人學術論文定義的實體范圍。俄羅斯基于地形地貌資料闡明該海區(qū)海底地貌具有較大差異的客觀事實;并通過區(qū)域的磁異常條帶數據證實該區(qū)海底地貌具有不同的地質成因。最終俄羅斯的主張獲得通過?？梢姡５椎匦钨Y料是重要的命名依據，但不是唯一依據。最新版的B6文件［7］已經明確命名塌陷火山口(Caldera)、斷裂帶、矮丘(Mound)、泥火山(MudVolcano)、斷裂谷(Rift)、鹽丘(Saltdome)、沙脊(SandRidge)、海溝(Trench)等類型的海底地理實體應提供地質和/或地球物理方面的證據以及地形圖。因此，綜合地質地球物理調查對海底地理實體命名工作具有重要意義。
3．3日本與美國幸運星海脊之爭幸運星海脊位于菲律賓海盆西部，我國2012年命名的月潭海脊的西北側，區(qū)域水深一般為5500～6000m。2008年，美國在菲律賓海盆提交了幸運星海脊命名提案(圖3)。SCUFN否決了這一提案，理由是美國提交的測深數據沒有覆蓋實體全貌，不足以確定該實體的類型［18］。日本委員指出［18］日本已經完成該地理實體的多波束測量，并特別說明該實體靠近日本的經濟專屬區(qū)，屬于呂宋—沖繩斷裂系統的一部分。日本主動提出聯合美方在下次會議重新提交命名提案，SCUFN委員一致同意。2010年，日本委員匯報工作進度，指出其已致信美方委員，但尚未收到回復，聲稱日本已經完成該實體的多波束全覆蓋調查，并將向SCUFN提交一個新的命名方案［20］。2011年，日本提交幸運星海脊及其鄰區(qū)的地形圖，指出該實于日本宮古島以南約333．36km，屬于日本經濟專屬區(qū)范圍。日本已經完成周邊海域多波束調查，暫時只對其中大型的海底地理實體進行了命名。日本委員指出該區(qū)域還有很多規(guī)模較大的地理實體值得命名，但日本海底地名委員會需要更多的時間來完成命名工作。日本在本次會議上將不對“幸運星海脊”作新命名［21］。本案例中，美國率先提交命名提案，具有優(yōu)先命名權，但是由于美國提交的地形圖沒有實現實體的全覆蓋，實體的規(guī)模和類型等基本屬性受到質疑，提案未能獲得通過。依照慣例，SCUFN可建議美國補充測深資料，但日本提出其已經完成實體所在海域測深資料，并特別指出該實于其經濟專屬區(qū)范圍內。根據《聯合國海洋法公約》246條第2款，在專屬經濟區(qū)內和大陸架上進行海洋科學研究，應經沿海國同意。這意味著未經日本政府允許美國不可能完成幸運星海脊的補充測量。日本表面上提出與美國合作命名，實質上已經完全掌握了幸運星海脊命名的主動權。當前海底地理實體命名已經進入精細命名階段，命名需要多波束和地質地球物理資料的支撐，而《聯合國海洋法公約》規(guī)定未經沿海國允許，任何國家不能在他國經濟專屬區(qū)和外大陸架開展測量和調查工作。沒有精細的調查資料，就無法進行海底命名。可見《聯合國海洋法公約》在一定程度上間接保護了沿海國在經濟專屬區(qū)和外大陸架的命名權利。明確經濟專屬區(qū)、劃定大陸架界限對保護海底命名權益有一定的作用。反過來，海底地名命名能制造命名實體與命名國有緊密聯系的印象;通過命名確定某些實體屬性也可以為實現進一步的權利主張?zhí)峁┲危?2］。
案例最后日本主動聲明其已經完成菲律賓海中北部的多波束全覆蓋調查，新發(fā)現了大量海底地理實體，需要更多的時間來完成命名工作。日本此舉的目的是為其在菲律賓海中北部的海底命名爭取時間。事實上，即便公布海底地形資料，也只能證明對區(qū)內的海底地理實體首次發(fā)現，而首次發(fā)現并不意味著對地名命名權的占有。以美國和俄羅斯在北冰洋的命名爭端為例，2001年美國向SCUFN提交蘭塞斯海嶺(LangsethRidge)提案。美國采用的地形數據采集自1997—1998年。俄羅斯表示強烈反對，認為該海底高地是1965年由前蘇聯科學家首先發(fā)現的，雖然當時沒有進行命名，但在1965年出版的地質圖和航海圖中均有顯示［17］。2002年俄羅斯補充提交該區(qū)的命名提案，最終俄羅斯獲得了蘭塞斯海脊上最高山的命名權，但并未美國的蘭塞斯海嶺命名提案［23］。除了向SCUFN提交命名提案外，爭取海底地名的命名權主要有2種方式:①由國家機關認可并公開海底地名?！昂５椎孛麡藴手笇г瓌t”總則明確規(guī)定“由國家機構認可的位于領海以外水域的名稱，如果與國際上可接受的命名原則相符，其他國家應該接受”［7］。所以，我國政府公開124個海底地理實體名稱具有重要的意義。②通過學術論文著作形式?！昂５椎孛麡藴手笇г瓌t”總則規(guī)定“如果一個名稱用于2個不同的實體，先使用該名稱的實體應該保留該名稱”［7］。2015年我國抵制馬來西亞在南海的命名提案，最重要的反證之一，就是原地礦部第二海洋地質調查大隊(廣州海洋地質調查局前身)編制的《南海地質與地球物理圖集》［24］，其出版發(fā)行時間早于馬來西亞編制的地圖。官方和科學家自主命名2種途徑各有優(yōu)缺點。官方最為正式，具有法律約束力，可以避免重復命名造成的地名混亂［4］，并且官方利于命名整體規(guī)劃，有助于推動海底命名的層次化和序列化?？茖W家自主命名靈活機動，利于調動學術界的積極性，名字經廣泛使用后，即造成既有命名的事實，與國家具有同等效力。因此，建議管轄海域以官方形式命名為主，保證管轄海域海底地名的使用規(guī)范有序;在與鄰國尚未達成統一劃界方案的海域，以鼓勵科學家自主命名為主，官方為輔，減少來自外部的政治阻力;公?？刹扇」俜胶涂茖W家自主命名相結合的方式，既體現國家意志，又豐富地名文化多樣性。
4結論與建議
關鍵詞：濱海地區(qū)；景觀變化；遙感；南通市
中圖分類號：P748；P343.5；P237（533NT） 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）06-1371-05
景觀變化是產生累積環(huán)境效應的主要根源，長時間、大比例的景觀變化必然會對周圍環(huán)境產生顯著影響。濱海地區(qū)是介于陸地和海洋生態(tài)系統之間復雜的自然綜合體，具有生物多樣性豐富、生產力高和潛在經濟價值大的特點；但是其生態(tài)環(huán)境條件變化較為劇烈，生態(tài)系統也很脆弱，容易受到破壞且被破壞后很難修復。因此進行濱海地區(qū)長時間有序的景觀格局變化研究，利用多方法、多途徑來獲取濱海地區(qū)景觀變化信息、找到控制變化的主要原因是十分必要的，這可以為管理、保護和合理利用濱海區(qū)域環(huán)境提供重要的依據與借鑒。
1 研究區(qū)概況
南通市位于江蘇省東南部、長江口北面，地處北緯31°41′06"-32°42′44"、東經120°11′47"-121°54′33"，東臨黃海，南倚長江，與上海市和江蘇省蘇州市隔江相望，西面和泰州市毗鄰，北部同鹽城市接壤，是我國人口稠密，經濟發(fā)達，發(fā)展速度較快的地區(qū)之一。
南通市有近海海岸濕地36.6萬hm2，海岸線北起海安縣新港閘，南至啟東市連新港，途經如東縣、通州區(qū)和海門市濱海地區(qū)，全長216 km（圖1），其中如東、啟東兩縣（市）海岸線較長，而海安、通州、海門等縣（市、區(qū)）海岸線較短。
南通市海岸帶的生物資源多樣，沿海濕地有浮游動物近100種、底棲動物300余種；其中被列入國家一級重點保護的魚類有2種、兩棲類5種、爬行類22種、哺乳類6種；鳥類有228種，其中屬國家二級保護的鳥類20種，省級保護的鳥類115種，被列入《中國瀕危動物紅皮書》的鳥類9種。植物有20個科52個屬66個種。
南通市海岸帶自然資源豐富，有著巨大的開發(fā)潛力。隨著一輪又一輪的沿海大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，濱海地區(qū)將面臨著嚴峻的考驗，如何正確處理好濱海地區(qū)保護管理與開發(fā)利用、當前開發(fā)和長遠發(fā)展等的關系已成為迫在眉睫的問題。
2 數據來源及研究方法
2.1 數據來源及處理軟件
本研究選用Landsat衛(wèi)星的TM和ETM遙感影像為主要數據源，具體為1991年7月23日的TM影像（軌道號為path118row038，path119row037和path119row038，分辨率70 m）；2000年4月27日的ETM影像（軌道號同上，分辨率30 m）；2010年9月21日的ETM影像（軌道號同上，分辨率30 m，經過ETM條帶修復）；所有的遙感影像都進行幾何校正。其他資料包括南通市行政區(qū)劃圖、南通市土地利用現狀圖以及2010年南通市濕地資源現狀普查數據與普查報告等。處理數據的軟件采用ENVI 4.8和Arc Map 10.0和GIS。
2.2 數據處理
2.2.1 遙感圖像處理 借助于2010年遙感影像，應用ENVI 4.8軟件對南通市行政區(qū)劃圖進行幾何校正配準后，提取行政區(qū)邊界作為感興趣區(qū)（ROI），用ROI對拼接（應用ENVI 4.8軟件的Mosaic工具）后的遙感影像進行裁剪，得到南通市區(qū)域在1991年、2000年和2010年三個時期對應的遙感影像。在此基礎上，進行2010年南通市區(qū)域遙感圖裁剪，得到2010年南通市濱海地區(qū)遙感影像，并將此裁剪的感興趣區(qū)轉換為Shp文件，以此文件對1991年與2000年的南通市區(qū)域遙感圖進行裁剪，得到相應時期的濱海地區(qū)遙感影像，以保證三個時期的濱海地區(qū)邊界完全一致。在影像裁剪中，考慮到濱海地區(qū)在20年的時間跨度里景觀格局變化可能比較大，因此圖像右側即海域部邊界線劃分適當放寬范圍，包含了一部分淺海區(qū)域，從而保證三個時相中潮間鹽水沼澤的完整性。左側濱海地區(qū)陸地部分主要是根據南通市濱海地區(qū)土地利用現狀，選取2010年影像中呈現的主要濱海水產養(yǎng)殖區(qū)及圍攔海區(qū)域綜合考慮地塊的完整性進行劃分的。根據遙感影像不同波段組合效果的比較，參考有關文獻[1-3]，應用4、5、3波段（可見光+近紅外+中紅外）組合進行遙感影像RGB合成，合成后的圖像色彩反差大，層次豐富，具有較好的目視解譯效果。
2.2.2 景觀類型 根據研究目的的需要，結合南通市2010年濕地普查的成果[4]，本研究將南通市濱海地區(qū)景觀分為2大類，即陸域景觀與海域景觀，具體包含7種類型，分別是淺海海域，潮間鹽水沼澤、淤泥質海灘、三角洲（沙洲、沙島）、水產養(yǎng)殖場、濱海建設用地、陸域其他類型用地（包括植被、農用地、居民點等）。其中前4種屬于海域景觀，后3種是陸域景觀。
2.2.3 遙感影像景觀分類及人工解譯 在ENVI 4.8軟件支持下，采用支持向量機分類方法對三個時期南通市濱海地區(qū)遙感影像進行監(jiān)督分類，經過Sieve、Clump等分類處理后，得到濱海地區(qū)景觀分類的初步圖像。在ENVI 4.8軟件中將分類圖轉換為矢量圖后導入Arc Map 10.0軟件的面積計算工具，參考南通市土地利用現狀圖、濕地資源普查數據及對濱海地區(qū)現場考察的分析，建立南通市濱海地區(qū)各景觀類型遙感解譯標志。根據解譯標志，人工修正濱海地區(qū)景觀分類的初步圖像，完善各景觀類型信息，形成三個時期的南通市濱海地區(qū)景觀格局分布圖，分別是1991年南通市濱海地區(qū)景觀分布圖（圖2）、2000年南通市濱海地區(qū)景觀分布圖（圖3）、2010年南通市濱海地區(qū)景觀分布圖（圖4）。
7種濱海地區(qū)景觀類型中，淺海海域的劃分僅僅是為了海域一側邊界確立的需要，而在景觀格局變化分析中并不需要考慮淺海海域，所以在進行人工解譯過程中刪除了淺海海域部分。因此三個時期的景觀格局分布圖中海域一側的邊界是不一致的，它代表了各時期的潮間鹽水沼澤邊界，但不含淺海海域。
3 結果與分析
應用軟件Arc Map 10.0的面積計算工具，將提取的景觀信息按照景觀類型進行分類匯總。得到三個時期各類景觀的面積信息，詳情見表1。
3.1 南通市濱海地區(qū)陸域景觀格局變化分析
從表1中可以看出，1991～2010年20年時間，濱海地區(qū)的陸域面積總體呈現為增加趨勢；其中2000年比1991年增長了62.7%，約8 102 hm2；2010年比2000年增長了84.7%，約17 820 hm2。在1991～2000年間，濱海建設用地增長幅度相對較低，增長44.1%；水產養(yǎng)殖場用地增長幅度最大，2000年比1991年增長了350.6%；而陸域其他類型用地總面積變化不大，還稍稍減少了5.1%。但在2000～2010年間，水產養(yǎng)殖場用地面積有所減少，降低了21.0%；而濱海建設用地與陸域其他類型用地的面積增幅都較大，分別比2000年增長了266.3%和174.0%。
從景觀分布圖上來看，從1991到2000年再到2010年，總體來說陸海分界線不斷向海洋方向滲透，擴張，具體表現為濱海地區(qū)陸域景觀的總面積在增加。其中前10年變化較慢，濱海地區(qū)陸域面積增長不太明顯，如從圖3上看，僅僅是水產養(yǎng)殖場用地（深色部分）增多，在現在的洋口港附近，多了一個近似三角形的圍擋區(qū)域（與圖2比較）。而在2000～2010年，南通市濱海地區(qū)陸域部分景觀變化則非常顯著（圖5），整體看陸域面積增幅較大（目測就能發(fā)現），陸域變寬。景觀變化最明顯的是在圖5中圈出的10片區(qū)域，而且這10片區(qū)域基本都是由對潮間鹽水沼澤地區(qū)的圍擋形成的（對比圖3和圖5）。10片區(qū)域中，位置1位于海安縣，位置2、位置3、位置4位于如東縣，位置5位于通州濱海新區(qū)，位置6、位置7、位置8、位置9、位置10位于啟東市。10片區(qū)域中，位置10位于長江入?？诘暮涌趨^(qū)域，位置4和位置7分別是在建的洋口港與呂四港。從圖5我們還能看到，已經圍擋的部分區(qū)域（位置3、位置4、位置7）因為還正在建設，所以2010年的遙感影像仍然呈現出潮間鹽水沼澤的景觀特征，因此從一定意義上來說遙感影像的解譯夸大了2010年濱海建設用地的面積。
3.2 南通市濱海地區(qū)海域景觀格局變化分析
與陸域景觀變化相反，濱海地區(qū)海域景觀面積在逐漸減少，其中1991～2000年減少較慢，2000年比1991年減少了23.6%；而2000～2010年減少較快，2010年僅為2000年面積的50.6%。
從1991～2000年，潮間鹽水沼澤、三角洲（沙洲、沙島）、淤泥質海灘分別減少了15.8%，53.3%，78.4%；而在2000～2010年，潮間鹽水沼澤減少了57.2%，三角洲（沙洲、沙島）和淤泥質海灘反而有所增加，這主要是由于在建的部分圍擋區(qū)域（圖5中的位置3和位置4）周圍的部分出現淤泥造成的。
3.3 南通市濱海地區(qū)景觀格局變化驅動力分析
南通市濱海地區(qū)陸域景觀面積在不斷增加，海域景觀面積尤其是潮間鹽水沼澤區(qū)域面積在不斷減少，且減少的幅度相當大，海陸分界線位移明顯；個中原因主要由兩方面構成。
一是自然原因造成海岸帶淤積，南通市海岸線均屬粉沙淤泥質海岸類型，其中有70%以上的岸線為淤漲岸段（從海岸線北端至啟東市北面部分）[5-7]，1954～1984年間淤漲岸段淤漲率為每年60 m左右[5]，由此可以粗略估算自然原因帶來的海岸帶淤積貢獻率。根據1991～2010年的南通市濱海地區(qū)陸域景觀面積變化情況，對該時期陸域景觀面積變化的自然因素與人為因素進行了估算，結果見表2。表2顯示，南通市濱海地區(qū)陸域景觀面積增加的部分是由于南通市濱海地區(qū)自然特性所決定的，尤其在1991～2000年間，陸域景觀面積的增加基本上都是由海岸帶淤積造成的（表2中出現的自然原因帶來的面積變化數值大于陸域景觀實際增加總面積數值的情況可能是由于遙感影像解譯誤差造成的，也不排除海岸帶自然淤積面積估算存在誤差的可能），而在2000～2010年間，自然原因對陸域景觀面積增加的貢獻率也在50%以上。所以在分析南通市濱海地區(qū)景觀格局變化的驅動力時，對自然因素不容忽視。
二是沿海開發(fā)進程加快了陸域景觀格局的變化，加劇了潮間鹽水沼澤的減退，尤其在圖5中所示的圍擋規(guī)整的10個區(qū)域，與南通市從1991年以后所經歷的三次沿海大開發(fā)建設浪潮密不可分。1996年，江蘇省提出了發(fā)展海洋經濟，建設“海上（江）（部）”的跨世紀發(fā)展戰(zhàn)略。通過對潮間帶灘地的開發(fā)利用，建成了一批貝類養(yǎng)護基地、紫菜養(yǎng)殖加工基地，這與2000年遙感影像所呈現的水產養(yǎng)殖場面積大幅增加是相吻合的（圖3）。2001年，江蘇省又提出了新一輪“灘涂開發(fā)工程”，項目的目標是增加糧食年生產能力，把昔日的荒灘變成巨大的“糧倉”和“魚塘”，這也與2010年遙感影像所呈現的包括農用地在內的陸域其他類型用地大面積增加是相一致的（圖4）。按照2009年國家發(fā)改委編制的《江蘇沿海地區(qū)發(fā)展規(guī)劃》，江蘇省將重點對海岸潮間帶和潮下帶灘涂、高程在理論基準面2 m以上的海域灘涂進行圍填開發(fā)，規(guī)劃到2020年，圍填18萬hm2海域灘涂。作為江蘇省沿海三城市之一，規(guī)劃方案明確了南通市將重點實施洋口港和呂四-東灶港周邊等多個灘涂圍墾綜合開發(fā)區(qū)建設，所以在2010年的遙感影像中顯示出有部分在建工程出現（圖4）。
從景觀格局變化的人為驅動力分析可以看出，南通市濱海地區(qū)景觀變化的趨勢和幅度是與沿海開發(fā)的導向、力度息息相關、密不可分的。隨著沿海開發(fā)大戰(zhàn)略的全面展開，作為眾多野生動物與植物棲息地的自然景觀，濱海地區(qū)尤其是濱海濕地必然面臨著十分嚴峻的考驗。
4 小結與討論
1）總體來說，南通市濱海地區(qū)在1991～2010年期間陸域景觀面積不斷增加，海域景觀面積持續(xù)減少，海陸分界線不斷向海洋方向移動。其中1991～2000年間變化幅度小，2000～2010年間變化幅度大。
2）南通市濱海地區(qū)景觀格局變化的驅動力包括自然和人為兩方面的因素。且自然淤積帶來的陸域景觀面積變化非?？捎^，可見南通市濱海地區(qū)是可以進行適度開發(fā)的。
3）南通市濱海地區(qū)景觀格局演化的總體趨勢與沿海開發(fā)的政策導向和建設開發(fā)力度是相一致的。
4）濱海地區(qū)具有生物多樣性豐富、生產力高且生態(tài)效應大、潛在經濟值大的特點，不科學的填海造地、圍灘造田盡管增加了土地資源，但卻對海洋資源造了嚴重破壞。所以在進行沿海開發(fā)時，包括開發(fā)方式、開發(fā)范圍、開發(fā)速度及力度等在內的開發(fā)方案制定與實施需慎之又慎，以避免造成不可逆轉的不良后果。
參考文獻：
[1] 白林波，白明生，石 云.基于RS 與GIS 的銀川市濕地景觀變化研究[J].水土保持研究，2011，18（4）：79-87.
[2] 李芳芳，賈永紅.一種基于TM影像的濕地信息提取方法及其變化檢測[J].測繪科學，2008，33（2）：147-149.
[3] 吳 濤，趙冬至，張豐收，等.基于高分辨率遙感影像的大洋河河口濕地景觀格局變化[J]. 應用生態(tài)學報，2011，22（7）：1833-1840.
[4] 南通市林業(yè)局.南通市濕地資源調查報告（第二次全國濕地資源調查）[R].江蘇南通：南通市人民政府，2010.
[5] 馮小銘，韓子章，黃家柱.南通地區(qū)江海岸線近40年之變遷――江海岸的侵蝕和淤積[J].海洋地質與第四紀地質，1992（6）：65-77.
【關鍵詞】緩坡方程；CGWAVE；波浪傳播；航道
1 前言
航道開挖對波浪傳播有何影響，以前缺乏專門系統的研究。在港口工程設計波浪的推算中，均不考慮航道的作用，而認為海底是平緩的，忽略航道的作用。但自1987年煙臺港西港池二期工程開始，國內對這一問題逐步重視起來，發(fā)現航道對波浪產生一定的折射作用；認為忽略航道作用的存在，對港內泊穩(wěn)和防護建筑物設計，在某種情況下是偏于安全的，但在另一種情況下有可能偏于危險。
航道對波浪的作用主要表現在波浪的折射、發(fā)散穿越和會聚等內容上。同時外海波浪傳入近岸淺水地區(qū)時，受多種因素的影響，將產生一系列復雜的變化。為綜合反映這些現象，需要建立較復雜的綜合考慮折射、繞射和反射的波浪數學模型。緩坡方程數學模型成功地將折射數模和繞射數模統一起來，在忽略繞射作用時可化為折射方程，在水深不變時可化為繞射方程，在水深很淺時又與淺水長波方程一致，故可適用于任意水深下小振幅波浪的折射、繞射和反射聯合計算。
由于在實際工程中往往遇到波浪長距離傳播的問題，波浪傳播距離可達數十公里以上，這時直接應用緩坡方程仍有困難。為便于工程應用，人們在緩坡方程的基礎上發(fā)展了一系列便于求解的緩坡方程的近似形式，如如拋物型、雙曲型和橢圓型等。其中橢圓型方程近似是在實際工程中尤其是大水域波浪傳播問題中應用最為廣泛的近似形式之一。
2 CGWAVE穩(wěn)態(tài)緩坡方程數學模型
本文的是國際上先進成熟的CGWAVE模型（Coastal Surface Water Wave Model of the Mild Slope Equation）。CGWAVE模型是美國工程兵團研究與發(fā)展中心（ERDC）海岸與水動力學實驗室（CHL）與美國緬因大學聯合開發(fā)的地表水計算軟件SMS中的模塊之一，充分考慮了波浪的折射、繞射、反射、底摩擦耗散、波破碎以及非線性等因素。
2.1 控制方程
其控制方程的基本形式如下：
（1）
式中C、Cg分別表示波速和波群速， 表示波勢，k表示波數，ω為角頻率，F為波能變化因子，。
方程（1）考慮了波浪折射、繞射和反射等因素。當同時考慮摩擦耗散和波浪破碎因素時，上述方程可改寫為：
（2）
式中w是摩擦因子，可以用下式求得：
（3）
γ是波浪破碎參數，可用下式求解：
。 （4）
此時由于相對水深較小，波浪的非線性效應相當顯著，以至于明顯影響波浪的傳播變形，故模型引入非線性修正的色散關系式如下：
， （5）
其中
， （6）
。 （7）
2.2 邊界條件
邊界條件分為兩種。
1）入射邊界條件：
（8）
φi表示入射波勢，φr表示反射波勢，n為入射波向。
2）透射及反射邊界條件：
（9）
式中 為波向與邊界法向間夾角，γ為反射參數，由下式計算
（10）
（11）
（12）式中R為振幅衰減因子（反射系數），δ為相位差。γ=0時為全反射邊界，γ=1時為全透過邊界。
2.3 求解方式
模型采用有限元方法來求解橢圓型緩坡近似方程，同時聯立迭代方法對方程進行離散化處理，直至收斂精度滿足要求，從而能解決較大空間區(qū)域的波浪模擬問題。
3 模型建立
本文選用的港口及其航道布置圖參見圖1，所建立的模型計算范圍是自航道前端至碼頭岸邊。
本文首先建立不考慮航道開挖時的波浪計算模型。模型地形考慮了防波堤的存在，但不考慮航道和港內回旋水域的開挖，生成的模型地形及有限元網格剖分圖見圖2（左：無航道開挖）。其中生成的有限元網格數為110698個，網格節(jié)點為55846個，網格大小為25-55 m。
為比較航道開挖前后的波浪要素的變化，我們利用CGWAVE模型進行了該港口考慮航道和回旋區(qū)開挖時的波浪推算工作。圖2（右：有航道開挖）為考慮航道開挖后的模型地形及有限元網格剖分圖。
圖1 港口模型計算范圍
圖2 模型地形與有限元網格圖（左：無航道開挖；右：有航道開挖）
4 結果及分析
為了反映航道對波浪傳播的影響與不同方向的波浪入射的關系，考慮到航道方向近似東南方向，所以我們選用SE方向和S方向的來浪作為航道前端的入射波浪，其中SE方向的波浪有效波高Hs為7.4 m，平均周期 為12.5 s；S方向的波浪有效波高Hs為6.5m，平均周期 為11.1s。同時考慮2.94 m的潮位，兩個方向在考慮航道開挖前后的計算結果對比見圖3和圖4。
通過比較航道開挖前后的波高分布圖，可以得出SE方向來波在考慮開挖航道和回旋區(qū)域后，防波堤前端波高因入射波浪與航道內折射的波浪會聚而增大。
開挖航道后，S方向的波浪會穿越航道和回旋區(qū)進入碼頭內，使得防波堤前和碼頭內整體波高減小，在沿波浪傳播方向的局部地區(qū)波高增加，從而造成防波堤前端波高減小。
圖3 SE方向波高分布圖（左：無航道開挖，右：有航道開挖）
圖4 S方向波高分布圖（左：無航道開挖，右：有航道開挖）
參考文獻：
[1] 顧民權等，海港工程設計手冊，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.設計潮流研究現狀
感潮河段的水流隨潮汐而呈來回往復運動，因此其設計潮流量或潮流速應按漲潮和落潮分別計算。若研究河段具備長系列潮流觀測資料，還是可以采用頻率分析方法計算其設計值。但由于感潮河段水流的復雜性增加了觀測的難度，我國大部分感潮河段的潮流觀測資料非常少，有的是迫于工程實踐的需要臨時組織觀測，次數非常有限，有的是近十幾年才開始斷斷續(xù)續(xù)的觀測，而且在風大、浪高、流急的風暴潮期間，未能進行潮流觀測。
目前，對于缺乏長系列流量資料的感潮河段，通常采用設計潮型潮流數學模型模擬法或設計潮型定床河工模型試驗法推求設計潮流量，即首先確定各種上、下邊界設計潮型遭遇組合的概率，然后采用潮流數模計算或定床河工模型試驗得出不同邊界組合相應的最大漲（落）潮流量，認為該最大漲（落）潮流量具有與產生它的邊界組合相同的出現概率，因每一種組合均對應一個最大漲（落）潮流量與一個概率，從而建立最大漲（落）潮流量的概率分布，推求不同頻率的設計潮流量。在確定上、下邊界的組合概率時，有的按兩者相互獨立處理，即組合概率等于上、下邊界各自概率的乘積；有的按兩者同頻率處理，即組合概率等于上邊界概率等于下邊界概率；有的建立上、下邊界的聯合分布模型確定聯合概率。該類方法存在以下幾個方面的問題：（a）設計潮位過程的推求目前尚不成熟，真正需要的是指定頻率的設計潮位過程，實際推求中只能以指定頻率的個別潮汐特征（如位）為控制進行典型潮位過程的放大，其中存在較大的任意性，致使以設計潮位過程為邊界數模計算所得或物模試驗所得潮流量及潮流速帶有任意性；（b）上下邊界的設計潮位過程往往既不完全相關，也不完全獨立，建立聯合概率分布分析不同邊界遭遇的概率比較困難；（c）上下邊界遭遇的概率能否等同于該組合下橋軸斷面潮流量數值的發(fā)生概率還值得商榷。
2.橋位河段河道概況
蘇州至南通長江公路大橋位于江蘇省東部長江下游的澄通河段下段――南通河。江南為蘇州，江北為南通市。蘇通長江公路大橋工程可行性研究階段選定的東線橋址位于南通市下游約38km處徐六涇節(jié)點段。
隨著長江河口區(qū)向海洋延伸和自然縮窄，及長期河道整治，近百年來，橋位河段已從歷史上寬淺、擺動較劇烈的大河彎型演變?yōu)槟壳皟蓚€平順銜接、連續(xù)反向、宏觀河勢較為穩(wěn)定的“S”型河道。狼山沙東水道河道順直，主深槽緊靠狼山沙東側，沙頭略有后退。近年來，狼山沙尾部已逼近徐六涇節(jié)點段深槽，并漸趨勢定。在狼山沙東側受沖的同時，新開沙西側向外擴展，并向下延伸。狼山沙東、西水道和通州沙西水道三汊水流匯合后，頂沖徐六涇節(jié)點段后進入河口段南、北支。徐六涇以下的崇明島將長江主流分入南、北兩支。北支分泄長江徑流不足5%，以漲潮動力為主，河床寬淺、沙洲眾多。南支從白茆河口至七丫口為白茆沙水道，并被白茆沙分為南、北水道。
3.設計潮流量及潮流速的推求
3.1潮流量與潮位要素的相關分析
由于感潮河段的水流呈往復式運動，一個潮流期包括漲潮、落潮兩個階段，徑流對漲潮和落潮的作用不同，因此分漲潮、落潮兩個階段
3.1.1漲潮流量與潮位要素的關系分析
3.1.2落潮流量與潮位要素的關系分析
3.2相關法推求設計潮流量
3.2.1設計年最大漲潮流量的推求
將逐年徐六涇站的最大漲潮潮差代入式（3-1）得到年最大漲潮流量系列，對該系列進行頻率計算即可求得不同設計頻率相應的設計年最大漲潮流量，計算結果見表3-1，頻率曲線見圖1。
3.2.2設計年最大落潮流量的推求
將逐年天生港發(fā)生最位時徐六涇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。對該系列進行頻率計算即可求得不同設計頻率相應的設計年最大落潮流量，計算結果見表3-2，頻率曲線見圖2。
3.3設計年最大潮流速的推求
3.3.1設計年最大垂線平均流速的推求
2。設計年最大垂線平均落潮流速的推求
由各代表垂線最大點流速與平均流速的換算系數，可以推求由設計垂線平均流速得到相應的垂線最大點流速，計算結果見表3-5：
3.3.3設計斷面平均流速的推求
根據資料按漲潮、落潮分別建立最大流量與最大斷面平均流速的相關關系。與相應樣本值作比較，統計誤差及保證率，發(fā)現相關性較高，將各次的自變量（潮流量）代入各自的相關方程計算出回歸最大斷面平均潮流速，結果見表3-6：
4.總結
感潮河段潮位和潮流量關系極其復雜，為尋求潮位要素與潮流量的關系，本文經過分析研究，通過98個實測漲、落潮流量資料和97個實測上、下邊界資料經模擬計算得到的潮流量資料。首先分析了位、潮差、上游來水（以相應低潮位表示）與漲、落潮流量的關系。經分析研究表明：漲潮流量僅與漲潮潮差有關，與相應低潮位無關；落潮流量與落潮潮差、相應低潮位均有關，建立落潮流量與徐六涇落潮潮差、相應天生港低潮位的關系，具有較好關系。同時直接建立落潮流量與徐六涇最位的關系，同樣獲得了較好的關系。但精度沒有前者高。本次計算采用精度高的落潮流量與徐六涇落潮潮差、相應天生港低潮位的關系，推求歷年最大落潮流量系列。目前，我們采用了1996、1997、1998和1999年實測和由非恒定流計算的漲、落潮資料，分別建立了漲潮潮差與最大漲潮流量的關系，相關系數達0.93；最位與最大落潮流量的關系，相關系數達0.94。由實測資料分析年最位發(fā)生時間與年最大落潮流量發(fā)生時間基本一致。由此關系用1000多個潮汐要素推算47年最大漲潮流量序列和年最大落潮流量序列進行頻率計算，求出設計年最大漲潮流量和年最大落潮流量，成果可靠。
參考文獻
[1]陳元芳主編.水文與水資源工程專業(yè)畢業(yè)設計指南.中國水利水電出版社，2000年.
[2]梁忠民，鐘平安，華家鵬主編.水文水利計算.中國水利水電出版社，2006年.
[3]黃振平編著.水文統計學.河海大學出版社，2003年.
關鍵詞：懸浮隧道錨索；渦激振動；數值模擬；動網格
中圖分類號：U459.5
文獻標志碼：A
文章編號：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
水中懸浮隧道，其英文名稱為Submerged Floating Tunnel，簡稱SFT，又稱Archimedes橋[1]。顧名思義，這種隧道結構既不位于地層中也不穿過地層，而是懸浮在水面下一定深度，主要依靠自身結構的浮力或支持系統保證其在固定的位置，是一種跨越深水道的新概念。按照支撐方式的不同，懸浮隧道可分類為：下墩立柱式、下錨（錨索）式和水面浮筒式[2]。錨索式懸浮隧道對水下基礎的工程地質條件的適應性強，由于其柔性支撐，對地震、海嘯等自然災害的抵御能力強，具有相當廣闊應用前景。
錨索類似于海洋工程領域的拖纜、立管和張力腿等柔性海洋結構物，渦激振動（Vortex Induced Vibration，VIV）是此類結構物疲勞損壞的根源，錨索系統的渦激振動分析是懸浮隧道結構分析的重要組成部分。根據aimy線性微幅波理論，波浪力隨著水深成指數衰減，懸浮隧道一般置于水下30 m左右，此深度錨索的波浪力與水流力相比為微量[3]。因此，本文簡化處理只考慮均勻流誘發(fā)的漩渦導致錨索動力響應。
隨著計算流體力學（CFD）和多場耦合技術的發(fā)展，渦激振動的預報模式出現了2個分支：1）基于經驗參數模式；2）基于CFD預報模式。前者，流體力系數由系列實驗提取，將其按無量綱振幅與折合速度頻率整理成數據表，采用樣條曲線外推內插的方法擬合為公式，用于VIV的預報。在經驗預報模型中，具有代表性的是Harlten和Currie創(chuàng)立的尾流振子模型；基于CFD的VIV研究分為：渦方法[4]，RANS方法[5]，LES方法[6]，以及DNS法。4類方法的計算量依次增加，對計算機硬件要求越高，精度越高。其中，DNS法由于網格質量要求極高，目前只用于Reynold數低于O（104）的情況，離散渦方法對渦粘模式簡化形式決定了其計算精度，更多的研究集中在基于RANS和LES模式流體力系數的求解與結構分析耦合的VIV研究。
對于懸浮隧道錨索渦激振動研究成果主要表現在基于經驗參數計算方法，麥繼婷等[7]、葛斐等[8]、陳健云等[9]先后采用Morison方程計算錨索的流體力，通過Galerkin法和Hamilton原理求解振動方程，計算錨索渦激振動響應，并未考慮到錨索與流體之間的耦聯作用。本文首次將數值模擬方法和多場耦合技術引入錨索渦激振動分析。
1基本方程和計算模型
1.1基本方程
1.1.1流體控制方程將Naviar-Stokes方程中瞬時變量分解成平均量和脈動量2部分，利用雷諾應力法得到的動量方程和連續(xù)性方程如下式：
1.2計算模型
二維切片法是海洋立管和張力腿渦激振動分析方法，其核心是將三維結構系統簡化為多質點的彈簧質量阻尼的二維剛性體系。本文將此法引入懸浮隧道錨索的渦激振動分析，錨索等效模型如圖1（a）所示。
流場計算采用網格計算區(qū)域為20D×40D的矩形，結構中心位于笛卡爾坐標原點，上（下）邊界和左邊入口邊界到結構中心的距離為10D；右邊出口邊界到結構中心的距離為30D。模型邊界條件為：進口采用速度入口邊界（inlet）；出口采用自由出流邊界（outflow）；上下邊界采用自由滑移邊界（symmetry）；結構壁面采用無滑移邊界（wall），邊界條件、網格尺寸和計算區(qū)域的大小等無關性驗證同Kelkar[11]和Stansby[12]。網格分布為：錨索周圍2D范圍采用結構化邊界層網格，邊界層網格相對結構靜止且隨結構一起振動；遠壁面采用可變形的三角形非結構化網格，并利用尺寸函數控制網格的合理分布。近壁面網格如圖1（b）所示。流場求解采用RSM湍流模型結合增強壁面函數法。速度與壓力耦合方程采用SIMPLEC算法，對流項采用二階迎風格式。
具體耦合迭代模式為：在某一流場計算時間步Δt內，求解流場控制方程（1）得到錨索壁面壓力分布，并將表面壓力沿坐標軸投影得到錨索的升力FL（t）和FD（t），采用UDF（user defined function）編寫的四階Runge-Kutta法嵌入FLUENT求解方程式（3）和（4），得到下一迭代步開始時刻錨索的速度和位移，通過FLUENT中動網格宏DEFINE_CG_MOTION將錨索運動速度傳遞給網格，網格運動導致流場參數改變，進入下一迭代步計算，如此循環(huán)反復迭代。
2結果分析
2.1算法驗證
對比各種擬建懸浮隧道方案，選取錨索的主要參數如表2所示。
根據Feng[13]及Khalak等[14]的實驗，彈性支撐的低質量比剛性柱體的渦激振動幅值隨約化速度U*的增加，表現為初始分支（initial branch）、上端分支（upper branch）和下端分支（lower branch）。為驗證本文算法的可行性，圖2給出錨索渦激振動的無量綱幅值（Ymax/D）隨U*變化，并與實驗結果和其他算法進行比較分析。
由圖2可知，數值計算無量綱振幅與Juvtis等[15]試驗結果在初始分支和下端分子吻合較好，進一步驗證本文算法可行性；在約化速度U*=6.5時，本文計算下端分支最大振幅為Ymax/D=0.646，Juvtis等試驗結果下端分支最大值為Ymax/D=0.623，出現在約化速度U*=7.8。黃智勇等[16]數值計算結果比本文結果略小。
2.2質量比影響分析
假定ζ=0.001 8，保持剛度和直徑不變的條件下，通過改變錨索的密度，調整M*=2.4、7.8、20時，圖3給出了3種質量比錨索渦激振動幅值隨約化速度U*的變化。
從圖3可以看出，錨索橫向位移最大值（振幅）隨著約化速度先增加，之后渦激共振幅值保持在一定范圍內，在U*超過渦激振幅的范圍時，錨索渦激振動幅值明顯減少。在渦激共振區(qū)域，錨索渦激橫向振幅隨著質量比的變化不是很明顯，幾乎保持在一定幅值范圍內，不同的質量比渦激共振區(qū)域不同，質量比M*=2.4、7.8和20.0出現渦激共振對應的約化速度范圍為：[3.25，11.0]、[4.25，10]和[4.75，10]，質量比越小，渦激共振范圍越大，錨索更易發(fā)生渦激振動。
從圖4可看出，3種不同質量比的錨索對應的橫向振幅和頻率分別為：0.769 9和1.174 Hz；0.802 5和0.967 Hz；0.778和0.708 Hz。由此可知，在渦激共振區(qū)域，錨索橫向共振頻率隨質量比的增加而減少，而橫向振幅與質量比的關系不是很明顯，不同質量比渦激共振時橫向振幅大致在[0.76，0.81]。
2.3阻尼比影響分析
為分析阻尼比對錨索渦激振動的影響，假定M*=7.8，ζ=0、0.001 8、0.018條件下，圖5給出了錨索渦激振動幅值隨約化速度U*的變化關系。
從圖5可以看出，錨索橫向位移最大值（振幅）隨著約化速度先增加后減少，當4.25
限于篇幅，圖6僅給出了約化速度U*=7.0時，錨索渦激振動位移隨時間的變化關系。
從位移圖和頻率圖可看出，3種不同阻尼比的錨索對應的橫向振幅和頻率分別為：0.855和1.3 Hz；0.821和1.3 Hz；0.628 5和0.986 Hz。由此可知，在渦激共振區(qū)域，錨索橫向振幅隨阻尼比的增加而減少。比較圖6（b）和（c）的頻率圖可知，隨著阻尼比的增加，錨索渦激振動頻率由ζ=0.001 8的1.3 Hz下降到ζ=0.018的0.986 Hz，渦激振動周期增加。
2.4自由度影響分析
早期對高質量比的渦激振動研究中通常不考慮流向運動對橫向振動的影響。但是，在低質量比的情況下，流向運動對橫向振動的影響不可忽略。Sarpkaya[17]通過對質量比為7.0的兩自由度（橫流向和順流向）圓柱體渦激振動的實驗研究發(fā)現，兩自由度計算橫向振幅為單自由度計算結果的1.1倍。錨索一般采用鋼纜或者高分子纖維材料，其質量比小10。因此，有必要對兩自由度（考慮橫向和流向振動）渦激振動進行研究。假定ζ=0.001 8，M*=7.8時，圖7給出了錨索渦激振動幅值隨約化速度U*的變化關系。
從圖7可知，在質量比m*=7.8時，考慮錨索流向振動對橫向振動的影響比不考慮流向振動影響得到的錨索橫向振幅略有增加。除此之外，考慮流向振動影響，錨索橫向振動頻率鎖定所對應的約化速度范圍略有增加，不考慮流向振動時，錨索橫向振動頻率鎖定的約化速度范圍為[4.25，9.0]，當考慮流向振動之后，錨索橫向振動頻率鎖定范圍變?yōu)閇4.25，10.0]。
限于篇幅，圖8僅給出了約化速度U*=8.0時，錨索渦激振動位移隨時間的變化關系。
從位移圖和頻率圖可知，單自由度和兩自由度的錨索對應的橫向振幅和頻率分別為：0.908 2和1.059 Hz；0.943 3和1.238 Hz。由此可知，考慮流向對橫向振動的影響時，錨索在渦激共振區(qū)橫向振幅要大于單自由度的情況，考慮錨索流向運動對橫向振幅的影響，發(fā)生渦激共振時，共振頻率要小于單自由情況。
2.5來流速度影響
為討論流速對渦激振動的影響，假定ζ=0.001 8，M*=7.8的情況下，圖9給出了錨索渦激振動幅值隨約化速度U*的變化關系。
從圖9位移圖和頻率圖可知，3種不同約化速度的錨索對應的橫向振幅和頻率分別為：0.192和0.971 Hz；0.8401和1.1 Hz；0.021和2.71 Hz。由此可知，在渦激共振U*=6.5時，錨索橫向振幅和頻率均大于非共振情況。圖9（a）、（c）分別為2種典型非共振情況，從圖9（a）可以看出錨索橫向振動出現拍的現象，圖9（c）錨索橫向振動頻率遠離結構固有頻率，未發(fā)生渦激共振，橫向位移很小。
3結論
1）質量比也是影響錨索渦激振動的重要因數，雖然在低質量比條件下，質量比幾乎不改變渦激共振時錨索的橫向振幅，但是質量比越小，錨索渦激共振對應的約化速度范圍越大，錨索約容易發(fā)生渦激共振。
2）不同的阻尼對錨索橫向渦激振動的幅值影響很明顯，隨著阻尼比的增加，錨索渦激共振時的幅值減小，渦激共振區(qū)域幾乎不隨錨索阻尼的變化而改變。隨著阻尼比的增加，錨索渦激振動頻率隨著阻尼比的增加而減少，渦激振動周期增加。
3）在懸浮隧道錨索質量比較低的情況下，必須考慮錨索的順流向振動對錨索橫向振動的影響。除此之外，考慮錨索的流向振動將使錨索橫向渦激共振區(qū)域變大，導致錨索更易發(fā)生渦激共振。在頻率鎖定區(qū)域，考慮流向運動時，錨索的橫向振動幅值要大于不考慮的情況。
4）渦激共振發(fā)生時，錨索橫向振幅隨約化速度改變幾乎不變化，位移相位發(fā)生改變。流向位移隨約化速度增加而增加。
參考文獻：
[1]Ahrens D.Submerged floating tunnels-a concept whose time has arrived [J].Tunneling and Underground Space Technology，1997，12（2）：317-336.
[2]董滿生，葛斐，惠磊，等.水中懸浮隧道研究進展[J].中國公路學報，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]陳健云，孫勝男，蘇志彬.水流作用下懸浮隧道錨索的動力響應[J].工程力學，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]麥繼婷，羅忠賢，關寶樹.流作用下懸浮隧道張力腿的渦激動力響應[J].西南交通大學學報，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，董滿生，惠磊，等.水中懸浮隧道錨索在波流場中的渦激動力響應[J].工程力學， 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]陳健云，王變革，孫勝男.懸浮隧道錨索的渦激動力響應分析[J].工程力學，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]張兆順，崔桂香，許春曉.湍流大渦數值模擬的理論與應用[M].北京：清華大學出版社，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.