2021年11月，我实验室河口海岸综合治理与保护研究团队连宇顺副研究员和郑金海教授指导张斌、沈舒天、潘正虎、王瑞、仲凡、李东昂等同学，在9月份获得中国预热赛学生组优秀奖的基础上，不断修改完善所提出的深水海藻固碳方案，最终从来自世界各地的195份申请资料中脱颖而出，成为全球获奖的23支团队之一，获得25万美元的研发经费。国际碳去除学生赛是由教育性非盈利机构XPRIZE基金会组织发起的国际性科技创新活动，旨在通过征集全球青年创新者的碳去除设想，并资助可行的优胜方案，开展技术研发以实现直接从大气或海洋中捕获二氧化碳，并能够持久封存。下一步，团队将继续参加里程碑赛，聚焦深水锚泊技术、防浪消波技术和高强轻质绳缆技术等3个核心关键问题深化细化方案（图1），以破解传统海藻养殖设施集中在空间有限的近岸浅水区且无法适应深远海恶劣海况的难题，达成每年去除1000吨二氧化碳的可行性。
图1深水海藻固碳方案示意图
2021年12月，我实验室河口海岸综合治理与保护研究团队赵弘毅副研究员、郑金海教授、张继生教授和浙江科技大学的朱剑锋教授共同合作发表在《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》期刊上论文“Numerical modelling of the fluid-seabed-structure interactions considering the impact of principal stress axes rotations” ，获得Ahmet Cakmak Best Paper Award。这个奖项由该期刊的三位主编及十二位副主编从前一年度论文中提名、遴选，并最终授予一篇具有突出贡献值得表彰的论文，这是该奖项设立以来首次有中国科研人员获奖。论文于2021年3-5月入选ESI热点论文（前1‰）。研究团队基于室内试验，单独考虑主应力轴旋转产生的塑性应变，并与三个应力不变量产生的塑性应变进行耦合，建立了能描述复杂动力条件下应力主轴旋转效应的砂土动力本构模型，并嵌入自主研发的波流-结构物-海床相互作用一体化数学模型。研究揭示了主应力轴循环旋转影响下海床中土单元应力路径的时空演变规律（图2），考虑主应力轴连续旋转影响的一体化模型显著提高了海工结构物周围海床土体液化的预测精度，克服了传统弹塑性理论在波流-结构物-海床相互作用中模拟精度不足的局限性，为海工结构物基础设计提供更为可靠的理论依据。风-浪-流和地震作用下海洋工程结构与海床地基系统的耦合响应机理是中国工程院2020年发布的土木、水利与建筑工程领域Top10工程研究前沿，也是是港口、海岸及近海工程学科领域的研究热点和难点。在波流循环荷载作用下，海工结构物与海床非线性耦合过程中主应力轴连续旋转对土体变形和强度特性的影响机理，是一直没有解决的关键科学问题。
图2 主应力轴连续旋转对海工建筑物周围海床土体孔隙水压力及液化破坏的影响机制
2022年1月，美国土木工程师协会公布了2022年度J. C. Stevens Award。我实验室河口海岸综合治理与保护研究团队骨干成员管大为教授与四川大学合作的讨论文章“Discussion of ‘New Approach to Predicting Local Scour Downstream of Grade-Control Structure,’ in the Journal of Hydraulic Engineering, June 2021.”获得殊荣。这个奖项为了纪念美国土木工程师协会杰出工程师、前主席John C. Stevens先生于1943年设立的，每年评选一次，由美国土木工程师协会环境与水资源分会主办的Journal of Hydraulic Engineering、Journal of Hydrologic Engineering、Journal of Environmental Engineering等7种期刊的全体编委从前一年度发表的讨论论文中提名、遴选，授予一篇最具突出学术贡献的文章。这是该奖设立近80年来第一次授予河流与海岸动力学领域的中国学者，先前获奖的研究人员包括国际著名泥沙研究学者Hans Albert Einstein、IAHR前主席John F. Kennedy、美国科学院院士Gary Parker等。已有研究表明，固床工的水毁率高达70%，损毁还会使上下游地形发生剧烈冲刷下切，产生严重后果。由于固床工的冲刷破坏通常发生在强动力、强输沙的洪水过程中，冲刷机理非常复杂，冲刷深度预测十分困难。论文提出在固床工冲刷分析模型中考虑水流淹没度的影响，基于“自由出流”和“淹没出流”条件下的冲刷特征，重构了固床工冲刷的理论模型，建立适用于不同淹没条件的冲刷深度预测新方法（图3）。新的理论模型更能准确反映复杂水动力条件下固床工的冲刷机制，提出的冲刷深度预测方法与传统方法相比，平均误差减少58%。
图3 不同淹没条件下固床工的冲刷机理示意图与计算方法
