三门湾2003—2013年间围涂工程对水动力环境的影响研究

三门湾位于浙江沿海中部,为半封闭式海湾,发育着多条淤泥质舌状滩地,其间又存在着具有良好水深的港汊。这种滩、汊相间的形态构成了浙闽海岸特有的一种港湾淤泥质海岸地貌。大面积的滩涂为围海造地提供了条件。进入新千年以来,三门湾内围涂速度明显加快,其对水动力环境的累积影响也逐渐增大。本文利用2003、2013年两个年份的高分辨率水深地形和岸线资料,基于Delft3D建立数值模型,以此研究十年间水动力环境对围涂工程的响应,为资源可持续利用提供参考。计算结果表明:十年间围涂缩减了湾内滩涂面积,使纳潮量减小可达近7%;纳潮量的减小,使湾内落潮流优势整体减弱,但对涨潮流的影响相对较小;围涂工程还使得湾内的潮差略有增加;粒子追踪试验结果显示,不同释放位置对轨迹变化影响较大,会对湾内外的物质交换产生影响。

“威马逊”台风暴潮增水及水动力响应数值模拟

基于河口海岸水动力三维数值计算模型,建立浙江沿海天文潮与风暴潮耦合预报模式。利用该模式,对经过浙江沿海海域的台风"威马逊"进行数值计算,风暴潮增水计算结果与实测值符合较好,误差基本在±20 cm以内。计算增水值与传统的调和分析法所得的增水结果相比,也较为一致。进一步对局部水动力响应的研究发现,风暴潮期间,局部地区从底到表各层水流流速均急剧增大或减小,其值达到了与天文潮流同等的数量级。当水流流向与风向相同或相近时,流速增大,相反时,则流速减小。且台风期间,各层水流流向也随风向发生改变,流态变得更加复杂。

册子岛-镇海海底原油管道冲刷稳定性研究

根据对册子岛-镇海段海底原油管道2006-2011年连续多年的监测,结合区域地理位置、水文泥沙、地形地貌、海洋开发活动、极端气象天气等因素,提出从海洋区域综合环境的角度研究海底管道所在海床的冲淤稳定性。管道所在区域海床总体表现为冲刷,2005年完成埋设的海管在2008年出现了多处裸露,到2010和2011年甚至有多个区段出现悬空。分析认为,舟山跨海大桥尤其是金塘大桥的建设、宁波澉浦新泓口围垦工程的实施、极端气象天气或短期灾变因子等对研究区海床的冲淤稳定产生的影响较大,也是导致近年来海管出现危险状况的主要原因。

舟山东港新城溃堤洪水演进数值模拟

台风会引起风暴增水和强浪。围填海工程建于软土地基上,海堤易产生不规则沉降,在台风引起的强浪作用下有可能发生溃堤,海水在高水位下大量涌入围区,引发灾难。针对溃坝的急变流特性,基于Delft3D Open Source,采用一种基于经典交错网格的改进型数值方法(其水流扩展流动数值近似算法符合动量守恒,而水流收缩流动数值近似则满足伯努利方程),建立了舟山东港新城溃堤洪水演进模型,并计算了最大可能风暴增水条件下溃堤洪水在东港新城的演进过程。结果表明,围区内的地形形势对洪水的演进及最终分布起了决定性作用,当溃口出现在不同位置时,影响范围和程度不一样。东港南部由于地势较低,且没有大型的吸纳洪水的人工湖,当附近出现50 m宽的溃口时,近乎整个南部区域都会受到海水的影响;而北部由于地势相对较高,影响有限。

台风对春晓气田群海底管道安全的影响研究

基于连续4年的春晓气田群海底管道检测数据,结合该区域水文、气象、泥沙、地形、底质等环境资料的分析研究认为,2007年夏季韦帕、罗莎等台风所引起的强烈水动力扰动,对管道KP287.666～KP301.906所在区域的冲淤稳定产生了较为明显的影响。台风将高能传递给水体,增强了海流、波浪等水动力要素,两者的联合效应使得水体底部剪切应力剧增,使水体挟沙能力加强,对海底造成区域性冲刷,导致管道裸露、悬空,严重影响其安全。

舟山岛域围垦对邻近水道泥沙运动和海床演变影响分析

舟山海域岛域围垦与一般近岸滩涂围垦不尽相同,具有地理位置和水动力环境的特殊性。采用舟山钓梁围垦区附近海域不同时期的水下地形资料,并结合邻近螺门渔港水道围垦前后2个时期的水文泥沙调查资料,对岛域围垦环境下水道附近海域泥沙动力和海床冲淤变化特征进行了分析。结果表明,岛域围垦后螺门渔港水道潮汐变化并不显著,但是潮流流速大幅度减少,潮流挟沙能力随之减弱,净输沙量减少了90.1%,且净输沙方向由落潮方向变成涨潮方向。泥沙动力条件的改变促使水道及附近海域海床冲淤环境发生根本性变化,由围垦前槽冲滩淤演变为围垦后大幅度淤积,水道最大淤积厚度可达26 m。根据分析认为,围垦工程改变了水道悬沙的输移沉降模式,围垦前大量的泥沙以过境形式输移,而围垦后悬沙进出因围垦而形成的岙湾将以沉降为主。

舟山册子岛—宁波镇海海底原油管道冲刷的影响因素

局部冲刷引起裸露甚至悬空是造成管道失稳的主要原因之一。舟山册子岛—宁波镇海海底原油管道自2006年运行以来,其赋存状态由全线掩埋逐渐演变为局部裸露甚至悬空的严峻局面,并且有继续恶化的趋势。基于管道2006—2012年历年检测资料,从多个层面分析造成海底管道冲刷的原因,认为造成管道冲刷的基本条件是研究区的自然冲淤规律,极端天气条件、镇海侧的大型围垦工程、舟山连岛大桥建设、长江来沙减少等其他因素的叠加也不可小视。

基于MIP-CPT技术的海底浅层气探测方法——以东海舟山海域为例

国际上MIP-CPT技术在陆域环境污染监测领域得到了较成功的应用。为了准确识别海底浅层气,避免其对海洋开发的影响,采用MIP-CPT技术,辅以其他多种地球物理探测方法,在东海舟山海域进行了海上试验。基于得到的MIP数据识别了测试海域海底面以下30 m内的游离气和溶解甲烷,将典型孔位的FID信号与同位置的浅地层剖面进行对比,基本符合地球物理勘察的结果;结合同时得到的多项CPTU数据对MIP数据进一步分析发现测试海域的浅层气主要来源于较深部地层,并得到了多道地震勘探数据的旁证。研究表明相对于传统浅层气探测手段,MIP-CPT技术具有快捷性、直观性和多数据的优势,这种技术很适合研究海底浅层气的成因机制。

基于海洋潮汐动力模型的水位改正方法研究

本文研究并提出了一种基于海洋潮汐动力模型的水位改正方法。该方法通过对数值模拟的天文潮位进行改正,结合残差改正获得特定站的潮位数据。结合实际资料,将基于海洋潮汐动力模型的水位改正方法与传统的水位改正方法(时差法和最小二乘潮位拟合法)进行了比较,新方法改正的精度明显高于传统方法,显示其在地形变化较为复杂海域进行水位改正的可行性与独特优势。该方法可以在海洋测绘中减少短期验潮站的布设,用于潮位序列缺失的修补。

舟山册子岛-镇海海底管道附近海床冲淤数值模拟研究

舟山册子岛-镇海段海底原油管道连续多年监测数据显示,局部海床冲刷较为严重,管道多处裸露、悬空,对工程安全构成威胁。基于Delft3D建立杭州湾口二维水流泥沙数学模型,并利用实测潮位、流速、流向及悬沙质量浓度资料对模型进行率定与验证,进而模拟分析近年来人为开发活动对海底管道附近海床冲淤变化的影响。分析结果表明,新泓口围垦工程和金塘大桥工程对管线镇海登陆段海床冲刷影响较大,金塘大桥桥墩阻水作用加剧了管线深槽边坡西半段海床的冲刷,另外管线深潭延伸东半段的海床冲刷与金塘大桥主通航孔密切相关。

储气砂中浅层气溢出过程数值模拟研究

基于A.Nermoen的物理实验,文章进行了浅层气溢出过程数值模拟,区别于以往常用的欧拉-欧拉方法,文章采用了基于欧拉-拉格朗日方法的新型的离散粒子模拟方法 MP-PIC(multiphase particle-in-cell)模型。揭示超压气体释放的机制,以及浅层气溢出过程中速度、压力的变化情况和变化规律。模拟得到的颗粒流化现象以及气泡的产生、运动和溢出现象与试验现象相一致,数模计算结果与实验资料两者相关度为0.94,相关性较好。临界流化速度和压力与土层的高度呈正相关,临界流化压力与实验结果较为接近,但由于马格努斯力(magnus)等作用力未考虑,导致临界流化速度相比于实验偏低。该模型方法能处理任意尺寸分布的颗粒,适用庞大的颗粒量,紧密耦合气固间相互作用,适用性好,准确性高,为数值模拟提供了便利。

基于强度折减法的海底边坡三维稳定性分析

为了分析波浪荷载作用下海底边坡的稳定性,通过Visual C#语言平台开发数值接口程序,实现了地质三维建模程序Gocad和有限元分析程序Abaqus的数据转换,即有限元程序在海底复杂的地貌和地形条件下三维建模。同时开发了Abaqus力学场数据处理程序,可以实现Abaqus在强度折减法下的边坡稳定性分析。通过分析波浪作用下舟山朱家尖岛海域海底边坡稳定性,评判该边坡的稳定性。计算结果表明,波浪荷载对海底边坡稳定性会产生一定的影响,朱家尖岛附近海域海底边坡有滑坡的风险。

浅地层剖面仪在海底管道检测中的应用

基于大量工程实践积累的经验及数据,对浅地层剖面仪在海底管道检测中的影响因子,包括不同信号源、不同航行速度及不同水深时的探测效果进行比较后认为,实际应用中,采用Chirp技术的浅地层剖面仪有较好的探测效果,保持适中航速是有益的,随着水深增加,探测效果会随之受到影响。

悬跨海底管道的声学检测方法和成因机制分析

为了提高检测过程中对悬空海底管道的辨识能力,基于调查数据,系统分析总结了海底管道悬跨的多种声学检测方法,如侧扫声呐、单波束测深系统、浅地层剖面系统及多波束测深系统等,比较了各种检测方法的应用条件,分析了造成海底管道悬跨的多种成因机制,并通过数值计算演示了管道周围局部冲刷中的孔道冲刷的动力过程。

大鱼山填海工程对海床冲淤变化影响分析

根据舟山大鱼山海域1960—2021年间5个年份的水深地形资料,基于GIS(地理信息系统)技术采用数字化定量冲淤计算和特征等深线叠加方法,对工程附近典型水下地形的平面冲淤和平面形态变化规律进行研究,探讨大鱼山填海工程对周边海床冲淤变化的影响。结果表明:自然状态下,研究区整体处于轻微冲刷状态;填海后,南侧深槽近岸淤积,外侧和北侧深槽继续冲刷,东西两侧浅滩呈现大幅度淤积。大鱼山填海工程极大地改变了原本岸线分布以及周边水动力泥沙环境,最终导致填海区附近海床冲淤变化,但整体仍维持海底的潮滩分布格局。

基于陆海统筹的海岸带“三生空间”分区体系研究

随着经济社会的快速发展,海岸带区域生产、生活等活动逐渐增多,开发程度不断提高,给海岸带区域的各种资源和环境造成极大压力。党的“十八大”以来,将优化国土空间开发格局作为生态文明建设的首要举措,对国土空间开发利用保护提出新要求。在此基础上,文章从海陆统筹的角度按照《国民经济行业分类》和《海洋及相关产业分类》,根据系统性、复合性、兼顾性、前瞻性4个原则,提出了一套包括3个大类、9个二级类、33个三级类的海岸带空间分类体系,并且与土地利用现状分类及海域使用分类进行了较好的衔接,以期为有关规划提供参考借鉴。

海上油气勘探开发与空间规划矛盾的几点思考——以渤海为例

从海洋空间规划角度,渤海海上油气勘探开发存在的主要问题有:渤海近岸海域海洋油气勘查空间较小;红线区油气项目陷入续期、退出两难境地;近岸海陆交汇区域国土空间监管缺乏系统性;海洋生态红线对油气勘探开发活动兼容性较低。原因主要有:红线划定科学性不足,退出机制缺乏相关保障;大陆海岸线存在动态变化;生态保护与油气开发共存缺乏数据支撑;盈利本质决定了企业不愿在环保领域大力投入。建议:建立油气项目用海准入清单;建立“多规合一”的国土空间规划,推进陆海统筹;细化红线区管控措施,有条件允许油气勘探开发活动;加大科研攻关力度,实现开发与保护协调发展。

海底电缆管道廊道规划初步构想

为解决海底电缆管道面临的海域空间资源不足、受渔业活动破坏严重等问题,文章提出海底电缆管道廊道规划的构想。研究表明:规划的重点应集中在3个方面,即确定规划廊道范围,做好相关利益者协调,并应考虑海域适应性问题。研究认为,在特定海域对海底电缆管道路由进行统一规划布置技术上是可行的,有助于节约海域空间资源、保障管线安全、提升审批效率。

往复流作用下海底管道局部冲刷机制数值模拟

基于开源的计算流体力学模式REEF3D,建立了海底管道局部冲刷水槽数值模型,在验证单向流实验结果的基础上,进一步对往复流作用下的海底管道局部冲刷机制进行了研究,并作对比分析。研究表明,总体上往复流对管道所在海床的局部冲刷规模比单向流弱。当流向改变后,原先下游的堆积区转变成上游,优先受到冲刷,并填充到管道下方的冲刷坑,同时使水流在管道下方的作用减弱。这种回填过程使短周期下的往复流作用需要更长的冲淤平衡时间。在回填与冲刷的共同作用下,上下游的冲刷坑坡度会因流向变化而变化。

混凝土联锁排应用于海底电缆防护稳定性研究

海底电缆穿越底质坚硬海床时,覆盖混凝土联锁排可以有效保护海缆。根据国网舟山500 kV海底输电电缆所在海域实测水文数据,采用力学平衡公式和数值模拟两种计算方法,研究混凝土块在极端水流作用下的在位稳定性。基于推导出的力学平衡公式,对其进行函数分析后发现,当混凝土块底边固定时,存在一个极值高度,此时铺设在海床的混凝土块最为稳定,可以抵挡的水流流速最大。通过数值模拟,研究了混凝土联锁排在水流作用下的三维流态特征,对不同形状混凝土块的受力情况进行比较后发现,当混凝土块边缘为圆角时,可以改变边缘周边的水流结构,总体上加强混凝土块的稳定性。经计算,尽管国网舟山500 kV海底输电电缆所在的灰鳖洋海域潮流流速较大,但常规长、宽、高为0.4 m×0.4 m×0.3 m的块体组成的混凝土联锁排可以抵抗水流的冲击,保护海底电缆。