上海近海风电场桩群对潮流影响研究
近海风电场风机桩群布局对海域水动力条件的影响
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Ｈｙ ｒ ｕｉｓ Ｍｏ ｎａｎ Ｒｉｅ ｇｎ ｅｉｇ，Ｓｃ ｕ ｎＵｎ ｖ ｒｉ ，Ｃｈ ｎ ｄ ６ ０ ６ ，Ｃｈｎ ） ｄａ ｌ ＆ ｃ ｕ ｔｉ， ｖ ｒ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｉｈ ａ ｉｅ ｓｔ ｙ ｅｇｕ １０ ５ ｉａ
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中图分 类号 ：Ｐ ５ ；Ｐ ３ ．１ ７ １ ７１ ２ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ － ６ ８２０ ）２ ０ ０ － ４ ０ ３ ３ ８ （０ ７０ － ０ １０
Ｉ ｍｐａ ｔ ｆ ｙ ｕ ｆ ｌ ｏ ｐｓａ ｕｎ ａ ｉ ｎ ｆ ｒＯｆ ｓ ｏ ｅＷ ｉ ｄ ｃ ｏ Ｌａ ｏ ｔ ｅＧｒ ｕ ｓＦｏ ｄ ｔｏ ｏ ｆ ｈ ｒ ｎ ｏ Ｐｉ Ｐｏ ｒＧｅ ｅ ａ ｏ ｓｕ ｎ Ｈ ｙ ｏ ｎａ ｉ ｎｄ ｔｏ ｗｅ ｎ ｒ ｔ ｒ ｐｏ ｄｒ ｄｙ ｍ ｃＣｏ ｉｉ ｎｓ
海上风力发电整机的风、浪、潮耦合效应研究
海上风力发电整机的风、浪、潮耦合效应研究随着全球能源需求的不断增长和对环境污染的担忧，海上风力发电作为一种可再生能源技术逐渐崭露头角。
然而，作为一项新兴的能源产业，海上风力发电系统在海洋环境中的稳定性和可靠性仍面临一系列挑战。
其中一个重要的挑战是海上风力发电整机与海洋环境之间的风、浪、潮耦合效应。
风是海上风力发电的关键动力源，但海风具有高度的不确定性和变动性。
海上风力发电机组处于不断变化的风场中，其转子受到非稳态风力的作用，从而影响机组的输出功率和结构动力响应。
因此，准确评估海上风力发电机组的风场特性和风力变化规律对系统的设计和运行至关重要。
同时，海洋环境的波动对海上风力发电系统的稳定性和可靠性也有着重要影响。
海洋波浪是由风力、潮汐和地球自转等因素共同作用造成的。
这些波浪作用力直接作用于海上风力发电机组的浮体结构，导致结构的振动和疲劳。
因此，研究海上风力发电整机与波浪的耦合效应，包括波浪高度、波浪周期等参数的变化对系统的影响，对系统的设计和运行具有重要意义。
此外，潮汐是海洋中水位的周期性变化，也会对海上风力发电系统产生影响。
潮汐的涨落会改变发电设备的水下部分的水流速度和方向，从而对系统的能量转化效率和结构受力产生影响。
因此，研究海上风力发电整机与潮汐的耦合效应，包括潮汐涨落的幅度、潮汐周期等影响因素，对系统的设计和运行具有重要意义。
为了研究海上风力发电整机的风、浪、潮耦合效应，需要使用先进的数值模拟方法。
数值模拟方法可以模拟风、浪、潮汐与发电机组之间的相互作用过程，以解释和预测系统的响应和性能。
其中，风场模拟可以通过基于雷达、卫星和气象浮标等数据获取真实的风场数据，并结合大气动力学理论对风场进行模拟。
波浪模拟可以采用海洋动力学理论和数值模拟方法，模拟海洋中波浪的传播和反射现象。
潮汐模拟可以通过精确预测地球的天文位置和水文参数，从而模拟潮汐的周期性变化。
基于数值模拟的研究结果，可以评估海上风力发电整机在不同海洋环境条件下的性能和可靠性。
近海风力发电机桩基础的动力学分析
关
键
词： 风电机桩基础； 动力学分析； 数值模拟
中图分 类号 ： Ｕ ７ ． Ｔ ４３１
文献标 志码 ： Ａ
文章编 号 ： ０ ９ ６ ０ （ ０ １ ０ — ０ ７ ０ １０ — ４ Ｘ ２ １ ）３ ０ ８ — ５
随着我 国经济 的快 速发展 ， 源消 耗 量 日益 增 长 ， 统 的不 可 再 生 能源 出现 了供 不 应 求 的局 面¨ ． 能 传 因 此 ， 能资 源作 为清 洁 的可再 生 能源 得 到快 速 发 展 ， 海是 风 力 发 电 的理 想 场所 之 一 ． 风 近 近海 风 电机 组基 础 多采 用桩 基结 构 ， 风机 一 塔架 一 础组成 高 耸动力 结 构． 种结 构 面对 随 机变 化 的风 力及 波 浪力 ， 基 础 承 基 这 使 受 自上 部结 构传 递 的循环 水平 荷 载 ， 个低频 的循 环水 平 荷载会 加 大基础 的侧 向变 形 ， 当整 体结 构转 角超 这 而
第 ３期 ２ １ 年 ９月 ０１
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近海 风 力 发 电机 桩 基 础 的动 力 学 分 析
李 武
（ 中交第 三航 务工程勘察设计院有限公司 ，上海 ２０ ３ ） ００ ２
基 对 风机动 力特 性 的影 响等 问题进 行 了探讨 ． 动 力 荷 载作 用 下 ， 构位 移 和应 力会 产 生 复杂 变 化 ， 。 在 结 因 此 将有 限元 方法 引入 至桩 基础 水平 承载 力 与位移 、 角关 系 ， 定性 与 桩直 径 、 深 的关 系 及 大直 径 桩 与 土 转 稳 埋 之 间 的相互 作用 等力 学性 质 的研究 ． 同时 ， 过有 限元 方法 的研 究成果 修 正 了经典 ｐ ｙ曲线计 算方 法对 通 － 大 直径 桩 的侧 向位移 的影 响 ｌ］基 于前 人研 究 成果 和实 际工程 问题 ， 文对 大直 径钢 管桩 、 管 架和 高 桩墩 １． ２ 本 导
海上风电场的随浪运动特性分析
海上风电场的随浪运动特性分析海上风电场是以风能为原动力，利用无人值守装置采集风能、转换为电能并输送到陆地去使用的高科技产物。
海洋环境艰苦，风、浪、潮汐、海流等均会影响海上风电场的生产效益和安全稳定运行。
特别是随潮汐和波浪的变化而产生的摆动、倾斜、晃动等运动状态，不仅需要风电机旋转叶轮的响应速度和动态平衡能力，还需要电力系统、通讯设备、人员支持系统等部分具备相应的抗震、防爆、防水、抗腐等特性，确保整体设施的框架稳定、牢固和寿命长久。
1. 海上风电格局和设施布局海上风电场布局结构设计与选址是很重要的环节。
具体来说，有考虑风向、水文环境、沉积物类别、地形地貌、人为工程、机电设备系统、安全运维等多个方面。
风能资源丰富、风能密度高、水文流情形复杂、海岸线陡峭而拥挤、浅海深海交替等都是关键因素。
这里我们主要探讨海上风电设施的随浪运动特性分析。
2. 海上风电设施随浪运动的意义海上风电机组安装在风力螺旋桨轴上旋转的转子中，在船、艇、浮标、平台等海上设施上应运而生。
与陆地型比，海上风能潜力更大，可以实现更大容量、更高效率、更可靠、更经济的发电。
但与此同时，由于海洋环境丰富复杂，海上油气平台、支架、电缆、通讯中继，与海底电缆、管线、立坑、陆地接口等方方面面都存在着高强度的随波动荡的蠕变和疲劳等因素，容易引发设备失效和损伤。
针对此问题，准确的了解风电设施的随波动荡特性、制定合理的应对措施，是保障海上风电场安全稳定运行的关键。
随着海洋科技和装备技术的不断进步，将会有更多新技术被引入到海上风电工程中，如良好的主副结构设计、优质的风电叶片材料、高容量的海上高压输电电缆等。
3. 风电机组的随浪运动分析（1）随波动荡的变形特性风机塔筒、旋转部件、齿轮传动、功能部件、附件、电气部件等都与风力转换、机动装置、控制系统、数据记录和通讯系统等紧密关联。
大风、大浪、大潮、大雨等复杂环境时，风电机组整体的变形、死区、偏差、异常等问题容易出现，具有不可忽略的局限性。
海上风电机组施工中的波浪和洋流对施工影响研究
海上风电机组施工中的波浪和洋流对施工影响研究引言海上风电机组已成为可再生能源领域的重要发展方向，具有巨大的发展潜力。
然而，海上风电机组施工中的波浪和洋流等海洋环境因素的影响一直是该领域的挑战之一。
本文旨在探讨海上风电机组施工中波浪和洋流对施工的影响，并提出相应的研究成果和对策。
1. 波浪对海上风电机组施工的影响1.1 波浪对施工安全的威胁波浪是海上风电机组施工中最常见的自然环境因素之一，其对施工安全带来了巨大的威胁。
强风和高浪可能导致海上作业人员和设备的不稳定，增加事故风险。
因此，高度了解和准确预测波浪形成和传播规律对于提高施工效率和保障施工安全至关重要。
1.2 波浪对施工设备的影响波浪对海上风电机组施工设备的影响不容忽视。
不稳定的浪况可能对起重设备、施工船舶等设备的安全运行产生影响。
波浪还可能导致施工设备的疲劳损伤，减缓施工进度，增加维护和修复成本。
因此，合理设计和选择施工设备，提高其抗波浪能力，是确保施工顺利进行的关键。
2. 洋流对海上风电机组施工的影响2.1 洋流对基础施工的挑战洋流是海上风电机组施工中另一个需要考虑的重要因素。
洋流对于基础施工具有多重影响。
首先，洋流可能导致桩基施工的困难，增加施工难度和时间成本。
其次，洋流还可能使机组安装过程中出现偏差，进而影响机组性能。
因此，必须深入了解洋流的动力学特性，以便在施工过程中采取相应措施来应对洋流的挑战。
2.2 洋流对系统运行的影响洋流对海上风电机组系统运行的影响也不可忽视。
洋流可能影响风电机组的排列布局，导致机组之间的相互作用和影响。
此外，洋流还可能影响机组的定位精度，增加姿态控制难度，进而降低发电效率。
因此，对于洋流对系统运行的影响进行深入研究，并在设计和运行中加以考虑，对于提高风电机组的整体性能至关重要。
3. 对施工影响的研究成果与对策3.1 波浪和洋流的测量和监测技术为了更准确地了解波浪和洋流对海上风电机组施工的影响，研究人员开发了各种测量和监测技术。
研讨近海风机新型式基础的动力响应
研讨近海风机新型式基础的动力响应1.前言根据"十二五"可再生能源规划，未来5年我国海上风电将进入加速发展期。
与内陆风电相比，海上风电具有不占用耕地以及高风速、高产出等优势。
为了承受上部平台结构巨大自重及其设备所引起的竖向荷载、强风荷载和波浪冲击等，海上风电机组的基础远比陆上的结构复杂、技术难度高。
根据资料显示，海上风电基础成本约占整个工程成本的15%-25%，被公认为是造成海上风电成本较高的主要因素之一。
因此，设计和建设安全、合理且经济的近海风机基础成为开发近海风电资源的关键问题之一。
由于海上风机受到的作用荷载复杂，在对风机基础的强度设计时不仅要考虑多荷载组合后的极大值，而且应考虑动荷载下风机的动力响应特性。
当今国内外结构设计的发展趋势是应用可靠性理论、推行结构概率设计方法以取代传统的安全系数设计法。
在结构可靠性研究领域，经过世界各国学者的努力，已取得了非常多的研究成果。
因此有必要引入可靠度理论对风电基础的失效概率进行分析，这对保证其安全性有着极其重要的工程价值。
2针对风机本构关系的动力响应研究2.1针对不同基础形式的研究近海风机采用的桩基础广泛用于各个工程领域，其动力响应的研究要求对风机所处环境的荷载和本构关系进行等效模拟。
近年来专家学者针对风机不同的基础形式进行了一系列的研究。
对于不同的基础结构形式，其在荷载下的承载特性均会出现一定的差异，因此有必要针对不同基础形式选用合适的有限元模型。
刘琳[1]讨论了特定海区1.5MW风机单桩基础结构的动力和静力特性。
考虑海洋环境荷载，以及风机不同工况下的不同荷载，选择SESAM软件来建立有限元模型，计算结构在极端环境荷载下的静强度和屈曲，运用API规范中的工作应力法来校核结构的刚度、强度和稳定性。
郇彩云[2]选用四桩风机基础结构进行研究，采用软件ANSYS，考虑波流荷载和地震荷载，对结构进行静力分析、动力分析计算。
沈玉光[3]建立了海上风电同型基础结构体系的模型，把筒型基础和塔架连接的过渡段等效为大直径圆筒，针对风浪荷载，对该模型进行了动力响应分析，并对不同工况的荷载进行了组合。
海上风电场并网后的潮流计算研究
海上风电场并网后的潮流计算研究一、引言随着全球交通运输和工业的发展，能源需求与日俱增。
海上风电是一种新型的清洁能源，具有环保、可再生等优点。
它可以利用海洋中的风力发电，被广泛应用于欧洲、北美等地，为当地人民提供了清洁的电力。
但是，与普通电力搭电网相比，海上风电预先需要经过合格的潮流计算，以保障发改委的销售政策，同时保证风力发电的安全、稳定和可靠。
本文着重探讨了海上风电场并网后的潮流计算研究，对潮流计算的建模、数据处理、算法求解等进行了详细的介绍与分析，同时，基于目前主流的潮流计算方法，对海上风电场并网后的潮流计算进行了模拟研究，该研究将为中国的海上风电建设提供技术参考和支持。
二、海上风电场并网随着我国对可再生能源的加强投入，海上风电场作为风力发电的重要手段，得到了大力发展。
海上风电场的建设具有良好的环保、可逆属性，具备较高的技术利用价值。
海上风电场并网后，能够实现商业运营，并向市电送电，同时产生的电力可以满足当地人民的生活所需。
海上风电场并网后，需要采用潮流计算求解各节点的电压、电流、功率等电气参数，验证电气设备的合理性和稳定性，确保海上风电场在正常运行时的安全性和运行性，以确保风电发电量和输出功率的准确性。
同时，将海上风电场并入电网，可以提高电力供应的有效性和稳定性。
因此，发展海上风电场就成为海洋能源发展的一个新热点。
三、海上风电场电气建模电力系统是一个复杂的多元化动态系统，由交流电源、输电线路、变压器、开关设备、负载及各种充电设备等组成。
为了对电力系统的电气特性进行建模和计算，需要对电力系统进行抽象表示。
1、输电线路的建模输电线路通常是由多个相同或不同的串联组成，串联的输电线路可以看作一个电阻和电抗的并联。
考虑线路长度和电缆的影响，可将输电线路看作等效电路的传输线模型，这样可以更好地反应出电线的特性及电力系统的电气特性。
2、变压器的建模变压器是电力系统重要的设备之一，它通常用于补偿输电线路的电流和修正电压，通过变压器的升压和降压可以实现电力系统的电压与电气参数的调整。
海上风机对潮间带地形变化影响的定量遥感监测研究
2023年 第6期海洋开发与管理111海上风机对潮间带地形变化影响的定量遥感监测研究吕林1,2,张东3,陈艳艳1,2,张锋1,2(1.江苏省海域使用动态监视监测中心 南京 210017;2.自然资源部滨海盐沼湿地重点实验室 南京 210017;3.南京师范大学海洋科学与工程学院 南京 210023)收稿日期:2022-11-04;修订日期:2023-06-05基金项目:江苏省海洋科技创新项目 海上风电对江苏海洋资源生态的影响 (J S Z R H Y K J 202004).作者简介:吕林,高级工程师,硕士,研究方向为海域管理及资源调查摘要:为科学分析潮间带风电场建设对潮间带滩涂稳定性的影响,文章综述国内外潮间带动态变化分析的研究进展,提出假想沙体表面判别法(H S S D );从单时相D E M 中定量估算海上风机建设引起的潮间带地形变化,分析海上风机建设及运行对近海沙体地形冲淤变化的贡献率和贡献方式;采用增强型水边线法(E WM )构建多时相潮间带D E M ,开展潮间带滩涂冲淤变化影响海上风机安全性和稳定性的定量评估㊂实践应用证明,该方案可用于海上风机对潮间带地形变化影响的定量遥感监测㊂关键词:海上风机;潮间带;定量遥感;冲淤变化中图分类号:P 753 文献标志码:A 文章编号:1005-9857(2023)06-0111-06Q u a n t i t a t i v eR e m o t e S e n s i n g M o n i t o r i n g of t h e I n f l u e n c e f o r O f f s h o r eW i n dT u r b i n e sR e s e a r c ho n I n t e r t i d a l T e r r a i nC h a n ge s L Y U L i n 1,2,Z H A N G D o n g 3,C H E N Y a n y a n 1,2,Z H A N GF e n g1,2(1.S e aA r e aU s eD y n a m i cS u r v e i l l a n ta n d M o n i t o r i n g C e n t e ro f J i a n g s uP r o v i n c e ,N a n j i n g 210017,C h i n a ;2.K e y L a b o r a t o r y o fC o a s t a lS a l t M a r s h E c o s y s t e m sa n d R e s o u r c e s ,MN R ,N a n j i n g 210017,C h i n a ;3.D e pa r t m e n to f M a r i n eS c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g ,N a n j i n g N o r m a lU n i v e r s i t y ,N a n j i n g 210023,C h i n a )A b s t r a c t :T o s c i e n t i f i c a l l y a n a l y z e t h e e f f e c t o f o f f s h o r ew i n d f a r mo n i n t e r t i d a l b e a c h s t a b i l i t y,t h i s p a p e r s u mm a r i z e d t h e r e s e a r c h p r o g r e s s o f i n t e r t i d a l z o n e d y n a m i c c h a n g e a n a l y s i s a t h o m e a n d a b r o a d .T h em e t h o d o f h y p o t h e t i c a l s a n d b a n k s u r f a c e d i s c r i m i n a t i o n (H S S D )w a s p r o po s e d .T h e t o p o g r a p h i cc h a n g e st h a tc a u s e db y o f f s h o r ew i n dt u r b i n ec o n s t r u c t i o ni ni n t e r t i d a l z o n e w e r e e s t i m a t e d q u a n t i t a t i v e l y f r o m s i n g l e p h a s eD E M ,t h ec o n t r i b u t i o nr a t ea n dc o n t r i b u t i o n m o d e o f t h e e r o s i o n a n d d e p o s i t i o n c h a n g e o f o f f s h o r e s a n d b o d y t e r r a i n o f f s h o r e c a u s e d b y wi n d t u r b i n e c o n s t r u c t i o na n do p e r a t i o nw e r e a n a l y z e d .T h em u l t i t e m p o r a l i n t e r t i d a l z o n eD E M w a s b a s e do ne n h a n c e dw a t e r l i n em e t h o d (E WM ).I t c a r r i e do u t t h e q u a n t i t a t i v e a s s e s s m e n t o f t h es a f e t y a n d s t a b i l i t y o f o f f s h o r ew i n d t u r b i n e s d u e t o t h e c h a n ge of i n t e r t i d a l t i d a l f l a t e r o s i o n a n d d e p o s i t i o n .T h e p r a c t i c a l a p pl i c a t i o n p r o v e d t h a t t h e s c h e m ec o u l db eu s e d f o r t h e i n f l u e n c eo f112海洋开发与管理2023年o f f s h o r ew i n d t u r b i n e s o n i n t e r t i d a l z o n e t o p o g r a p h i c c h a n g e sw i t h q u a n t i t a t i v e r e m o t es e n s i n g m o n i t o r i n g.K e y w o r d s:O f f s h o r ew i n d t u r b i n e,I n t e r t i d a l z o n e,Q u a n t i t a t i v e r e m o t e s e n s i n g,E r o s i o na n da c-c r e t i o n0引言海上风电具有清洁低碳㊁靠近沿海地区用电负荷侧㊁消纳方便等优点,对于 双碳 目标实现的重要作用日益凸显,发展海上风电被视为我国能源结构转型的重要战略支撑㊂江苏近海海域广阔,海底地形平坦,近海潮间带和近海海域80m高度的平均风速约为7.5m/s[1],风能资源丰富,海上风能开发利用潜力巨大㊂江苏如东㊁大丰㊁东台㊁射阳和启东等沿海地区具备良好的风能资源开发利用条件,已成为我国海上风电发展的重点区域㊂海上风电发展在促进绿色能源发展的同时,风机建设不可避免地影响浅海的潮流运动和泥沙输运状态,不仅导致风机基桩周围产生侵蚀或沉积,而且对潮间带地形冲淤产生影响,进而可能影响潮间带的沙体稳定和生境变化㊂潮间带沙体的形态变化是长期㊁动态的调整过程㊂目前对海上风机建设引起的潮间带动态变化的分析主要采用海洋数值模型模拟方法[2],该方法根据假设的不同动力情境,给出初始状况和极限状况下风机引起的潮间带冲淤状态㊂例如:根据江苏华能如东潮间带风力发电项目的水动力模拟结果,潮间带风机现场的预计侵蚀深度为5.93~9.15m,冲刷坑的最大半径为12.64~17.90m㊂但数值模拟方法无法给出潮间带冲淤的实际状态及变化过程,从空间分析的角度来看,D E M为潮间带沙体的动态变化监测提供理想的解决方案[3-4]㊂对比水下多波束测深㊁航空立体摄影测量㊁L i D A R测量等方法,多光谱卫星遥感提供安全且高效的淤泥质潮滩D E M构建方法[5-6],通过对不同潮期遥感影像的水位线(代表陆海边界)时间序列进行插值,可利用常规的水边线方法快速构建潮间带沙洲D E M,并显示其表面起伏状态[7-9]㊂然而采用常规的水边线方法构建的潮滩D E M,无论是在滩涂地形细节的表达上,还是在解释小目标(如海上风机)引起的地形变化上,都存在一些不足㊂针对潮间带风电场建设对潮间带滩涂稳定性的影响分析,本研究提出假想沙体表面判别法,从单时相D E M中定量估计海上风机建设引起的潮间带地形变化,分析海上风机建设及运行对近海沙体地形冲淤变化的贡献率和贡献方式,并基于增强型水边线法构建的多时相潮间带D E M,开展潮间带滩涂冲淤变化影响海上风机安全性和稳定性的定量评估㊂1数据与方法1.1研究区及数据研究区为江苏蒋家沙㊁竹根沙(简称 两沙 )海域,位于江苏沿海辐射沙洲的核心区(图1)㊂ 两沙 海域位于以弶港为中心向东的分界线两侧,以北侧为主,沙体运动变化大,大型潮沟摆动明显㊂沿岸潮流呈现往复特征,泥沙呈现横㊁纵向运输㊂在潮流控制下,冬季潮滩侵蚀特征较为明显㊂辐射沙洲区域作为江苏岸外重要的巨型沙体,受沿岸水动力环境㊁人类活动等诸多因素影响,整体变化强烈㊂图1研究区F i g.1 T h eS t u d y A r e a根据影像数据质量以及影像成像时刻的潮位第6期吕林,等:海上风机对潮间带地形变化影响的定量遥感监测研究113情况,本研究收集2014年和2018年覆盖 两沙 海域的中高分辨率卫星遥感影像83景㊂影像数据类型为美国陆地卫星遥感影像数据L a n d s a t 8O L I (空间分辨率为30m )㊁欧洲哨兵卫星遥感影像数据S e n t i n e l -2(空间分辨率为15m )和国产G F -1号卫星重采样遥感数据(空间分辨率为16m )㊂1.2 实验方法1.2.1 风机点位从2018年的高分辨率卫星遥感影像中提取两沙 海域内84个风机的点位信息,这些风机点位分为8排,其中7排位于蒋家沙㊁1排位于八仙角(图2)㊂有49个风机点位同时位于2014年和2018年的潮间带区域,可用于定量分析风机建设对潮间带滩涂冲淤的影响㊂其他35个风机点位中,一部分2014年位于深槽,2018年位于潮间带浅滩,表明这些风机点位的地形发生明显的淤积;另一部分2014年位于潮间带浅滩,2018年位于深槽,表明这些风机点位的地形发生明显的冲刷㊂这种冲淤作用主要是由潮沟摆动和沙体移动造成的,因此这些点位可用于评估沙体动态变化对风机可能造成的影响㊂图2 2018年沙体及海上风机点位F i g .2 L o c a t i o no f s a n db o d y an do f f s h o r ew i n d t u r b i n e i n20181.2.2 评估方法潮间带滩涂上如果没有建设海上风电机组,在自然状况下,滩涂本身会产生沙体的平面位置移动以及沙体的垂向冲淤变化㊂但在海上风电机组建设后,潮流和波浪引起的水体粒子运动会受到显著的影响,因而风电机组建设本身也会对潮间带滩涂的冲淤产生贡献㊂通常情况下,风机桩基周围的流态表现为:①在风机基础的前方形成马蹄涡;②在风机基础的背流处形成涡流(卡门涡街);③在风机基础的两侧流线形成收缩(图3)㊂这种局部流态的改变会增加水流对底床的剪切应力,从而提高水流挟沙能力㊂如果潮间带是易受侵蚀的,水体挟沙能力提高的结果是在风机基础局部区域形成冲刷坑,导致在风机基础附近产生局部冲刷㊂图3 风机桩基周围流态F i g.3 F l o ws k e t c ha r o u n do f f s h o r ew i n d t u r b i n e f o u n d a t i o n 海上风电机组建设对沙体冲淤的附加影响是加快沙体冲刷或沙体淤积,可通过风机建设前后的风机点位高程与周围地形高程之间的对比来定量分析㊂为定量评估风机建设引起的滩面冲淤量,基于增强型水边线法(E WM )构建高精度潮间带D E M ㊂以遥感构建的2014年D E M 作为风机建设前的基础地形,以2018年D E M 作为风机建设后的实际地形,根据风机建设前后的地形变化对比,分析风机建设与地形冲淤之间的相互影响(图4)㊂主要计算方法包括2种㊂①单D E M 法,即用1个年份的D E M 计算㊂D 1为风机建设后T 2年的实际滩面高程,D 为无风机状况下T 2年的假想滩面高程,风机建设引起的滩面冲淤高度H =D -D 1㊂②D E M 差值法,即用2个年份的D E M 差值计算㊂H 1为风机点位在2个年度的实际滩面高程差,H 2为无风机状况下的假想滩面高程差,风机建设引起的滩面冲淤高度H =H 1-H 2(图5)㊂114海洋开发与管理2023年图4 D E M 地形F i g .4 T o p o g r a ph i c o fD EM 图5 风机点位冲淤分析F i g .5 F l o ws k e t c ho f t h e e r o s i o na n d s i l t a t i o na n a l ys i s a b o u t o f f s h o r ew i n d t u r b i n e无论采用哪种计算方法,计算风机建设引起的滩面冲淤高度的关键是得到T 2年无风机状况下的假想滩面高程㊂假定在没有风机的情况下,风机点位的地形变化用点位周围地形的平均值代替,可以风机点位为中心,取不同窗口尺度(R 1,R 2,,R n ),并求取各窗口内D E M 高程的平均值,即该风机点位在无风机状况下的假想滩面高程㊂由于 两沙 海域现有风机之间的最短距离约为480m ,平滑处理窗口尺度不应大于480m (图6)㊂图6 无风机状况下假想滩面高程的计算方法F i g .6 C a l c u l a t i o nm e t h o do f e l e v a t i o no f h y po t h e t i c a l b e a c hs u r f a c ew i t h o u t o f f s h o r ew i n d t u r b i n e1.2.3 判定标准以年均滩面冲淤高度作为判定标准,判定冲淤强度等级㊂根据遥感D E M 模拟误差㊁ 两沙 海域潮间带平均高程变化范围以及潮间带高程标准差,以40c m 间隔作为分级指标(表1)㊂表1 冲淤强度等级T a b l e 1 E r o s i o na n d s i l t a t i o n i n t e n s i t y gr a d e c m冲淤强度等级判定标准强侵蚀H <-60弱侵蚀-60ɤH <-20平衡-20ɤH <20弱淤长20ɤH <60强淤长H ȡ602 实验结果2.1 单D E M 法以遥感构建的2018年 两沙 海域D E M 为基础数据,计算各风机点位在不同窗口尺寸下的平均假想滩面高程㊂根据不同窗口尺寸下假想滩面高程的互相关分析,制作互相关关系拟合曲线㊂随着参与假想滩面高程计算的D E M 网格数量的增加,各尺寸窗口的相关系数呈幂函数关系下降,其中120m 和150m 窗口的相关系数处于互相关关系曲线的第一个极小值点位置㊂到240m 窗口的相关第6期吕林,等:海上风机对潮间带地形变化影响的定量遥感监测研究115系数有所增加,然后300m和480m窗口的相关系数又呈幂函数关系下降㊂总体来看,小于150m窗口计算得到的假想滩面高程之间的相关系数大于0.8,整体相关性很高㊂考虑到窗口尺寸越大,地形平滑效果越明显,从而降低风机基桩小范围的微地形起伏效应,因此选择120m作为风机点位假想滩面高程的最大计算范围,取45~120m窗口的平均滩面高程作为无风机状态下的假想滩面高程是合理的方案㊂此外,海上风电风机的单机用海直径与120m相近,此窗口尺寸具有一定的参考价值和实际应用价值㊂2.2D E M差值法利用遥感构建的2014年和2018年 两沙 海域D E M为基础数据,分别计算各风机点位在不同窗口尺寸下的2014年平均实际滩面高程和2018年的平均假想滩面高程,从而得到各窗口尺寸下2个时相的平均滩面高程差㊂制作不同窗口尺寸下平均滩面高程差的相关曲线,并以45m窗口的相关曲线为代表进行拟合㊂相关系数随着窗口尺寸的增大以幂函数的方式递减,在小于120m的窗口尺寸下相关系数均大于0.8㊂相比之下,D E M差值法在75m和120m窗口下的相关系数振荡性稍大于单D E M法㊂2.3模拟结果对比经对比,2种计算方法的模拟结果显示高度的一致性㊂个别风机点位(如J J S-4-4)正好位于2014年D E M和2018年D E M的边缘(图7),导致在75m和120m窗口下的假想滩面高程计算结果与其他窗口尺寸有较大差别,从而造成D E M差值法计算的风机建设引起的滩面冲淤高度偏大㊂图7J J S-4-4风机在不同年份D E M上的位置F i g.7 L o c a t i o n i nd i f f e r e n t y e a r sD E Ma b o u tN o.J J S-4-4o f f s h o r ew i n d t u r b i n e综合来看,在绝大多数风机点位上,2种计算方法得到的滩面冲淤高度模拟结果非常接近,表明2种方法的计算具有稳定性㊂但当2个年份地形变化较大,尤其当风机位于潮沟边缘区或滩面潮沟摆动区时,D E M差值法模拟的滩面冲淤高度偏大㊂因此,在研究中应选取单D E M法的模拟结果,作为分析风机建设引起滩面冲淤变化的基础数据㊂3结果分析根据单D E M法的模拟结果,本研究统计 两沙 海域潮间带由风机建设引起的滩面冲淤情况㊂在49个潮间带风机点位中,4个风机点位为强侵蚀,5个风机点位为弱侵蚀,36个风机点位为冲淤平衡,4个风机点位为弱淤长(图8)㊂图8风机建设引起潮间带滩面冲淤强度等级的空间分布F i g.8 S p a t i a l d i s t r i b u t i o no f s c o u r i n g a n d s i l t i n g i n t e n s i t y g r a d e s i n i n t e r t i d a l z o n eb e a c hs u r f a c e c a u s e db y o f f s h o r ew i n d t u r b i n e c o n s t r u c t i o n116海洋开发与管理2023年引起滩面强侵蚀的风机均位于潮间带滩涂的小型潮沟内,潮沟两侧的滩面高程基本属于潮间带高程的最高位置,风机所在的潮沟下切较深,且与周围滩涂的高差较大㊂引起滩面弱侵蚀的风机所在的潮沟相对宽平,且与周围滩涂的高差不大㊂由于潮间带滩涂具有快速动态变化的特性,滩面小型潮沟一直在生成㊁消亡和摆动,对风机稳定性的影响较小㊂滩面冲淤平衡的风机基本位于潮间带的非潮沟区域,平均滩面冲淤高度为1.08c m,滩涂地形起伏不大,风机基桩对滩面水流阻滞以及水流携带泥沙输运或落淤的影响较小㊂引起滩面弱淤长的风机主要位于潮间带高程的较高位置,且周围滩涂相对较低,可见风机基桩的存在使风机点位滩面小幅淤高㊂4结语本研究提出假想沙体表面判别法,从单时相D E M中定量估计海上风机建设引起的潮间带地形变化,分析海上风机建设对近海沙体地形冲淤变化的影响,并基于增强型水边线法构建的多时相潮间带D E M,开展潮间带滩涂冲淤变化对海上风机安全性和稳定性影响的定量评估㊂研究结果表明: 两沙 海域大部分风机建设引起的滩面冲淤高度为-20~20c m,处于冲淤平衡状态,仅有不到20%的风机点位发生侵蚀㊂在风机建设初期,风机机组对潮间带冲淤的影响总体不大,但风机建设引起潮间带冲淤的累积效应还需要进一步的长期跟踪监测㊂参考文献(R e f e r e n c e s):[1]张云,景昕蒂,崔丹丹,等.江苏省海上风电用海项目调查[J].海洋开发与管理,2018,35(10):94-97.Z H A N G Y u n,J I N G X i n d i,C U ID a n d a n,e t a l.T h e s i t u a t i o no f o f f s h o r e w i n d p o w e r i n J i a n g s u P r o v i n c e[J].O c e a nD e v e l o p m e n t a n d M a n a g e m e n t,2018,35(10):94-97.[2]H E N D E R S O N A R.H y d r o d y n a m i c l o a d i n g o no f f s h o r ew i n dt u r b i n e s[M].N e t h e r l a n d:T U D e l f t,S e c t i o nW i n dE n e r g y,2003.[3] R Y UJH,K I M C H,L E E Y K,e t a l.D e t e c t i n g t h e i n t e r t i d a lm o r p h o l o g i c c h a n g e u s i n g s a t e l l i t ed a t a[J].E s t u a r.C o a s tS h e l f S c i.,2008,78(4):623-632.[4] S A L AM E H E,F R A P P A R T F,A L MA R R,e ta l.M o n i t o r i n gb e ac h t o p o g r a p h y a n dn e a r s h o r e b a t h y m e t r y u s i n g s p a c e b o r n er e m o t es e n s i n g:a r e v i e w[J].R e m o t e S e n s i n g,2019,11(19):2212.[5] Y A N G K a n g,MA O L i a n g,L I M a n c h u n,e ta l.Q u a n t i t a t i v ea-n a l y s i s o f t h ew a t e r l i n e m e t h o df o r t o p o g r a p h i c a lm a p p i n g o f t i d a l f l a t s:a c a s e s t u d y i n t h eD o n g s h a S a n d b a n k,C h i n a[J].R e-m o t eS e n s i n g,2013,5(11):6138-6158.[6] K L E M A S V.B e a c h p r o f i l i n g a n dL i d a rb a t h y m e t r y:a no v e r v i e ww i t h c a s e s t u d i e s[J].C o a s t.R e s.,2011,27:1019-1028. 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潮流作用下风电塔单桩基础冲刷数值模拟
第36卷第6期2020年12月Vol.36，No.6Dec.2020结构工程师Structural Engineers潮流作用下风电塔单桩基础冲刷数值模拟唐冬玥赵鸣*（同济大学土木工程学院，上海200092）摘要近海潮流的往复作用会造成近海风电塔单桩基础土体冲刷，影响风电塔性能，而目前的研究对于双向流下风电塔单桩基础的冲刷机理认识不清。
本文考虑了流动变向，采用RNG湍流模型，根据水流作用下泥沙起动、搬运和沉积方程建立了双向流下单桩基础三维冲刷数值模型。
将计算结果与蒋家沙单桩基础风电塔冲刷深度现场观测对比验证，在此基础上进行参数分析和冲刷深度公式推导。
研究结果表明在流体变向后初期冲刷的作用表现为转移最大冲刷深度的位置，且本文提出的冲刷深度计算公式适合于计算双向流下近海单桩基础风电塔冲刷深度。
关键词潮流冲刷，冲刷公式，风电塔，单桩，双向流Numerical Simulation on Scour around Monopile Foundation of WindTurbine under Tidal CurrentTANG Dongyue ZHAO Ming*（College of civil engineering，Tongji University，Shanghai200092，China）Abstract The reciprocating action of the offshore tidal flow takes away the soil around the monopile foundation of offshore wind turbine，which is harmful for wind turbine operation.However，the scouring mechanism around monopile foundation of offshore wind turbine under bidirectional flow is not clear in existing research.In this paper，considering the flow direction change，by RNG turbulence model and equations of sediment entrainment，transportation and deposition，a three-dimensional numerical model of scour around monopile foundation under bidirectional flow was established.The calculation results are verified by on-site measurement of the scouring depth around monopile foundation of wind turbine in Jiang Jiasha，and the parameter analysis and the scouring depth formula are derived on this basis.Results show that in the initial stage after the fluid is reversed，the effect of scouring is to shift the position of the maximum scouring depth. Moreover，formula proposed in this article is suitable for calculating the scouring depth of offshore monopile foundation wind turbine under bidirectional flow.Keywords scour under tidal current，scour formula，wind turbine，monopile，bidirectional flow0引言风能已经成为当今最具规模化发展和商业化前景的可再生能源，海上风力发电受到了广泛的关注。
近海风电场的规划与利用研究
近海风电场的规划与利用研究近年来，随着全球对可再生能源的需求不断增加，近海风电场作为一种潜力巨大的能源利用形式，受到了广泛的关注。
本文将探讨近海风电场的规划与利用研究，介绍其背景与现状，并探讨相关的挑战和潜在机会。
1. 背景与现状近海风电场指的是安装在近海水域的风力发电设施。
相比于陆上风电场，近海风电场具有以下优势：首先，近海风速较高，风能资源更加丰富，可以提供更高效稳定的发电能力；其次，近海风电场可以避免土地使用问题，减少对陆地生态环境的影响；此外，在满足能源需求的同时，近海风电场还可以带动经济发展，促进当地产业升级。
目前，世界各地已经建设了众多的近海风电场，例如英国的“伦敦阵风电场”、德国的“泰姆登风电场”和中国的“东海风电场”等。
这些风电场成功地证明了近海风电的潜能及可行性。
2. 规划与设计近海风电场的规划与设计是其成功运行的关键。
首先，选址是关键。
选址需要考虑风能资源、水深、地质条件等因素，以确保风电场的发电效率和安全性。
其次，设备选择也是重要的一环。
高效的风力涡轮机和可靠的电力传输设备能够提高风电场的发电效率和可靠性。
最后，风电场的布局设计需要综合考虑风机间距、电网连接等因素，以实现最佳的利用效益和经济效益。
3. 环境影响与保护近海风电场的建设和运行既带来了绿色清洁能源，又对生态环境产生一定的影响。
因此，在规划和设计过程中，环境影响评估及有效的环境保护措施是必不可少的。
定期监测和评估风电场对海洋生态系统、水产资源和鸟类迁徙等的影响，可以帮助及时采取措施，减少负面影响。
此外，科学合理的风电场布局和设备设计，可以减少对海洋生态系统的干扰，保护海洋生态环境的完整性。
4. 经济效益与可持续发展近海风电场的建设和利用不仅能够提供清洁能源，还可以带动经济增长和可持续发展。
首先，风电场建设过程中会创造大量的就业机会，促进当地劳动力市场的发展。
其次，风电场运行过程中需要进行维护和管理，进一步刺激了相关服务业的发展。
海上风电大直径桩基设计研究现状剖析
1841 引言近年来，海上风能作为清洁、绿色、可再生能源而有着广阔的发展前景。
大直径单桩基础由于其承载力大、抗弯性能好、造价相对较低等特点在海上风电项目中广泛应用，在我国和欧洲海上风电基础建设中所占比分别高达65%和74%。
桩基基础结构性能直接影响海上风电大直径桩基结构整体的稳定性，而其中桩土相互作用问题和大直径桩基荷载传递机制的研究至关重要，至今还没有比较理想的承载力计算方法。
深入研究大直径桩基荷载传递机制不仅可以发展桩基理论，也可以满足工程界的建设要求。
本文从理论研究、数值分析和试验研究的方法分析了海上风电大直径桩基设计研究现状，为工程实际研究大直径桩基承载性状和桩土作用提供了极其重要的参考依据。
2 理论研究海上风电桩基础不仅要承受长期作用于风电机结构的永久荷载，基础服役期间作用在上面的活荷载，还要承受风荷载、波浪荷载、海流荷载、海冰荷载等更为复杂的环境荷载，如下表1所示；图1 海上风电机组受荷模型表1 海上风电桩基础承受的环境荷载荷载类型计算公式风荷载塔架风荷载：1海上风电桩基础承受的环境荷载：11201W F K K p A =⋅⋅⋅（1）风机风载：1海上风电桩基础承受的环境荷载：22W H F p A =⋅（2）波浪荷载1海上风电桩基础承受的环境荷载2124W D M D du F C Du u C dtπρρ=+（3）海流荷载1海上风电桩基础承受的环境荷载212D D CF C AU ρ=（4）海冰荷载1海上风电桩基础承受的环境荷载12ice e F m K K R b h=⋅⋅⋅⋅⋅（5）其中，K 1为风载荷性状系数，K 2为风压高度变化系数，p 0为基本风压，A 1为受风面积；p H 为作用在风轮上的气动荷载，A 2为受风面积[5]；C D 为垂直于构件轴线的拖拽力系数，C M 为惯性系数，ρ为海水的密度，D 为圆形构件直径，u 为垂直于构件轴向的水质点相对于构件的速度分量；U C 为设计流速，A 为单位长度构件垂直于海流方向的投影面积；m 为桩柱形状系数，K 1为局部挤压系数，K 2为桩柱与冰层的接触系数，R e 为冰块试样的极限抗压强度，b 为桩柱宽度或直径，h 为冰层计算厚度。
海上风电场可靠性分析及优化
海上风电场可靠性分析及优化随着人们对环境问题的日益重视，可再生能源逐渐受到关注。
其中，海上风电场作为一种新兴的可再生能源，被广泛研究和应用。
然而，海上风电场运行中存在的可靠性问题也引起了人们的关注。
因此，对于海上风电场的可靠性分析和优化至关重要。
一、海上风电场故障原因海上风电场的故障原因与其地面上的热电站有所不同。
海上风电场处于严峻的自然环境中，其维护和维修难度较大。
以下是海上风电场常见的故障原因：1. 电缆故障：海上风电场的电缆长期沉浸在海水中，易受海水的腐蚀和破坏。
电缆故障是海上风电场最常见的损坏类型。
2. 风机故障：风机是海上风电场的核心部件，其故障会严重影响风电场的发电能力。
风机故障主要有机械故障、电气故障和控制系统故障等。
3. 桩基故障：海上风电场的桩基深埋在海底，经常受到海水和海流的影响。
桩基故障主要有桩基腐蚀、桩身损坏和桩基移位等。
4. 雷电故障：海上风电场处于海面上，容易受到雷电攻击。
雷电故障主要有电线松动、绝缘破损和电路短路等。
二、可靠性分析方法可靠性是指设备在规定时间内能够正常运行的概率。
可靠性分析可以帮助人们了解设备的可靠程度及其潜在的故障原因。
以下是海上风电场可靠性分析的常用方法：1. 维修保养记录分析：通过对风电场的维修保养记录进行分析，可以了解设备的维修保养状况以及存在的问题。
从而有效地预测设备的寿命。
2. 故障模式与影响分析（FMEA）：FMEA方法可以帮助人们识别和评估设备故障模式及其影响。
通过对故障概率和影响进行评估，可以为设备的修复和维修提供依据。
3. 关键设备可靠性分析：对于海上风电场的关键设备（如风机和变压器），可以进行可靠性分析，以确定其失效概率和寿命，从而为设备维修和更换提供依据。
三、可靠性优化方法为了提高海上风电场的可靠性和安全性，需要对其进行优化。
以下是一些可靠性优化的常用方法：1. 维修策略优化：通过对不同设备故障概率、影响和维修成本进行权衡，可以制定合理的维修策略，提高设备的可靠性和效率。
海上风电单桩基础局部冲刷研究进展
海上风电单桩基础局部冲刷研究进展海上风电单桩基础局部冲刷研究进展摘要：现如今，我国的经济在快速发展的过程中，我国是新能源快速发展的新时期，风能作为一种绿色环保的可再生能源具有重要的应用前景，海上风力发电的研究受到广泛关注。
在波浪和潮流荷载作用下，会导致风电桩基周围土体发生局部冲刷，影响桩基的性能。
阐述了海上风电单桩基础局部冲刷的研究进展，综述了桩基局部冲刷的机理，总结了不同的平衡冲刷深度计算方法，对不同学者的模型试验、数值计算以及现场观测进行对比分析，探讨其中的不足并提出若干展望和思考。
相关研究成果显示结合现场观测数据和冲刷预测模型的海上风机单桩基础防冲刷设计是有效的。
关键词：局部冲刷;单桩基础;冲刷深度;耦合作用;海床引言近海波浪和水流两种海洋动力对海洋工程影响很大，更是海上风电基础局部冲刷的主要影响因素。
波流共同作用下局部冲刷研究认为，波浪与水流共同作用和水流单独作用建筑物冲刷形态大致相同，波浪作用非冲刷主要动力，其冲深比单独水流的冲深值略大。
潮流波浪造成风电桩基底床局部冲刷，进而影响风电桩基结构的稳定。
因此，对风电桩基进行冲刷及防护研究具有重要意义。
在海洋工程实践及国内、外研究中，最为常见的海底结构物防冲刷措施有消能减冲和护底抗冲两种。
消能减冲的措施之一是在基础上、下游设置防护桩群，折减流速，将冲刷坑位置前移，从而减小基础范围内的冲刷深度。
护底抗冲措施是利用抛石、沙枕、沙袋、软体排等结构对桥墩基础及周围进行防护。
本次设计防护措施即为护底抗冲措施。
通过正态物理模型对海上风电桩基局部冲刷情况及防护问题进行研究，在风电桩基局部冲刷的基础上进行防冲方案验证，为风电桩基冲刷防护提供技术支撑。
1海上风机单桩基础动力环境及冲刷分析海上的环境比陆地上要恶劣得多，与陆地上的荷载相比，海上的荷载主要是动力荷载，除地震以外，还有风、波浪、流甚至冰等水平荷载，因此海上风机的建设较陆上风机需要更为先进的工程技术给予支撑。
海上风机单桩基础桩形影响因素分析
1102022年2月上 第03期 总第375期工程设计施工与管理China Science & Technology Overview0.引言按照工程实践，国内设计单位对单桩基础选型、结构疲劳进行分析，大直径单桩建造厂，生产能力持续提升，可卷制最大桩径为9m，壁厚为100mm，单桩出运能力为2000t。
针对设计标准，单桩基础安装与运行期间，受到荷载变形影响，永久倾斜度小于0.5°。
单桩建造与施工技术进步，沉桩精度控制在3/1000内，为深水厂址放宽单桩你面转角限制，提供有利条件。
1.工程概况1.1 海洋水文条件工程海区，海平面平均高程0.5m，低水位为-1.55m。
按照勘察结果可知，泥面高程为-25.06m ～-29.17m，平潮水深为25.58m ～29.75m。
常浪向为东南向，浪向分布在东-南方位支架，海流主流方向为西南西。
工程海区域风向为东北、东南风，夏季主导风为偏南风，秋季以东北风为主，春季以东南风为主。
场址内部水深明显，表层土为淤泥质土。
1.2 工程地质风电场场区，距离岸边20km，面积广阔，无礁石、岛屿分布，水下地形平坦，为海积地貌。
按照区域地质、钻孔资料，风电场地层存在较多覆盖层，厚度由北向南逐渐增加。
分析勘探钻孔数据可知，场址内地层情况复杂度高，土层级配差，整体规律性不足。
1.3 风机概况海上风电场，发电机组单机额定容量为5.5MW，钢制锥筒式塔架，叶片长度为75.5m，叶轮直径为156.728m，轮毂中心标高100.2m，设计寿命为23年。
风机切入速度为每秒3m，切出速度为每秒25m，额定风速为每秒9m。
风轮转速范围为4.212.33rpm。
叶片、轮毂、机舱总质量为434t，中心位于塔筒法兰以上3.184m，塔筒轴线向轮毂方向5m。
2.优化单桩结构设计2.1 整体布设按照场内极端高水位、波高信息，明确平台底高程，深入分析外平台梁高，明确基础顶法兰高程，深入分析海区施工条件，施工窗口比较少，需要应用外平台爬梯，高度集成底层圈梁短套笼，沉桩后吊装焊接到桩体，电缆从桩体与泥面靠近位置开孔，锚固沉降后，吊装内平台[1]。
桩群阻力影响下的潮流数值模拟研究
1 前言 本文主要研究在潮流数值模拟中如 何考虑桩及桩群的
影响, 而不是研究桩及桩群阻力的形成机理。 数学模型与物理模型是目前工程中 最常用的两种模拟
手段, 有其各自的模拟方法和特点。作为一种研究工具和 方法, 各有其独立的科学体系, 均得到了迅速的发展。但 由于这两种手段都有一定的局限性和优 缺点, 而 这些优缺 点又有互补性, 即数值模拟的一些缺点恰好是物 理模型的
水流中, 当遇到桩基等阻碍物时, 即产生绕流阻力, 此 值可用下式表示:
26
P阻=
V2 2g
( 1)
上式中的 为阻力系数; 为垂直于水 流方向的桩柱投影
面积; V 为未受桩柱影响时之水流速度; 为水容重。
显然, 阻力系数与物体形状、水流速度、水深、桩面粗
糙度、河床糙率、水流雪诺数、佛劳德数等多种因素有关。
收稿日期: 2001-08-22 作者简介: 唐士芳 ( 1962-) , 男, 博士生, 上海国际航运中心办公
室港口规划处高级工程师。
优点; 而物 理模型的 一些缺点又 正好是数值 模拟的优 点。 本文为解 决桩基式码 头等水工结 构造成的 水流阻力问 题, 将物模与数模两者结合在一起, 利用水槽模型对三种截面 形式的单直桩、单斜桩、群桩横向排列、群桩纵向排列等 进行了 多种组合 试验。确定的阻 力系数用于 数学模型 中, 并在上海 国际航运中 心洋山港区 一期工程 中得到了应 用。 考虑到这一特点后的数值模拟流场计算结果表明: 能够更 真实地反映出工程后码头前沿区的水流运动特性, 为回淤 分析计算及减淤措施的研究提供了可靠的科学依据。 2 单桩及群桩阻力 系数的水槽试验
本试验共分四大组: Ⅰ单直桩试验; Ⅱ单斜桩试验; Ⅲ群桩横向排列试验; Ⅳ群桩纵向排列试验。各组试验水力特性为: 水深 h= 18～45cm; 流速为 V = 20～90cm/ s; 水流雷 诺 数 Re = ( 1. 0～4. 0) ×104; 水 流 佛劳 德 数 Fr = 0. 01～ 0. 36。 试验时采用的桩截面有三种: 圆形、正方形和正方形 转 45°( 以下简称正棱形) 。为了使垂直于水流方向的桩体 投影面积都一样, 试验中圆桩直径为 5cm, 正方形方桩边长 为 5cm , 正棱形桩对角线长为 5cm。 2. 1 单直桩试验 本试验采用了三种截面形式的桩, 即圆桩、正方形桩
海上风电风机基础桩土相互作用研究
海上风电风机基础桩土相互作用研究摘要：本文分析了海上风电风机主要作用，并对桩土作用基础理论进行全面阐述，海上风能属于绿色能源，最近几年受到人们广泛关注，由于海上风电基础结构经常受到风、浪等因素的影响，使得桩基稳定性无法得到保证，传统海上风电主要以单桩基础为主要形式，但伴随风机不断发展，发电功率不断增加，使得单桩基础结构直径不断增大，这就需要工作人员加强对风机基础桩土相互作用的研究，进而提高整体性能。
关键词：海上风电；风机基础；桩土；相互作用前言：在海上风电场建设过程中，地质条件较为复杂，给风机基础桩土建设带来较大困难，对于工作人员提出了较高要求，在这个过程中，不仅需要较多的投资成本，还需要有先进的技术、设备及人才，这样才能对桩土相互作用进行有效研究，因此，工作人员要不断提高自身技能，加大研究力度，进而提高海上风电基础承载力。
海上风电风机概述意义分析目前能源问题成为社会高度重视的主要问题，由于我国社会发展速度越来越快，对于能源的需求逐渐增强，使得能源危机的产生，在此情形下，海上风力发电起着至关重要的作用，与陆上风能相比，海上风力发电具有显著优势，其一，风能是一种绿色资源。
在对风电场进行建设时，所占土地面积相对较少，一方面不会给陆地资源带来较大浪费，另一方面不会给自然环境带来污染，并且海面风速相对较高，工作人员可以对风速进行充分利用，以此达到发电的目的。
根据调查结果显示，海面相对平坦，粗糙度相对较小，发电功率远比陆地上更高[1]。
其二，海面风速变化不大。
一般情况下，海面风浪起伏程度不明显，工作人员在对海上风机进行搭架时，不需要搭架较大的高度，这样不但能够节省人力资源，还能提高工作效率。
并且海面不容易出现气流现象，能够提高风机使用期限，进而提高经济效益。
其三，尽管海上风电施工具有一定难度，对于材料消耗量相对较大，但由于海上发电量较大，能够对风能进行充分利用，使得风能使用周期较长，大大提高了对风能的利用率。
海上风电打桩船运动响应分析
海上风电打桩船运动响应分析甘进;吴卫国;李旭坤;王旭【摘要】针对双体打桩船在海上打桩施工中的安全性问题，建立了打桩施工过程中风浪流作用下施工船及锚链的耦合系统数值分析模型，通过计算得到了频域及时域下船体的运动响应。
根据对施工环境条件及打桩垂直度要求，计算了打桩船多种施工工况下的运动响应，并对双体打桩船施工安全性进行了评价。
%In view of the safety problems of pile driving catamaran in pile driving at sea ,an analysis model is built to simulate the behaviors of the coupled system between hull and mooring under the condition of wind ,wave and current .The motion responses in both frequency and time domains are obtained .According to the requirements of environmental conditions and piling perpendicular degree in construction ,the values of motion responses for the pile driving catamaran are calculated under many kinds of working conditions ,and the construction safety of the pile driving catamaran is evaluated .【期刊名称】《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》【年(卷),期】2016(040)005【总页数】4页(P830-833)【关键词】海上风电;打桩船;垂直度;运动响应;数值计算;AQWA【作者】甘进;吴卫国;李旭坤;王旭【作者单位】武汉理工大学交通学院武汉 430070;武汉理工大学交通学院武汉430070;武汉理工大学交通学院武汉 430070;武汉理工大学交通学院武汉430070【正文语种】中文【中图分类】U674.32风力发电是近年来世界各国普遍关注的可再生能源开发项目之一，发展速度非常快.1997～2004年，全球风电装机容量年均增长率达26.1%.目前全球风电装机容量已达5 000万kW，相当于47座标准核电站.经过连续多年的高速增长，我国风电装机容量已居世界第1位[1].目前我国正在大力推动海上风电发展，将从以陆上风电开发为主向陆上和海上风电全面开发转变，目标是成为海上风电大国.满足为海上风电施工的不同需求，国家及各类涉风电公司研发和建造了多型用于海洋风电施工安装的先进装备[2].其中风电安装打桩船作为大型海上施工船舶，其安全性备受关注.传统的打桩作业流程为：(1)钢管桩浮运到指定施工地点；(2)钢管桩立管作业以及打定位桩，构建临时施工平台，保证桩体的垂直度；(3)在施工平台上进行打桩作业.采用双体船进行打桩相比传统打桩方法而言，其省去了打定位桩以及搭建施工平台的步骤，缩减了施工周期与成本.与普通单体打桩船相比，双体打桩船具有较好的稳性和操纵性，能较好的保证桩体的垂直度要求.海上打桩施工规范要求，打桩船施工期间桩体的垂直度偏差不得超过0.3%.桩体的垂直度主要受到船体运动的影响，如果打桩船在波浪中的运动响应过大，则不能进行正常打桩施工.在何种海况条件下可以进行施工作业，需要进一步计算.双体船在波浪中的运动响应的计算原理与普通的单体船计算原理是一样的，都是基于势流理论求解规则波下船舶六自由度的幅值响应算子RAO，再通过线性系统的分析方法以及频率特性得到脉冲响应函数并进行傅里叶变换，就可以得到船舶在规则或者不规则波下的时域运动响应.当前，国内外学者大多采用这种方法开展船舶波浪运动响应的研究.祁祺等[3]利用AQWA对FPSO系泊系统运动响应进行了数值模拟，给出各自由度方向上的一、二阶的运动响应结果，通过对比分析得到了较为合理的系泊方式，为工程应用提供了参考依据.陈鹏等[4]计算了半潜式平台水动力性能及系泊性能的计算分析，发现当环境力方向在60°附近时，平台的系泊缆绳张力和水平偏移最大，需要在系泊方案设计中引起重视.Lee等[5]基于脉冲响应函数理论，创建局部非线性切片理论，计算了双体船迎浪与随浪状态下的波浪动载荷，并与模型试验做了对比.文中以海上风电安装打桩船“华尔辰”号为研究对象，建立了船体和锚泊耦合系统模型，开展了耦合系统在不同波浪条件下的运动响应分析，以满足规范为前提，确定了可施工的海况，为海上施工的顺利开展提供了决策依据.双体打桩船“华尔辰”号的船舶主尺度见表1，根据打桩船的型线图、总布置图等资料建立双体打桩船几何模型，离散为面元模型，见图1.AQWA基于势流理论和三维二阶辐射/绕射切片理论计算水动力学系数[6].施工中所受环境力参数见表2.系泊缆绳的布置形式，见图2.系泊缆绳由锚链和锚绳构成，参数见表3.频域下幅值响应算子的计算因受网格限制和实际工程的需要，取0°～180°间7个浪向角，即每隔30°取一个浪向角，频率取0.1～0.294 Hz中的20个进行计算.海上风电施工中桩体的垂直度是保证海上风机基础施工质量的重点，故将影响打桩垂直度最敏感的船体纵摇与横摇响应作为计算分析对象.打桩船运动响应频域分析结果见图3.由图3a)可知，由于浪向角和船都是对称的缘故，计算得到的运动响应也基本呈对称分布，在波浪横向入射，即入射角为90°时，出现横摇响应的峰值，且频率为0.068 Hz(圆频率0.43 rad/s)，根据微幅波理论极浅水情况下有此时波长约为137.3 m，为低频情况下需避免的海况.入射波角度为90°为响应出现最大的位置也是合理的.由图3b)可知对于纵摇响应，顺浪与斜浪的时候响应最明显，而横浪的响应相比就为小值，也是合理的.纵摇响应在0.068 Hz(圆频率0.43 rad/s)出现峰值，与横摇响应相同，在频率为0.128 Hz(圆频率0.804 rad/s)每一浪向均出现尖点，且相较峰值来说不小，甚至有浪向为最大，这样的海况也是要避免的.图3c)～f)提取的均是附加质量矩阵与阻尼系数矩阵的主对角线上的值，对于横摇与纵摇分别是A44, A55, B44, B55.在低频和高频段，纵摇的附加质量A55小于横摇附加质量A44，在中频段横摇附加质量增加，出现峰值于0.204 Hz(圆频率1.28 rad/s).对阻尼系数而言，低频段时，纵摇阻尼系数增长很快，之后又迅速下降，最后趋于一个较小的值，而横摇阻尼系数则一直很小，高频段有两个频率发生了突变，由于文中研究的是双体船，长宽比较小，横稳性好，纵摇时的阻尼系数与附加质量较横摇时大的并不多，也反映出双体打桩船在保持垂直度时的优势.再对比横摇与纵摇，横摇时的附加质量与辐射阻尼变化规律类似，附加质量要比辐射阻尼大得多.纵摇时，附加质量大体上是随着频率增大而呈先下降再增长的趋势，阻尼则正好相反.由于本船在施工中钢管桩是直立状态，重心很高，在波浪、流与风入射方向相反时，不论是对纵摇或是横摇都是最不利的情况，所以根据频域计算得出的结论，即0°与90°存在对垂直度影响最不利的部分，针对这2种工况进行时域的模拟.施工中允许的垂直度偏差为0.3%，即0.17°，在时域模拟中，横摇、纵摇角度的幅值不大于0.17°为评价标准.本节对3种环境载荷工况下船舶的运动响应进行了分析.图4～6分别为环境载荷工况I、II、III的运动响应计算结果.环境载荷工况I时，见图4a)，波流沿船艏向船艉方向入射，而风作用与波流相反，由图4b)和图4c)可知，纵摇的运动响应是远大于横摇的，幅值为0.051°，此时纵摇响应最大且纵摇幅值远小于0.17°，满足打桩垂直度的要求.环境载荷工况II时，见图5a)，风浪和流均沿船舶横向入射，且风和波流方向相反，此时为对横摇响应最为不利的工况，由图5b)～c)可知，横摇响应幅值为0.278°，是超过了要求的0.17°的施工要求，可见此种海况条件不利于施工要求和安全，应尽量避免.环境载荷工况III时，见图6a)，该工况与环境载荷工况I类似，只是环境载荷作用的方向相反，此时仍然是纵摇不利的工况，最大纵摇角依然在安全的范围之内，而横摇响应则极小，可忽略不计.1) 根据海上风电打桩船“华尔辰”号的实际情况，计算了在给定波浪条件下的该船的运动响应水平.根据计算结果可知，双体打桩船在布置时应尽量使船艏迎浪，避免波浪横向或斜向入射.并且在施工时，应尽量避开波长大，周期长的波浪条件进行施工作业.2) 文中所采用的基于水动力软件分析AQWA的海上风电安装船运动响应数值分析方法，能用于评估海上风电施工方案的合理性和安全性；计算设计施工工况下的打桩垂直度以及分析恶劣工况下的打桩船运动响应等，为海上风电工程施工提供技术保障.【相关文献】[1]刘林,葛旭波,张义斌,等.我国海上风电发展现状及分析[J].能源技术经济,2012,24(3):66-72.[2]甘进,王旭,叶毅，等.一种海洋工程辅助施工装置：ZL201420701483.3[P].2015-04-08.[3]祁祺,张涛,文攀,等.基于AQWA的FPSO系泊系统响应数值模拟[J].舰船科学技术,2011,33(12):14-18.[4]陈鹏,马骏,黄进浩,等.基于AQWA的半潜式平台水动力分析及系泊性能计算分析[J].船海工程,2013,42(3):44-47.[5]LEE C M, JONES H D, CURPHEY R M. Predication of motions and hydrodynamic loads of catama-arns[J].Marine Technology,1973,10(4):392-405.[6]CHAN H S. Prediction of motion and wave loads of twin-hull ships[J].Marine Structures,1993(6):75-102.。
海上风力发电机组桩基技术发展现状与趋势(综述)
多桩混凝土承台
大部分地质条件，尤 其是小于
工成熟，桩基与上部 结构连接可靠。
悬浮式
适用于水深大于
建造费用相对便宜， 承载波浪载荷较小。
目前无风机应用经验，稳 定性是否满足风机要求的 专门研究。
海上风电机组的选择
海水的深度(m) 适合的基础结构类型
0-10
重力基础
0-30
单桩基础
>20
三脚架，导管架式基础
海上风力发电机组桩基技术发展现状与趋势（综述）
面临的主要困难
第一、基础结构设计受多种影响因素制约。主要பைடு நூலகம்括：
(1)水深的影响；
(2)海底土壤和海床的影响；
(3)环境载荷的影响； (4)建设方法的影响；
(5)风机运转时的振动频率对基础结构系统所允许的频率范 响。
围影
海上风力发电机组桩基种类
单桩式
大部分地质条件，尤 其是水深小于
结构简单，对海床平 整度无要求。
安装费用较高，退役后移 除困难，岩石地基施工难 度更大。 施工费用较高，非常浅海 域（如潮间带）海域打桩 船施工困难。 海上施工费用高，承台承 受较大的风浪载荷。
三脚架 多桩式（导管式）
大部分地质条件，尤 其是
适合较深的海域，对 海床平整度要求低。
总结 海上风力发电机组的下部基础形式比较复杂,应根 据海水深度和海域地质情况选取,而上部支撑结构 以锥筒式为主,其设计要点包括基础形式比选、循 环及长期荷载影响分析。 海洋风力发电机组装机容量较大,相应支撑体系庞 大,设计结构合理的支撑体系,对风力发电机的正常 运行至关重要。浮动式支撑体系作为深海区域一 种支撑体系具有一定的合理性。
谢谢
1.重力基础式
浅谈近海深水区海上风电施工方案及难点问题
浅谈近海深水区海上风电施工方案及难点问题发布时间：2021-07-23T06:51:46.433Z 来源：《中国电业》（发电）》2021年第7期作者：陈煊平[导读] 截至2018年11月，我国海上风电并网发电容量累计358万kW。
2020年，尽管受新冠疫情影响，全球海上风电新增装机容量仍然超过5.2GW，年新增装机再次创历史新高。
中国能源建设集团广东火电工程有限公司 510730摘要：海上风电工程是近两年我国电力行业主要开发内容之一，随着我国社会经济、科技、技术水平的不断提升，海上风电工程发展速度加快、装机规模不断扩大、风机功率不断在增加，对施工方案、施工过程的要求不断提高，如何克服海上风电施工难点，是当下需要思考的主要问题。
本文分析海上风电施工方案实施难点及其应对方法，提出了基于难点控制的近海深水区海上风电施工方案实施策略。
关键词；近海深水区海上风电；施工方案；难点；解决方法截至2018年11月，我国海上风电并网发电容量累计358万kW。
2020年，尽管受新冠疫情影响，全球海上风电新增装机容量仍然超过5.2GW，年新增装机再次创历史新高。
截至2020年底，全球海上风电累计装机容量32.5GW，比2018年底的数字增长了19.1%，中国凭借2.1GW的新增海上风电装机规模引领2020年增量市场。
截至2020年底，全球已投运海上风电场共162个。
随着海上风电项目的不断展开，近海资源逐步开发，项目往深水区发展的趋势明显，深水区海上风电施工难点问题愈发明晰，工作人员要根据海上风电实际情况，明确其基础施工难点问题，提出切实可行的解决方案，有序推进深水区海上风电施工进程，进一步开发风电能源，促进风力发电行业的健康发展。
一、海上风电施工方案实施难点及其应对方法以我国阳江某海上风电场项目举例，其位于广东省阳江市海域，采用四桩导管架结构，位于近海深水区，水深在36-52m之间。
地质条件较为复杂，工程打桩深度较大，且广东区域海况一般，近海施工作业窗口较少，海底地形较为复杂，项目的整体建设施工难度较大。
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式中：x、y为水平坐标轴(m)；u、v为x、y轴向流速(m/s)；t为时间变量(s)；g为重力加速度
-1-
1
(m/s2)；h为水深(m)；0为滩面高程(m)；为水流密度(kg/m3)；f为柯氏力参数（f=2sin， 为地球旋转角速度， 为纬度） ； xx、 xy、 yx、 yy为紊动粘滞系数(m2/s)； c为谢才系数(m1/2/s)， 采用曼宁公式确定[5][6]。
1.
引 言
近海风力发电作为一种占地少、无污染、具有可再生性等优势的发电方式，在很多国家
得到了广泛的应用，具有良好的发展前景。杭州湾北岸风力资源丰富，具有建设近海风力发 电场的优越条件，不过，风机墩柱的布置将会影响附近海域的水流和泥沙条件，需要开展相 关研究。 拟建近海风电场位于杭州湾北岸，紧邻长江口，水动力条件较为复杂，在建立潮流数学 模型时需要将杭州湾、长江口及临近海区作为一个整体进行研究 ，模型范围较大。在研究 工作中， 风机桩墩的模拟是潮流计算中的技术难点。 通常可将桩基用附加糙率和水下地形进 行概化，来反映对水流的影响
变化 (m) -0.132 0.030 -0.007
（m2/s）
30000 5000 1000
测点 16 工程前 工程后 (m) (m) 0.468 0.388 0.491 0.528 0.523 0.514
变化 (m) -0.080 0.037 -0.009
五，对周围海域影响理应较小，桩间不会造成明显的壅水作用。不同 取值情况下，工程前
4.
桩群布置对水流影响的分析
通过上述有关紊动粘滞系数取值的合理性分析，最后取 ＝1000m2/s进行上海风电场潮
流计算，探讨不同工程布置方式对附近海域潮流场的影响。其中，奉贤风电场桩群主要沿水 流方向布置， 沿纵深分布较大， 横向分布较小； 东海大桥风电场桩群主要垂直水流方向布置， 沿纵深分布较小，横向分布较大。
上海近海风电场桩群对潮流影响研究
王晓姝，张玮，廖鹏
(河海大学 海洋学院，江苏 南京 210098)
Email: wangxiaoshu@
摘要︰
本文以上海近海风电场工程为例， 在长江口、 杭州湾大范围二维潮流数学模型中直
2
接模拟小尺度风机墩柱，研究风机桩群对工程海域的影响。研究结果表明：墩柱附近的水流 模拟结果对水流紊动粘滞系数 的取值较为敏感，当 取1000m /s时模拟结果比较合理；桩 群沿水流方向布置（奉贤方案）比桩群垂直水流方向布置（东海大桥方案）对附近海域的影 响要大些。 关键词︰近海风电场；潮流数学模型；桩群影响；水流紊动粘滞系数
（a） =30000m2/s
(b)
=5000m2/s
(c)
=1000m2/s
图 5 不同紊动粘滞系数下大潮涨急单桩流态图 表 2 工程后大潮涨急时刻潮位壅高值
（m2/s）
30000 5000 1000
测点 11 工程前 工程后 (m) (m) 0.605 0.473 0.628 0.658 0.632 0.625
根据设计，桩基的尺度3.8m× 3.8m，间距650m× 500m，桩基所占海域面积不足十万分之
后大潮涨急时刻潮位壅高值的统计见表2，可以看出，当 取30000m2/s时，11点和16点潮位 当 取1000m2/s时， 11点和16点潮位分别变化0.007m和0.009m。 显然， 当 取30000和5000m2/s
分别变化0.132m和0.080m；当 取5000m2/s时，11点和16点潮位分别变化0.030m和0.037m； 时，工程前后潮位变化太大，说明紊动粘滞系数取值不合理；当 取1000m2/s时，工程前后
-4-
4
潮位略有变化，相对来说比较合理。
(a) 奉贤海湾附近
(b) 东海大桥附近
图 6 风电场工程前大潮涨潮平均流速等值线
(a) 奉贤海湾附近
(b) 东海大桥附近
图 7 风电场工程实施后大潮涨潮平均流速等值线 从图6至图7可以看出， 桩群对附近流场的影响与其布置方式有着密切的关系。 在大潮涨 潮期间，对于奉贤风电场，因桩群沿水流方向布置，位于上游的桩基类似于单桩，相互之间 没有影响，随着桩基纵深的增加，前、后桩体互相影响，产生遮流作用，影响程度越来越大， 范围也越来越广；原来互不干扰的两列桩群，其尾流影响区也逐渐重叠在一起。对于东海大 桥风电场，桩群垂直水流方向布置，由于桩间距较大，单桩过水断面较小，只是墩柱周围的
[4] [2,3] [1]
，其缺点是会造成桩基位置流速增加等失真现象。当然，
也可以将桩基直接概化为不透水单元， 优点是较为符合实际情况， 但由于模型尺度和桩基尺 度相差很大 ，网格精度往往难以直接表达桩基，尤其是在大范围的数学模型中这种矛盾更 加突出。 本文采用有限元方法建立包括长江口、 杭州湾及邻近海域在内的大范围潮流数学模 型， 同时利用网格逐步加密技术直接模拟小尺度风机墩柱， 克服以往在大范围海域中模拟桩 基的困难，并在此基础上研究分析近海风电场桩群对附近海域的潮流影响。
2.3
网格处理
利用有限单元法中网格剖分的灵活性以及能够以较少网格获得较高精度的特点， 对网格
合理加密，直接模拟风力发电机墩柱。将本次研究关心的发电机墩柱概化成3.8m× 3.8m的矩 形单元格， 并把单元格作为固边界； 对于东海大桥桥墩， 由于桥墩间距较小、 桥墩数量太多， 模型中难以逐个模拟，因此对桥墩采用概化的处理方法，依据阻水面积相等原则，将其概化 为23个20m× 60m的网格。所建数学模型范围内网格节点数55838，单元总数22942，详见图2。
（m /s） =30000 =5000 =1000
2
测点 11 2.315 2.566 2.564
（m /s） =30000 =5000 =1000
2
测点 11 0.643 0.890 0.975
测点 16 0.827 0.928 0.958
和0.009m，流速分别减少了8.7％和3.1％；当 从5000增大到30000m2/s后，11点和16点的潮 位分别降低了0.251m和0.227m，流速分别减少了27.8％和10.9％。显然，桩基周围的潮位、 流速数值随紊动粘滞系数而变，变幅随 逐渐增大。
由表1可以看出，当 从1000增大到5000m2/s后，11点和16点的潮位分别升高了0.002m
（a） =30000m2/s
(b)
=5000m2/s
(c)
=1000m2/s
图 4 不同紊动粘滞系数下桩群大潮涨急图 图4为 分别取30000、5000、1000m2/s时，大潮涨急时刻桩群附近水域流速等值线图。
-3-
3
可以看出，随着紊动粘滞系数的增加，桩群对附近海域的影响范围亦相应增大。由此可以得 出，有桩体存在的情况下，紊动粘滞系数取值对桩体附近区域水流影响较大，因此有必要对 其取值的合理性进行分析。
3.2 紊动粘滞系数取值合理性分析
有关紊动粘滞系数取值合理性的讨论主要从以下两个方面开展，一是根据桩基绕流现 象，二是桩基壅水程度。根据流体性的大小有关。当粘滞性较大（如层流）时，水流在迎水面上游较远处就产生分离，且 建筑物上下游的流线基本对称，随着粘滞性的减少（如紊流） ，分离点逐渐趋近于建筑物， 上下游流线不对称，而且在下游出现复杂的尾流漩涡现象。实际上，杭州湾中的潮流流速较 大，属于紊流流态，建筑物上下游的水流应具有不对称特征。图5为紊动粘滞系数分别取 30000、5000、1000m2/s时，大潮涨急时刻单桩附近流态图，由图可见， =30000m2/s时，桩 基上下游的流动较为对称，与层流现象较为相似，说明粘滞系数太大； =5000m2/s时，迎 水面的分流点有向桩基靠近的趋势，但距桩基仍然较远； ＝1000m2/s时，迎水面分流点靠 近桩基， 上下游流动的不对称现象明显， 基本反映实际的流动特征。 由此可见， 取1000m2/s 时的计算结果相对比较合理。
图 1 模型范围
图 2 工程区域网格
2.4
2.4.1
计算参数
糙率 计算海域的糙率是数值计算中十分重要的参数，与水深、床面形态、植被条件等因素有
关。根据各海域的不同特点，糙率n取值为0.010～0.018。 2.4.2 紊动粘滞系数 水流紊动粘滞系数是联系紊流脉动场和时均场的一个重要的物理参数[7]，其数值大小对 计算结果影响较大，拟专门对其进行讨论。
3.1 紊动粘滞系数对计算结果的影响
为了说明紊动粘滞系数对计算结果的影响， 分别取=1000、5000、30000m2/s时对奉贤 风电场工程进行计算， 分析比较各种情况下工程区域附近流场的计算结果。 取位于两排桩墩 之间的11测点和涨潮期间位于上游北侧的16测点进行比较 （详见图3） ，大潮高潮位和大潮涨 潮平均流速的计算结果详见表1。 表 1 大潮高潮时刻各点的潮位和大潮涨潮平均流速值 高潮位（m） 涨潮平均流速(m/s) 测点 16 2.287 2.514 2.505
2.2
模型范围
该模型北起吕四港 （32° 08'N， 121° 28'E） ， 东至123° 20'E， 南至石浦 （29° 12'N， 123° 20'E） ，
长江西临天生港（32° 02'N，120° 45'E） ，杭州湾上溯杭州（30° 15'N，120° 11'E） ，南北长约 327.5km，东西宽约158.9km，详见图1。整个外海开边界作为模型的水边界，由东中国海数 学模型计算提供。
3.
关于紊动粘滞系数取值讨论
对于二维数学模型计算，只需考虑平面水流紊
动粘滞系数 对数值模拟计算结果的影响。根据以 往经验，紊动粘滞系数取值一般为102～103m2/s[8]； 但对于应用有限单元法计算模拟建筑物附近的潮流 场来说，目前缺乏明确的合理取值范围和相关验证资 图3 分析水流紊动粘滞系数的布点 料，因此有必要对 取值进行合理性分析。