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。     

金塘大桥桥墩附近的海床冲刷

东起舟山市金塘岛的沥港镇,跨越灰鳖洋,西至宁波市镇海区新泓口的金塘大桥,为舟山大陆连岛工程的主体.大桥全长为18.5 km,海面桥墩近350个,桥墩附近海床冲刷深度主要包括因风浪和潮流引起的自然冲刷、因建桥使过水断面缩窄而产生的一般冲刷和桥墩阻水形成的马蹄形漩流引起的局部冲刷.河流上桥墩局部冲刷已进行过大量研究,建立了可供设计使用的桥墩冲刷计算公式,而金塘大桥位于灰鳖洋海域,作用水流为极其复杂的往复流,使海床局部冲刷深度难以利用现有公式进行计算,因此采用海域实测地形资料分析了桥轴线附近的海床自然冲刷,利用水槽正态模型试验模拟研究了桥墩附近的一般冲刷和局部冲刷.实测资料表明,该海域潮流流速大小与潮差有较好的相关关系,潮差越大,潮流流速也越大,而桥墩的局部冲刷深度也随流速的增大而增大,因此,选取潮差频率为300年一遇和10年一遇的特大潮分别作为运行期和施工期的潮流边界.桥位所处的海床较为稳定,故以最新的实测地形各桥墩处高程作为冲刷试验起始高程.试验初期桥墩附近海床快速下切形成冲刷坑,随后冲刷值迅速减小,海床渐趋稳定.研究表明,该大桥所处海域总体上趋于动态平衡状态,桥轴线东段微冲、西段微淤.运行期金塘大桥附近的海床自然冲刷,一般均在1.1 m以内,仅在主槽附近较大,约5 m左右.试验表明,潮流作用下桥墩附近的一般冲刷和局部冲刷均明显大于自然冲刷幅度,主墩最大局部冲刷幅度为14.4 m,引桥桥墩最大局部冲刷幅度为7.8～10.3 m;据此可得到桥墩附近海床的总体冲刷幅度和设计高程,不仅为工程建设、运行的安全性及经济性提供了坚实的技术支撑,而且可供其它海域建桥后桥墩附近海床的冲刷研究提供参考.     

Spoiler自埋技术特点及其在杭州湾海底管道运行情况分析

海底管道阻流板(Spoiler)自沉埋技术是一种新型管道自埋技术,为深入了解其作用机制及其效果,本文通过分析安装有阻流板的杭州湾海底管道历年检测资料,结合管道附近海域海床、潮流动力特性,深入探讨了阻流板装置在实际工程中的运行效果,分析了其作用机制及其适用条件。研究发现安装阻流板装置的杭州湾海底管道在往复潮流作用下逐渐埋入海床,其埋入段长度由2005年的50%增加到2013年的80%以上,而且平均埋入深度超过2.6 m,自埋效果较好;而在管道路由与海流平行段或管道敷设于抗冲刷强海床上时,阻流板作用不能有效发挥,管道仍然呈现裸露状态。     

海底管线作用下的泥沙休止角的试验研究

由于海底水动力环境的复杂性,海底管线破坏等问题日益突出,而海床的冲刷是管线破坏的一个重要原因。本文经对单向恒定流作用下的海底管线冲刷坑内泥沙动水休止角这一特征参数的理论分析和试验研究,得到其相关关系和变化规律,对进一步研究海底管线的防护技术有一定参考价值。     

埕北海域海底管线冲刷稳定性研究

根据埕北海域水下三角洲的工程地质条件和水动力条件,分析海底管线在两种铺设方式情况下的冲刷稳定性。第一种为埋置在一定土层深度处的管线：根据整个埕北海域海底长期冲淤变化规律,利用１９９２～１９９６ 年的实测水深资料得出的冲刷速率,推算出管线被冲出泥面所需的时间。第二种为裸露在海底的管线：根据海流对管线周围沉积物产生冲刷效应,冲刷达到一定程度时处于平衡状态,认为此状态下,海流在该点产生的剪切力等于形成可冲蚀海床沉积物的临界牵引力,据此计算出在管线周围冲刷的最大深度     

金塘大桥桥轴线优化及建桥对水流和航道的影响

金塘大桥跨越灰鳖洋,连接金塘岛沥港镇与宁波镇海新泓口,全长18.5 km,为舟山连岛工程的主体.该大桥工程所在海域潮汐为非正规浅海半日潮,历年最大潮差为3.67 m,多年平均潮差为1.91 m;潮流呈往复流特征,且基本平行于峡道走向.金塘大桥水域东侧微冲,西侧微淤,深泓摆幅较小,深槽稳定.在海床演变分析的基础上,运用数学模型进行了桥轴线的优化,由实体定床与动床模型探讨了建桥对水动力的影响.数学模型选用2002年3月和11月实测水文测验资料对模型进行率定和验证.物理模型选取中值粒径为0.2 mm的塑料沙作为动床试验的模型沙,选用2002年11月实测水文测验资料对定床模型进行验证,选用2002年11月和2003年4月两次水下地形资料对动床模型进行河床冲淤验证,验证精度均满足相关规范要求.研究结果表明,以推荐的方案建桥对桥位近区的潮位、流速与潮量的影响均较小.建桥后,下游高潮位有所抬高,上游高潮位有所降低;上游低潮位有所抬高,下游低潮位略有降低.由于桥墩的阻水作用,使该桥所在海域海流流速整体上略有减小,减小量一般在5%以内;桥墩间因海流集中使流速有所增加.建桥使主航道航深有所增加,桥位近区与远区分别冲刷0.6～0.8 m和0.1～0.2 m;西航道桥轴线近区冲刷0.4～0.5 m,远区淤积0.1～0.2 m.建桥对甬江口、金塘锚地、七里屿锚地均无明显的不良影响,对北仑港区基本没有影响.     

斜向波作用下斜坡海床上管线三维冲刷不均衡性研究

由于海床起伏不平,斜坡的存在必然改变波浪对管线及海床的作用特性,进而影响管线三维冲刷。基于波浪港池实验,考虑规则波的作用,采用中值粒径为0.22mm的原型沙铺设与波浪传播方向成45°夹角的斜坡,研究斜向波作用下斜坡上海底管线的三维冲刷特性。通过测量管线下方冲刷坑宽度和深度的差异,分析管线三维冲刷的不均衡性。实验表明:管线的存在使斜坡上的波高有所降低;斜向波作用下管线三维冲刷的不均衡性表现为深度不均衡性和宽度不均衡性,宽度不均衡性主要是管后淤积泥沙的后移引起的,周期对三维冲刷不均衡性的影响比波高对其的影响程度大;管线自深海向近岸延展时,随水深的减小,冲刷深度分为缓慢发展阶段和快速发展阶段。     

海底管线局部冲刷机理研究综述

局部冲刷造成的悬空是海底管线失效的最大诱发因素。对均流及波浪作用下铺设在海床表面管线的局部冲刷起动机理、临界条件以及2D局部冲刷机理、流—管—土耦合机理和3D局部冲刷机理等做了分析和总结。     

东海海底管道海流冲刷作用的影响因素探讨

依据以往多次东海海底管道检测成果资料,分析和探讨了形成海流冲刷作用的各种因素,可以归结为内部海洋环境和外部环境变化两大因素,以及这些因素可能对海底管道产生危害影响的程度,并总结了在长期的海流冲刷作用下海管的空间状态、海底受冲蚀的表现形式和海床冲淤变化,提出了今后检测和维护工作的一些建议.     

金塘水道冲淤变化分析

利用1935年、1962年、1987年和2004年4个典型年份的水深地形资料,通过建立这些年份金塘水道的数字高程模型,定量计算了不同时段海床平面冲淤和特征等深线位移的变化,并结合实测水文泥沙资料和南北两岸的水利水运工程布局,初步分析了冲淤变化的原因。结果表明,在1935—2004年的69年中,金塘水道的海床平面整体上以轻微冲刷为主,冲刷速率为2.3 em/a,而潮滩则表现为不断淤涨;水道冲淤在不同时段存在一定的差异,呈现由冲刷转向淤积的调整趋势,这种趋势可认为人为因素的作用大于自然环境因素的作用。     

防波堤建设对海底泥沙冲淤环境影响研究

以烟台八角海域为例,分别采用数值模拟计算与实测值对比两种方式分析评价防波堤建设对海底冲淤变化的影响。研究结果表明,防波堤建设导致研究区海底沉积物由原来的平衡状态转变为"浅水冲深水淤"的态势,冲刷及淤积速率均为0~0.06m/a。除构筑物附近等边界区域外,模型计算结果与实测泥沙运移趋势基本一致。     

威海靖海湾港区张家埠新港建设对泥沙冲淤影响预测分析

运用ECOMSED(水动力泥沙)三维模型模拟潮流、波浪(施加风)作用条件下威海靖海湾港区张家埠新港建设前后周围海域海底地形的演化,分析其冲淤变化.并利用冲淤平衡时波潮流共同作用下对海底的切应力与沉积物临界起动剪切力相等的原理,对新港建设后的极限冲刷深度进行预测.结果表明,在引堤透空段附近和防波堤端头冲刷较严重,50年一...     

海底输油管道底砂床冲刷机理研究

设计了海底输油管道水槽冲刷试验模型,研究了海底输油管道与砂床处于不同相对位置情况下床砂起动流速的变化,采用理想流体映射定理对其进行了理论分析,探讨起动流速变化规律。结合有限元数值模拟对试验进行细化分析,研究了海底管道底砂床砂粒起动的产生机理,根据研究结果将冲刷过程划分为五个阶段。阐明了海底管道暴露冲刷的危害性和实时监测的重要性。     

近50年来杭州湾七姊八妹列岛海域海床演变分析

七姊八妹列岛海域位于杭州湾南部的灰鳖洋内,除了岛礁周围局部存有深沟外,其余地区海床平缓.为了探究该海域海床演变情况,在了解杭州湾来水来沙特征基础上,分析了七姊八妹列岛海域的水动力、悬沙和底质分布特征.不同时期海图的对比分析表明,该海域近岸水深较小,人类活动频繁,围涂筑堤工程较多,一直处于淤积状态,属淤涨型岸滩,而离岸较远的海域,泥沙难于落淤而随潮反复搬运,基本处于冲淤平衡状态.1962～2008年这46 a间,七姊八妹列岛海域总体呈现与岸线走向一致的淤积、冲刷间隔分布的冲淤带.平均淤积厚度约2.2 m,淤积幅度约5.0 cm/a,大多数地方平均冲刷厚度约2.4 m,冲刷幅度约5.0 cm/a.这些特点与当地的水动力条件和泥沙沉积特性相一致.     

杭州湾北岸金山咀—龙泉港岸段近岸滩槽冲淤演变分析

以杭州湾北岸金山咀—龙泉港岸段边滩及海床为研究区域,利用1989—2014年实测及海图资料分析岸滩断面地形变化和岸段冲淤变化。结果表明:在该研究时段,岸段存在长期稳定的冲刷深槽;近岸海床的冲淤表现出“波动性”,5 m等深线(2014年)以浅区以淤积为主,5 m等深线以深冲淤更迭,1989年以来总体呈现冲刷态势。长江入海泥沙量变化为该岸段发生侵蚀/淤积的影响因子之一,台风大浪及海床侵蚀/淤积波的移动导致海床冲淤复杂化。     

地貌形态对海底管线稳定性影响的研究

以东方1-1平台海底管线路由区为例,多次对该路由区多波束测深、旁扫声纳、浅地层剖面、土质、海流及海底过程的原位监测调查数据和收集的波浪、海流等相关资料进行分析,得出,在水动力条件的作用下,海底会产生沉积物的侵蚀、搬运和沉积等过程,这些过程对海底地貌有重要的改造作用,会对管线稳定性具有重大影响。提出管线铺设需预先了解水下环境的动力条件的规律,识别沿拟定管线路由区可能存在的海床运动和波流冲刷的地质灾害,找到地貌形态对海底管线稳定性影响的原因。进而提出根据不同情况的解决对策,有效地减少地貌形态对海底管线稳定性影响。     

Indicators and impact analysis of sediment from the Changjiang Estuary and East China Sea to the Hangzhou Bay

Based on the historical evolution of the Hangzhou Bay, by making use of the conclusions made by the previous research workers and the integration of concrete data, five distinct impact indicators of the sediment from the Changjiang Estuary and the East China Sea to the Hangzhou Bay are summarized. Numerical calculation and analysis indicate that the scouring and deposition of seabed in the Hangzhou Bay are subject to the direct impact of the evolution of the Changjiang Estuary, and the growth and decline and the direction of the sandy bar at Nanhuizui give traces to the sediment transport between the Changjiang Estuary and the Hangzhou Bay. The transport of sediment from the Changjiang Estuary to the Hangzhou Bay occurs mainly in winter and spring seasons and the increase of the Changjiang River runoff and the decrease of sediment charge have caused scouring in the northern coast of the Hangzhou Bay and the seabed erosion along the frontal margin of the Changjiang River Delta.     

Indicators and impact analysis of sediment from the Changjiang Estuary and East China Sea to the Hangzhou Bay

Based on the historical evolution of the Hangzhou Bay, by making use of the conclusions made by the previous research workers and the integration of concrete data, five distinct impact indicators of the sediment from the Changjiang Estuary and the East China Sea to the Hangzhou Bay are summarized. Numerical calculation and analysis indicate that the scouring and deposition of seabed in the Hangzhou Bay are subject to the direct impact of the evolution of the Changjiang Estuary, and the growth and decline and the direction of the sandy bar at Nanhuizui give traces to the sediment transport between the Changjiang Estuary and the Hangzhou Bay. The transport of sediment from the Changjiang Estuary to the Hangzhou Bay occurs mainly in winter and spring seasons and the increase of the Changjiang River runoff and the decrease of sediment charge have caused scouring in the northern coast of the Hangzhou Bay and the seabed erosion along the frontal margin of the Changjiang River Delta.