东海平湖油气管道附近海域水动力特征及其对管道稳定性的影响

摘要

平湖油气管道是我国近海输送距离较长的油气管道，由我国东海平湖油气田平台至上海芦潮港和舟山岱山岛海域登陆，因其所处杭州湾及舟山群岛附近海域的潮流和波浪动力冲刷引发管道出露悬空风险问题备受工程技术人员的关注。短时期内的水动力特征对海底冲刷和管道稳定性的反映较为敏感。由于平湖油气管道实际海洋环境的复杂性和现场观测的不全面，有关平湖油气管道附近海域潮流和波浪对于管道海底冲刷过程的工程研究相对较少。因此，亟需进一步对平湖油气管道附近海域的潮流和波浪特征要素进行建模研究，分析水动力对海底管道稳定性的影响。
　　本文利用FVCOM海洋模式和SWAN海浪模式，对平湖油气管道附近海域的底层潮流流速、波浪特征要素（有效波高和波致底流速）进行数值模拟。利用所建立的波浪模型进行强风条件波浪特征要素分布的数值试验。同时，结合潮流和波浪数值模型的结果，预测强风条件平湖油气管道沿线附近海域极限冲刷深度。
　　潮流数值模型结果显示，冬季表层潮流较夏季有一定程度减小；底层潮流受外界因素影响较小，冬季和夏季空间分布并没有明显变化。底层潮流强流区出现在岱衢水道间海域。
　　波浪数值模型结果显示，波致底流速的空间分布城季节性分布，夏季波致底流速大于冬季，夏季因其偏SE向强风作用下，波致底流速在舟山群岛靠外海侧海域形成相对高值区。波浪数值试验结果也基本验证了模型的结果，舟山群岛靠外海侧海域在强风条件波致底流速高于其他区域。
　　利用数值模型的潮流和波浪参数，预测强风条件平湖油气管道附近海域极限冲刷深度。计算发现,平湖油气管道沿线极限冲刷深度预测高值区出现在舟山群岛靠外海侧KP85~KP100段、以及岱衢水道沿岸海域YKP1~YKP8段。其中，舟山群岛靠外海侧海域管道KP85~KP100段是由于波浪动力作用较强，在SE向强风条件冲刷深度较大，海底冲刷较为严重。岱衢水道沿岸附近海域YKP1~YK P8段由于潮流动力作用较强，波致底流被弱化，极限冲刷深度受强风风向影响较小。
　　结合近年来平湖油气管道现场检测结果，水动力作用下海底冲刷与管道出露悬空集中区域有一定的对应关系。结果表明，水动力冲刷作用是对平湖油气管道沿线海底冲刷、管道出露悬空有着重要影响，是影响平湖油气管道稳定性的可能机制。

目录

声明

第1章引言

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.3 本文的主要工作内容

第2章研究区域概况

2.1地理位置

2.2水文与气象环境

2.3地质环境

第3章数值模型构建

3.1潮流数值模式

3.2波浪数值模式

第4章水动力特征数值分析

4.1潮流

4.2波浪

4.3本章小结

第5章平湖油气管道沿线极限冲刷深度分析

5.1潮流和波浪作用分析

5.2强风条件极限冲刷深度计算

5.3本章小结

第6章水动力作用对平湖油气管道稳定性的影响分析

6.1平湖油气管道现状

6.2管道沿线海底面状况与水动力特征对比分析

6.3管道埋设状态变化与水动力特征对比分析

6.4本章小结

第7章总结与展望

7.1主要结论

7.2展望

参考文献

致谢