紧邻成山角的海域流速分布特征分析

“近岸高能环境调查”将是2000年海洋科学的重要研究课题之一。位于山东半岛顶端，深入黄海之中的成山角，素以水深流急，流向多变著称。对其附近海域海流能的开发与利用，历来为人们所瞩目。成山角地理位置独特(南侧水浅，东侧陡峻，北侧水下地形复杂，涡旋频频连接)，现场观测困难，因而其紧邻海域是否是我国近岸高能环境之一的问题，较长时期以来没有定论。 据估计，全球海洋蕴藏海流能约10亿kW。目前国外只有美、日等国进行海流能的利用研究。1972年10-12月，中国科学院海洋研究所首次在紧邻成山角的海域(离海岸距离约3n mile)作了专题调查。当时目的旨在为开发和利用成山角附近海域海流能提供初步的、但是可信的依据。 本文引用这次调查部分测站上的海流观测资料，试图从海流结构与统计特性两方面对紧邻成山角海域的流速和流向特性进行分析研究。本文分析选用了紧邻成山角的海域六个昼夜连续观测站的流速流向资料。这六个测站配置在成山角的北、东、南三个侧向上，每一侧向上各相对均匀地分布两个，分别以字母C2和C3(位于涡旋区)，D3和E2,以及E1和F1标识。这些测站离海岸最近的是C2站，最远的是E2站。测量按常规方法进行。     

悬沙浓度分布对鸭绿江河口流速结构的影响

对鸭绿江河口1994和1996两年两个站位共4个潮周期的数据进行了分析,通过流速对数剖面公式计算了边界层参数,并对各个潮周期内的边界层参数的变化规律进行了分析,同时也对悬沙输送可能对垂向流速结构以及边界层参数造成的影响进行了探讨,分析结果表明,正是由于悬沙分布的影响,打破了原有的温度、盐度、水体密度在水层间的分布格局,改变了原有水体的纵向密度梯度,除少数时刻对应的水体Rf值减小之外,水体的Rf值被普遍提高,并且分层稳定。应用改造后的Von karmen-Prandtl流速对数分布剖面公式,重新对原先公式计算的边界层参数进行了修正,修正后结果表明,u*、C100和τ分别比通过原公式的计算值平均减少了21%、56%和36%,而由于水体悬沙则使τ比在没有悬沙存在的情况下的τ值平均减少了22%。     

不同刚度植物杆群对规则波传播及紊动特性影响研究

以不同刚度硅胶圆杆群为概化植物模型,测定其抗弯弹性模量,通过波浪水槽实验,研究规则波在不同刚度植物杆群内的流速分布、紊动特征及不同刚度杆群的消浪效果。实验结果表明,当波浪通过柔性杆群时,受其摆动的影响,流速周期变化从单峰型逐渐转变成双峰型,杆群刚度越小形成的二次波峰越明显;不同刚度杆群内水体紊动强度变化显示,杆群刚度越大,造成杆群内水体的紊动强度越大;随着杆群抗弯弹性模量的增大,其消浪系数也增大,消浪系数的增长与材料的抗弯弹性模量值非线性关系,而是在某一弹性模量范围内,对消浪系数的影响较为敏感。     

PN断面黑潮流速垂直分布特征及机制分析

基于全球海洋再分析模拟GLORYS2(Global Ocean Reanalysis Simulation 2)结果,分析了PN断面(126.0°E-128.2°E,1 000 m以浅)黑潮流速垂直结构的季节和年际变化,探讨了黑潮流速垂直结构形成的动力学机制。结果表明:1)PN断面黑潮夏季流量最大,春季次之,秋、冬季节最小;气候态平均的冬、夏季流速最大值都位于次表层,春、秋季节流速最大值位于表层;夏季相对流速较大、最大值深度较浅;等密线在黑潮主轴区下凹,冬季更为明显。流速最大值深度和密度水平梯度为零的深度均表现出了较大的年际差异,该年际变化甚至超过季节差异;2)流速与密度符合热成风关系。黑潮通量由太平洋大尺度风场及中尺度运动两者共同决定,但局地的热通量和环流对温盐的输运共同影响密度场,调节黑潮流速的垂直分布,影响水通量的分配及营养盐输运;3)有些年份夏季流速最大值出现在表层,可能是夏季西南季风诱导陆架水离岸输运进入黑潮上层导致的结果。非线性、非地转物理过程的影响没有考虑在本研究中,热成风关系能够解释黑潮流速垂直分布形成的部分原因。     

流速和潮位变化对波浪在近岸区传播的影响

从射线理论出发,研究了在流速和潮位变化同时作用下,波浪在近岸区的传播过程,得到了波向线及其散开因子在该情况下的修正方程,并根据波作用量守恒的原则,求出了沿波向线波高变化的表达式。作为算例,首先对一简单地形区域波浪传播进行了计算,并和已有的成果作了比较;同时还应用本文理论模式对广西廉州湾海域的实际波浪传播进行了计算。计算结果表明,流速与潮位变化对波浪传播过程有明显的影响。     

不同流速和苗种规格对缢蛏平面流中间培育效果的影响

为了优化蛏苗集约化平面流中间培育技术,研究了不同进水流速和苗种规格对缢蛏中间培育效果的影响,并分析了集约化平面流中间培育系统的水质状况。结果显示,不同进水流速对缢蛏稚贝生长影响显著,稚贝生长速率随进水流速增加而增加,但成活率下降。通过流速与成活率和体质量日增生长量的线性回归分析,估算0.163L/s为适宜的进水流速。在适宜流速和相同放苗重量下,大规格苗种(8万粒/kg)生长速度显著高于小规格苗种(18万粒/kg),但因为小规格组放苗数量多,小规格组单位面积质量较其高出23.72%。除低流速组以外,平面流中间培育过程对叶绿素a和铵态氮有良好的去除效果,去除率分别达到36.99%和3.88%以上,这表明平面流集约化中间培育在利用海水池塘水体进行苗种中间培育的同时,也起到了池塘养殖水体的净化作用。综合认为,在养殖密度0.5kg/m²、流速0.163 L/s的培育条件下,可以保证水体自污染程度较低,缢蛏苗种生长较快,成活率在73.12%以上。     

温度、流速对中国蛤蜊吐沙净化的影响及效果评价方法研究

本研究在实验室条件下,以定量化口感测试和解剖法为评价方法,探讨不同温度和流速对中国蛤蜊吐沙净化的影响,并比较分析了两种评价方法可行性。实验设定14℃、18℃、22℃和26℃ 4个温度梯度,20 L/h、40 L/h、80 L/h、160 L/h和320 L/h 5个流速梯度。结果发现不同温度和流速对吐沙净化的影响不同,14℃和18℃时,流速对吐沙净化无显著性影响(P＞0.05),22℃和26℃时,流速对吐沙净化有显著性影响(P<0.05);14℃时,各流速的净化效果均不理想;18℃、22℃和26℃时,流速 40L/h下经4h~8h可达到较好净化效果。对两种评价方法进行比较表明,定量化口感测试评价方法能够较为准确的反映贝类泥沙净化效果,可以做为贝类泥沙净化效果的评价方法;通过解剖法获得贝类体内残余泥沙进行粒径分析,易受到非泥沙颗粒物的干扰,不能准确地反映贝类体内泥沙粒径与含量,在未对该方法进行进一步优化的条件下,不适宜做为吐沙净化的评价方法。     

流速对封闭循环水养殖大菱鲆生长、摄食及水质氮素的影响

在封闭循环水高密度养殖条件下(平均密度14.1 kg/m²±0.51 kg/m²), 设置4 个流速梯度(200, 400,600, 800 L/h,分别以A～D 组表示), 挑选相近体质量(200.3g±7.6 g)的大菱鲆进行42 d 养殖试验, 每个梯度设置3 个重复, 每个重复55 尾鱼, 研究流速对封闭循环水养殖大菱鲆生长、摄食以及水质氮素的影响。试验结果表明: (1) 大菱鲆(Scophthatmus maximus L)特定生长率、增质量率、摄食量随流速增大先快速上升后缓升趋稳, 饲料系数则相反。B、C、D 3 组特定生长率、摄食量分别显著高于A 组30.77%～52.31%、17.30%～22.05%; 饲料系数则显著低于A 组13.83%～22.34%; (2) 养殖水体中总氨氮、非离子氨及亚硝酸氮浓度随流速的增大先快速下降后缓降趋稳。B、C、D 3 组水质总氨氮氨浓度均显著低于A 组53.70%～79.07%; (3) 根据流速对特定生长率、水体总氨氮二者的影响, 得出养殖的生态适宜流速为625 L/h。再结合流速对水循环动力的影响, 得出养殖的生态经济适宜流速为480 L/h。     

温度和流速对细鳞鲑(Brachymystax lenok)幼鱼游泳能力的影响及其与呼吸代谢的关系

通过鱼类游泳代谢测定装置,研究了5个温度(4、8、12、16和20°C)水平下细鳞鲑(Brachymystax lenok)幼鱼的爆发游泳速度(BS)、临界游泳速度(UCrit)及其测定过程中的呼吸代谢率和不同恒定流速临条件下的最大续航游泳时间,并分析比较了幼鱼摄食与空腹状态下相关测试指标的差异,探讨了温度和流速对细鳞鲑幼鱼游泳能力的影响。结果表明,5个温度水平下摄食组和空腹组细鳞鲑幼鱼的BS不存在显著差异(P0.05),且各实验组的BS对温度均无依赖关系,其摄食组和空腹组的线性拟合方程分别为Y摄食=–0.0336x2+0.2424x+0.27(R2=0.929)和Y空腹=–0.045x2+0.317x+0.192(R2=0.9158);5个温度水平下,摄食组和空腹组细鳞鲑幼鱼的UCrit分别为:(0.42±0.0038)和(0.43±0.001)、(0.42±0.0038)和(0.46±0.0099)、(0.46±0.0025)和(0.47±0.0076)、(0.43±0.0081)和(0.43±0.0010)、0.47±0.0014和(0.48±0.0012)m/s,且随着温度升高和流速增大,摄食组较空腹组的呼吸耗氧率分别增加了17.80%(4°C)、32.24%(8°C)、19.39%(12°C)、39.39%(16°C)和19.48%(20°C);在最适温度条件下(16°C),不同测试流速对摄食组和空腹组细鳞鲑幼鱼的最大续航游泳时间存在显著性差异(P0.05),采用非线性拟合得到了8个测试流速与最大续航游泳关系的幂函数模型,由幂函数方程可知,最大续航游泳时间与测试流速呈负相关性,摄食组与空腹组存在显著性差异(P0.05),且随着流速增大,其最大续航游泳时间缩减剧烈。本研究认为,在设计大坝鱼道过程中应充分考虑不同温度条件和摄食条件下鱼类的爆发游泳速度和临界游泳速度参数,且如果考虑春秋季节细鳞鲑幼鱼上溯的有效通过率,那么鱼道的入口流速应小于0.65m/s,鱼孔处流速小于0.42 m/s。     

南四湖对鲁西南气温分布的影响

利用1981—2015年鲁西南25个气象站35 a整编资料及2015—2019年部分区域气象站逐小时数据资料,系统分析了鲁西南气温分布特征及南四湖在其分布中的贡献,揭示出：年平均气温在东南部湖区呈现出与南四湖东南—西北走向一致的暖舌,南四湖改变了气温通常的南高北低态势,使得鲁西南的月平均气温分布呈现出了东高西低型和过渡调整型;湖区是最高气温分布的低值区,最低气温分布的高值区,年气温日较差平均值偏小;相对于鲁西南同经度和同纬度区域,湖区的月气温日较差平均值和月气温日较差最大值均偏小,秋季差异最明显,夏季差异最小,气温日变化曲线较平稳,白天气温较高时段偏低,夜间气温较低时段偏高,日最高气温出现时间约迟1 h,在同一天气条件下,湖区气温日变幅总是偏小,不同天气条件下,日最高气温的差值和日最低气温的差值表现为晴天最大、阴天次之、雨天最小。     

A single mooring system with sag-extensibility and flexural rigidity applied to offshore platform

Floating platform system has been extensively used in ocean exploitation, particularly for a tension-leg platform (TLP) system in deep water. Most of the TLPs are multi-mooring systems, where multi-joints are connected to the tension-legs so that the platform is not allowed to twist freely and may subject to enormous force induced by large incident waves in the weak-direction of the structure. This study aims to exploit a single moored offshore platform system that may attract less force and can be operated with less effort. In our analysis, in addition to mechanical properties of the tether, two important properties are also taken into consideration for the single mooring tether with expanded cross sectional dimension and utilization of stronger material, namely, the sag-extensibility and the flexural rigidity. Finally, the dynamic structural behavior produced by the mechanical effects on the new system is investigated and compared with that of traditional design while the wave-structure interactions of large body are also accounted for. Our study finds that the neglect of sag-extensibility or the flexural rigidity of large, strong mooring cable may result in a conservative but not necessarily safe design.     

Study on a new mooring system integrating catenary with taut mooring

Analyzed are the merits and demerits of catenary mooring system and taut mooring system, which are commonly used nowadays. As falling somewhere between these two systems, a new mooring system integrating catenary with taut mooring is proposed. In order to expound and prove the advantages of this new system, the motion performance of a semi-submersible platform is simulated by employing full time domain coupled analysis method. A comparison of the result of new mooring system with that of taut mooring system shows that the movement of the platform using the new type mooring system is smaller than that using the taut mooring system, which ensures a better working condition. Furthermore, the new mooring system is also compatible with the characteristics of catenary mooring system, which eliminates the requirement of anti-uplift capacity of the anchors.     

FPSO软刚臂单点系泊系统定量风险分析

针对FPSO软刚臂单点系泊系统出现过的系泊腿失效及背向工况风险事件,以渤海某16万吨级FPSO为例,采用数值模拟的方法,计算FPSO及单点系统在百年一遇海况下的载荷效应,通过统计学方法拟合效应的概率分布,完成定量风险分析。对于系泊腿旋转失效后的风险,使用故障假设(what-if)方法,依据失效后果判断其风险权重。计算结果表明,系泊腿结构在正常情况下受拉失效的概率很小;系泊腿纵摆失效后导致的结果比横摆失效更为严重,风险权重更大。背向工况下,船艏与YOKE的间距要明显小于顺向工况,在设计时增大二者间距可有效减小碰撞风险。     

工程船锚泊移位系统的最优控制策略及拟静力分析

锚泊移位系统以定位准确，投资小，节省能源，操纵简便等优点在海上施工工种船中获得广泛的应用。本文分析了工程船锚泊移位系统的受力特点，提出了工程船锚泊移位系统的最优控制策略和锚泊移位系统的拟静力分析方法。并以8锚工程船锚泊移位系统的设计方案为实例进行了计算分析。     

一种新型Semi-Spar式海上风机平台系泊系统优化分析

参考英国的Kincardine风机采用的新式的Semi-Spar概念,结合spar式基础和半潜式基础的特点,提出了一种新式海上浮式风机平台模型,并基于三维势流理论,利用AQWA软件进行水动力计算,验证新式平台可靠性。分析了在风、浪、流荷载联合作用下,锚链竖向夹角、系缆数量对风机浮式平台运动性能和系泊张力的影响,对系泊系统进行优化,并验证极端工况下的可靠性。结果证明风机平台水平运动和纵摇运动幅值较小,但垂荡幅值略大,而通过减小锚链竖向夹角可以控制平台运动响应幅值,增加系缆数量可以同时减小系泊张力大小。计算结果证明了新型Semi-Spar式海上风机平台可行性,为浮式风机平台及系泊系统的设计提供参考。     

基于模糊Petri网络的FPSO单点多管缆干涉风险评估

FPSO单点系泊系统水下管缆众多,受环境等因素影响,管缆容易发生拉伸、扭转、弯曲和碰撞,引发干涉现象,危及工程安全.针对FPSO单点多管缆干涉风险,提出了基于模糊Petri网络的风险评估方法.首先,辨识风险因素来构建风险评估指标体系,并转化为模糊Petri网模型;其次,采用层次分析法确定风险因素的常权重,并引入模糊置信结构来提高专家主观评价的准确性;然后,将变权理论与模糊推理算法相结合来迭代求解库所可信度和状态矩阵;最后,以南海某内转塔式FPSO为例进行了风险评估.结果表明:该FPSO的风险评估等级为中等,环境与设备因素是影响管缆干涉的主要因素.通过风险排序结果对综合评估值较高的风险指标提出了风险控制措施,可有效降低管缆干涉风险发生的概率与危害.     

软刚臂单点系泊系统静力特性分析

软刚臂系泊系统是一种利用压载质量为浮式生产储油装置(FPSO)提供回复力的单点系泊方式。为快速准确地评估多铰接组成的软刚臂系统的受力状态,避免应用高复杂度的有限元软件,进而快速完成优化设计等任务,建立一种静力计算方法十分有必要。因此,针对由刚臂(YOKE)、柔性系泊腿和压载舱组成的刚柔多体系统,以分解组合的方式,提出一种二维静力计算方法,用以研究FPSO软刚臂系泊系统的静力特性。该方法主要依靠软刚臂的几何构型,在有限铰接约束下,形成非线性静力平衡方程,建立了压载舱式水上软刚臂单点系泊系统二维静力平衡计算算法。采用OrcaFlex、SESAM等软件开展了理论和数值对比分析,同时与系泊试验结果开展验证分析。对比结果表明,文中所提方法计算精度较高,可为软刚臂单点系泊系统的研究提供可靠支持。     

系缆损伤对绷紧式系泊系统动力响应的影响

探究合成纤维系缆损伤对绷紧式系泊系统响应的影响,具有重要的工程意义。通过高强聚乙烯(HMPE)缆绳损伤动刚度实验,获得其动刚度随损伤的演变规律。在数值计算上,借鉴并合理简化了前人提出的动刚度经验公式,通过处理实验结果确定动刚度经验公式的参数并进行验证。在此基础上,以一座采用高强聚乙烯缆绳为主体系缆的FPSO为例,将所得动刚度经验公式导入系泊分析软件,结合水动力分析,计算得到在相同海洋环境中,系缆发生不同程度损伤时,各系缆张力和平台偏移响应的结果。通过处理、分析所得的计算结果,获得合成纤维缆绳损伤演变对绷紧式系泊系统响应的影响规律,并据此为系缆更换提供了建议。这些成果既有利于把握绷紧式系泊系统的非线性动力响应,也对安全、经济、合理地运用合成纤维系缆具有重要意义。     

半潜式支持平台系泊系统的设计方法及应用

系泊系统是半潜式支持平台抵抗恶劣海洋环境作用、限制平台偏移、实现海上定位的重要设备,辐射状多点系泊是常用的布置方式。针对该平台系泊系统开展了设计方法和分析流程研究,阐述了系泊系统配置设计,包括系泊缆的数量、抛出长度、单根系泊缆的刚度、直径、破断负荷、定位锚的型式、最大抓力等;系泊系统的布置设计,包括系泊缆之间的水平夹角、系泊绞车、导缆器、定位锚的位置等;同时归纳风载荷、流载荷以及波浪慢漂载荷的常用估算方法;总结适用于该类平台系泊系统设计的规范要求。将上述方法和流程应用于某型半潜式支持平台系泊系统的开发和设计,采用系泊定位分析程序MIMOSA对该系统的定位能力进行分析,研究了系泊缆形状、夹角等参数随张力的变化特征,同时系泊缆按照船级社的规范要求进行衡准,反复调整和优化系泊系统的配置和布置方式,直至系泊系统满足要求,最终设计出较合适的系泊系统。相关方法、流程和结论为实际工程项目提供重要的设计思路。     

半潜式钻井平台复合锚泊系统组分配比优化设计

从提高锚泊系统收放时效性入手,提出了一种半潜式钻井平台复合式锚泊系统组分配比优化设计方法,旨在尽可能降低复合式锚泊系统的钢链配比长度,提高收放效率。结合锚泊系统设计参数,制定优化设计准则,建立优化分析流程,采用ANSYS-AQWA建立锚泊定位半潜式平台水动力分析模型,获得平台运动参数和锚链动力参数,对平台漂移量、锚链最小安全系数、走锚临界张力、锚链最小卧底长度和起锚力进行无量纲指标分析,并综合考虑张力倾角与预张力对优化结果的影响,获得复合式锚泊系统钢链与钢缆的最优配比关系,确定最优钢链长度为395 m,较原钢链长度缩短225 m,钢链收放时间降低36%,进一步提高锚泊系统收放时效性,并降低平台可变荷载。