基于AIS大数据耦合分析的沿海港口泊位利用率研究

针对我国沿海港口能力供给水平数据跟踪方面长期存在的时效性差、人为统计过程中易出现错漏等诸多问题,分析传统泊位通过能力统计失真的具体原因,提出将泊位利用率作为评价港口服务水平的表征指标,依托地理信息系统(GIS)平台和基于船舶自动识别系统(AIS)等数据耦合的空间拓扑分析,综合考虑空间关系、航速特征、经留时间等影响因素,研发基于AIS大数据的泊位利用率算法模型,并以上海港2019年集装箱泊位利用率为例进行算法验证。结果表明,所提出的泊位利用率算法模型是可信的;提供了一种能够反映客观实际、定量分析判断港口服务水平的技术手段,可为政府部门长期动态监测港口能力与运输需求互动平衡关系,支撑政府部门决策港口发展重点和建设时序,避免空间资源浪费、重复建设、能力过剩等问题提供技术支撑。

我国边境地区“海港-互市-加工”发展模式研究

习近平总书记在第十七届中国—东盟博览会和中国—东盟商务与投资峰会开幕式中提出了“推进边民互市贸易进口商品落地加工”指示要求。按照国务院《关于边境贸易有关问题的通知》、海关总署和外经贸部《关于边民互市贸易管理办法的通知》文件要求,边境地区边民在我国陆路边境20 km以内,经政府批准的开放点或指定的集市上、在不超过规定的金额8000元/d范围内(免关税和进口环节税)进行的商品交换活动,海上互市不仅解决原来互市进口原料通道单一问题,可向东盟十国选购原料,保证原料价格优惠、货源稳定;还可通过海运大幅降低进口原料物流成本,有利于发展边民互市商品落地加工项目。以北部湾港东兴港点为例,梳理以海运方式为支撑的互市贸易和落地加工的港产联动发展需求,分析东兴市港口发展现状和建港条件,结合北部湾港空间总体布局特点,提出东兴港点的选址方案,为促进中国—东盟合作升级、打造“海港-互市-加工”三位一体的边民互市商品落地加工产业集群提供了技术参考。

北部湾港平陆运河江海联运方案研究

平陆运河始于西江航运干线中上游的西津枢纽水库支流平塘江口,终于北部湾港,是优化提升全国水运网络、加快建设国家综合立体交通网的联网工程,是建设西部陆海新通道、加快建设交通强国的标志性工程。根据《国家综合立体交通网规划纲要》部署,北部湾港总体规划正在编制,需要统筹考虑平陆运河江海联运枢纽空间布局和平面布置方案。综合考虑平陆运河江海联运量、北部湾港各港区建港条件和资源容量,以及既有港口资源利用情况,按照“就近转运、用足存量”的原则,因地制宜提出分货类的江海联运枢纽布局,制定了大小泊位能力匹配、运输组织高效的平面布置方案,同时也提出明确防城港域航区划分、研究开通防城港水运疏港通道(皇城坳运河)、有序推进现状码头升级改造等建议,为平陆运河建设投产后江海联运平稳运行提供技术支撑。

港口规划“战略留白”方法路径研究

落实生态文明建设要求,科学利用我国国土空间资源,在国家明确“除国家重大项目外,全面禁止围填海”要求下,探索在港口规划编制中科学保护和合理利用我国稀缺、宝贵的港口岸线资源,以更好地支撑国家及区域重大战略实施。系统梳理总结了我国沿海港口空间分布格局、港口岸线资源利用现状以及“战略留白”概念的内涵与应用实践,分析我国沿海港口围填海时空变迁情况,剖析目前港口规划中围填海方面的问题。结合实际案例,以国际枢纽海港北部湾港为例,提出“战略留白”在港口规划中的应用范式和实施路径,为其他港口总体规划及环评审查工作提供参考,为开展港口资源保护和储备重大战略项目提供有效支撑。

辽东湾海域锚地关键问题及发展思路

随着辽东湾沿海港口的快速发展,锚地资源紧张等问题愈发凸显,尤其是辽东湾内海域条件复杂,不同行业的用海冲突进一步制约了锚地的规划和建设。在深入分析辽东湾海域内生态红线、海底管道及光缆、军事禁航区、海上风电场以及船舶航路等限制条件的基础上,梳理和总结了锚地在资源容量、规划实施以及共享共用等方面的关键问题,并以问题为导向,从锚地规划、建设以及运营管理等角度提出辽东湾锚地发展的思路和方向,可为政府及海事等管理部门进行锚地的规划、建设和管理提供参考。

基于稳定性分析的含酸/醇烃水体系相平衡计算

油气开发的井流物多以油气水混相形式存在。对于酸性油气田,还常伴有硫化氢或二氧化碳等酸性气体。为了避免水合物生成堵塞管道,加注醇类防冻剂是常用的方法。因而油气田井流物易于呈现含酸、含醇的多相烃水混输状态。含酸/醇烃水体系相平衡的准确计算,是预测其物性特征的基础,也是支持该复杂体系多相混输流动仿真的关键。但目前被广泛应用的基于经典立方型状态方程计算油气水体系相平衡的方法,存在对液烃及水相分布预测准确性不高的问题。为此,引入稳定性分析的方法,构建适用于含酸/醇烃水体系的稳定性检验方式,结合SRK-HV状态方程,建立了耦合稳定性分析的含酸/醇烃水多相多组分相平衡计算模型及算法。经多角度验证,本研究所提模型具有较高的准确性与稳定性。

高含气井低速叶轮动态气液分离设备参数优化

针对目前高含气井电潜螺杆泵举升效率低的问题,提出一种低速叶轮动态气液分离方法。综合高气油比、低转速、低液量等因素的影响,建立低速叶轮气液分离场气泡运移数学模型和动态气液分离RNG k-ε模型,依据SIMPLE压力-速度耦合算法求解结果,揭示叶片数目、叶片螺距和叶片长度等参数对动态气液分离效率的影响规律,并依据叶轮结构优化正交试验结果,探究转速和含气量等操作参数的敏感性及其对分离效率的影响。研究结果表明:增加叶片数目、叶片螺距和叶片长度时,低速叶轮动态分离效率先增大后减小;叶片数目为15片,叶片螺距为250 mm,叶片长度为420 mm时,分离效率达到最大值81%;增大转速可有效提升低速叶轮动态分离效率,转速由150 r/min提至300 r/min,分离效率由38%显著升至81%;同时低速叶轮动态分离效率随含气量的增加而不断减小,入口含气量由35%增至50%,分离效率则由87%降至63%。所得结论可为适用于电潜螺杆泵的低速叶轮动态气液分离设备的参数优化提供指导。

高压含水气井两相流态节流判断与控制方法

井筒气水两相管流节流前后动态特性分析与控制,对保障致密气等高压含水气井高效稳定安全开采和水合物防治具有重要意义。考虑等熵绝热、等压热容、等容热容、不同井深节流能量等因素,推导气水两相流体流经喷嘴的能量、动能和温度动态变化等热力学微分方程组,建立高压含水气井两相节流能量、节流系统热量、节流物质平衡和流体质量流量变化等井下节流场数学模型,提出一种气水两相井筒节流前后动态特性分析与控制方法,为优化井下节流器及其节流喷嘴的结构参数和保障气井流动安全提供理论依据。最后依据数值模拟手段及其判断结果,以鄂尔多斯盆地东缘大宁-吉县区块为例进行验证,以揭示高压含水气井喷嘴尺寸和深度、含水率、节流前压力和温度对节流前后动态特性的影响规律。结果表明:高压含水气井气水两相流体质量流量先是随节流压力比减小而呈指数级增大,并在压力比降至0.55阈值附近时达到最大值,增大喷嘴下入深度和含水率、同时降低节流前压力和温度,可提高节流后温度,有利于抑制水合物生成;且节流过程临界质量流量受喷嘴内径的影响最大,含水率和节流前压力次之,而节流前温度和喷嘴深度的影响最小,且增加含水率会提高临界质量流量,但产气量也随之下降;大宁–吉县区块现场工程实例分析表明,井下节流喷嘴内径由3.0 mm扩至5.0 mm和节流前压力由14 MPa增至18 MPa时,气水两相流体的临界质量流量提升幅度分别为179.3%和27.8%,而利用地层温度等将节流前温度由313 K升至333 K时,节流过程临界质量流量反而小幅下降且下降幅度仅为5.15%,为此,增大喷嘴内径及其下入深度和节流前压力同时降低节流前温度,有利于提高气水两相流体节流过程中临界质量流量,并提升高压含水气井的产气量。

逆流式双螺旋叶片气液固多相旋流分离特性

针对海洋平台空间的局限性和天然气水合物开采特殊工况,设计了一种结构紧凑、分离效率较高、维护成本低的逆流式双螺旋叶片气液固多相旋流分离器,以期实现海上平台天然气、泥质粉砂和海水多相混流的高效分离。综合高含气、高流量、小粒径等因素耦合作用,建立气液固多相分离湍流数学模型,采用SIMPLE压力-速度耦合算法进行求解,揭示螺距、螺旋叶片头数和螺旋圈数等叶片结构参数对气液固多相旋流分离性能的影响规律;并依据气液固多相旋流分离双螺旋叶片的单因素优化结果,量化分析入口流速、含气体积分数、泥质粉砂粒径等生产参数对气液固多相旋流分离性能的影响程度。研究结果表明:当螺旋叶片的螺距为70 mm、螺旋头数为2且螺旋圈数为3时,逆流式双螺旋叶片气液固多相旋流分离性能最佳;增大入口流速可有效提高分离效率,入口流速达到3.0 m/s时,气、固两相分离效率分别提高至98.6%和83.2%;而含气体积分数由30%增至45%时,气相分离效率由99.4%降至96.5%,且气相出口含气体积分数由81.1%增至91.9%;泥质粉砂的粒径尺寸会影响分离效率,粒径尺寸为70 um时,分离效率可达93.4%。所得结论可为适用于天然气水合物开采的气液固多相分离器的设计和优化提供参考。

水合物阻聚剂研究进展

相较于传统的水合物生成抑制方式,向管线中添加低剂量抑制剂的水合物风险控制策略,在深水多相集输领域防控水合物堵塞中具有显著的优势,备受国内外学术与工业界的青睐。阻聚剂是一种能在更为苛刻的高过冷度工况下,仍具有良好阻聚效果的低剂量抑制剂,可保证多相混输流体内生成的水合物以浆液呈现可输送状态。本文重点阐述了影响阻聚剂性能的关键因素,梳理了阻聚剂存在体系内水合物生成及流动的宏微观特性。总体而言,阻聚剂的性能受加剂量、含水率、矿化度、pH、溶液乳化状态及应用工况过冷度等综合因素的影响;添加阻聚剂体系的水合物浆液内水合物生成量稳定适中、流动性越好,油气水混输系统内发生水合物堵塞的风险越低,其流动安全的保障可靠性越高。基于上述研究,本文总结了阻聚剂对水合物的作用机理,并给出了未来深入开展阻聚剂研究的建议。

疏浚用Q235钢和高锰钢冲刷腐蚀机理研究

目的对比传统疏浚用Q235钢和新型高锰奥氏体钢的冲刷腐蚀行为,分析2种钢冲刷腐蚀耦合损伤机理。方法利用射流喷射装置分别对Q235钢和高锰钢的纯磨损和冲刷腐蚀行为进行研究,采用电化学阻抗和质量损失测量方法对冲刷腐蚀耦合分量进行解耦,最后结合形貌表征分析冲刷腐蚀耦合损伤机理。结果纯磨损结果显示,在高流速沙砾冲击下,Q235钢和高锰钢都有较高的损失,Q235钢的纯磨损速率是高锰钢的2倍。冲刷腐蚀结果显示,Q235钢冲刷腐蚀总损失速率大于高锰钢的2倍,2种钢的冲刷腐蚀损失中磨损都占据了主导地位,Q235钢腐蚀加速磨损速率占据总损失速率的25.9%,大于高锰钢所占比例18.3%。结论通过对比分析2种钢宏观和微观损伤形貌,发现虽然高锰钢的硬度远高于Q235钢,但其变形能力同样很高,这使得高锰钢拥有比Q235钢更优异的抗磨性能。此外,Cr和Al元素的添加也进一步提升了高锰钢的抗腐蚀性能,最终使得高锰钢的抗冲蚀性能也远优于Q235钢。

同心双锥型高含水油水两相管式旋流分离特性

针对常规切向入口旋流分离器处理高含水采出液效果较差以及分离效率受入口流速影响较大等问题,率先提出中心细锥体和外筒倒锥体的同心双锥型油水两相管式分离构造。综合高含水率、大处理量等因素综合作用,建立油-水两相分离Mixture多相流模型和流场RNG k-ε湍流模型,并采用SIMPLE压力-速度耦合算法对模型进行求解,依据求解结果揭示同心双锥型管式分离腔室内旋流场的动态分布状况,量化分析中心锥角度变化对油水两相管式分离效率的具体影响程度,探究油滴粒径、入口流速等参数对管式旋流分离性能的作用机制。结果表明,随中心锥角度不断增加,同心双锥型管式旋流分离效率呈现先升高再降低的变化趋势,最佳中心锥角度为82°;增大油滴粒径能升高油池聚集性,有利于提升分离性能,当油滴粒径由0.3 mm增至0.6 mm时,分离效率由85.6%提至94.5%;入口流速对分离效率的影响相对较小,当入口流速由5 m·s^(-1)提至11 m·s^(-1),分离效率仅由93.3%升至96.9%,流速相差6 m·s^(-1)时,分离效率仅相差3.5%。

西江航运堵点分析及对策

目前西江干线通道面临着下游不畅、中游梗阻、上游和支流不通不畅等问题,对于保障珠江内河水运健康发展带来较大影响。基于广西内河货运量发展特点和相关货运量预测结论,从航道通过能力角度,对西江航运干线及主要支流开展堵点分析,系统分析分区段的航道通过能力计算公式,并结合实际情况总结西江航运干线及主要支流堵点对应问题,从改善基础设施条件、提高运行维护管理水平、促进船型优化发展等角度提出对策建议,为政府部门开展行业管理、提高航运服务能力等提供技术支撑。

关于泊位通过能力失真的原因剖析及合理评估泊位服务水平的建议

沿海港口是我国交通市场化程度最高的领域,码头能力水平与市场经济运行息息相关。目前,沿海港口部分泊位实际完成货物吞吐量远超泊位通过能力统计值,呈现“超负荷”运行现象,一方面反映出现行能力统计方式的不适应性;另一方面“超负荷”运行是否带来生产安全问题也值得关注。立足保障重要战略物资海运供应链稳定、安全,支撑打造大宗货物战略储备基地,提升民生物资应急调配能力等要求,详细梳理了泊位通过能力的规范设计算法和现行统计规则,针对“超负荷”运行现象,重点分析泊位通过能力统计失真的原因等,提出了利用“泊位利用率”指标表征泊位能力的建议。为合理认识和研判码头通过能力,把握我国沿海港口实时发展、真实动态,实现合理决策、科学管理提供技术参考。

“双碳”目标下深圳国际枢纽海港集疏运体系优化研究

党中央提出碳达峰、碳中和、国家综合立体交通网规划等重大决策部署,交通领域势必要加快形成绿色低碳的运输方式。深圳市作为国内碳排放控制的典范城市,深圳港口集疏运体系面临着碳达峰的发展要求,贯彻新发展理念,为实现碳达峰奠定坚实基础,巩固国际海港枢纽的地位,破解港口交通集疏运快速增长给城市环境带来的运输组织问题尤为迫切。提出了碳达峰部署下的深圳港集疏运体系的优化方案,将形成以深圳港为枢纽,以专用铁路为骨架,以物流场站为节点的低碳运输体系格局,重塑了港口集疏运运输组织模式,实现联运流程无缝衔接、设施能力有效匹配,为深圳城市交通碳达峰作出贡献。

“沿海航道”定义内涵和空间范畴研究及相关建议

航道是支撑沿海港口发挥枢纽门户作用的重要配套基础设施,也是国家政府部门在规划、建设、养护等方面予以统筹支持的重要对象。随着我国国民经济和对外贸易的快速发展以及船舶大型化发展演变,我国沿海港口的航道建设规模也逐步提高,“沿海航道”称谓开始普遍使用,但其具体定义内涵、空间范畴划定标准等均未明确,进而也带来了行业管理方面的问题。详细梳理了沿海航道相关的规范定义,分析了沿海航道的发展历程,综合法律法规依据、各地实际管理情况等因素,提出“沿海航道”内涵定义与规划编制的建议,为深化认识和把握“沿海航道”空间范畴、科学制定沿海航道规划方案、支撑政府部门合理决策、科学管理等提供了技术参考。

新时期港口总体规划关键内容编制思路创新研究

港口总体规划属于国土空间规划体系中的专项规划,其核心作用是研究和明确港口资源空间开发与保护的合理方案,促进港口资源的有序开发和有效保护,并为自然资源部门开展国土空间规划、统筹协调相关行业的空间需求提供基础。《港口规划管理规定》《港口总体规划编制内容及文本格式》自2007年前后施行以来,有效指导了一批港口总体规划的编制工作。新的历史时期,国家及区域重大战略相继实施,国土空间规划体系、国家综合立体交通网等加速构建,均对港口总体规划提出了新的要求。以北部湾港、天津港等港口为例,对新时期港口总体规划的编制任务、研究思路、指导思想、规划原则、现状评价、性质功能、岸线利用、港区划分、功能分工、空间布局等内容均进行了有益探讨,结合时代要求,提出了上述港口总体规划关键内容的创新研究思路,为新时期更加与时俱进地编制港口总体规划提供技术参考。

基于FME软件的港口总体规划数据转换方法研究

原交通部于2006年印发《港口总体规划编制内容及文本格式》,明确了规划图纸的相关要求。港口总体规划图集是直观表现港口规划内容的手段,为满足港口总体规划图件绘制在“多规合一”新阶段下的要求,解决图集绘制中遇到的港口水域基础数据缺失、软件间数据转换等问题,提出基于FME软件的港口总体规划数据转换方法,利用FME将传统以AutoCAD为载体的港口规划数据准确无损地转换为GIS格式,以及将电子海图地理数据提取转化出来,使其弥补缺失的港口水域基础数据。经实际案例证明,基于FME的港口总体规划数据转换方法能满足港口总体规划图集绘制的新要求。

压力脉冲波法天然气管道堵塞检测研究

为快速检测出天然气管道堵塞位置、长度及堵塞程度,解决天然气输运管道中堵塞定位难题,探讨压力脉冲波法管道堵塞检测的可行性与效果。搭建长220 m的压力脉冲波堵塞检测实验系统,进行多组连续性长堵塞检测实验和水堵检测实验。结果表明:连续性长堵塞检测实验中堵塞前沿反射信号为负压波,堵塞后沿信号为正压波,且波形清晰可辩,其多组实验的堵塞位置、堵塞长度及堵塞率的平均检测误差分别为0.23%,0.75%和2.67%;水堵反射信号清晰可辨但波形复杂,其多组实验的堵塞位置、堵塞长度及堵塞率的平均检测误差分别为0.78%,9.61%和43.28%。实验结果有效地证实了压力脉冲法的可靠性与实用性,并为压力脉冲波法堵塞检测现场应用提供指导。

2021年世界交通运输大会水运学部会议 基于改进K中心点聚类的船舶典型轨迹自适应挖掘算法

针对目前船舶典型轨迹的挖掘多以轨迹段作为基本单元,导致聚类对象较为复杂且聚类参数难以确定的问题,本文提出一种基于改进K中心点聚类的船舶典型轨迹自适应挖掘算法。算法以轨迹点作为聚类对象,分析船舶的航速、航向特征并对轨迹点进行压缩;将分段均方根误差引入K中心点聚类算法,实现聚类参数的自适应选择;提取其中的聚类中心点作为轨迹特征点,得到不同类别船舶的典型轨迹。以天津港主航道船舶自动识别系统(automatic identification system,AIS)数据为例,基于地理信息系统平台ArcGIS实现聚类结果的可视化展示。实验结果表明,运用该算法得到的船舶典型轨迹与实际相符,自适应程度较高。研究结果对于辅助船舶轨迹异常检测及挖掘海上交通特征具有重要意义。