CN100570068C

CN100570068C - 一种海底防侵蚀和促淤系统及其应用

Info

Publication number: CN100570068C
Application number: CNB2007100139226A
Authority: CN
Inventors: 阎军; 范奉鑫; 杨存; 黄健福
Original assignee: Jinming Petroleum Co ltd; Institute of Oceanology of CAS
Current assignee: Jinming Petroleum Co ltd; Institute of Oceanology of CAS
Priority date: 2007-03-17
Filing date: 2007-03-17
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2027-03-17
Also published as: CN101265696A

Abstract

本发明涉及海底促淤技术，具体地说是一种海底防侵蚀和促淤系统及其应用。海底防侵蚀和促淤系统为：为网状柔性框架结构的人工海草通过锚定系统固定在海底结构；其中所述人工海草具有柔性枝干，海草叶片为帘状结构，压缩串穿在柔性枝干上，形成串形可自然散开的片状结构，所述枝干的底部与连接在锚定系统上的柔性框架连接。所述锚定系统由一可以开和的弹性叶片、系有缆绳的支撑杆及桩杆组成，所述叶片顶尖部与支撑杆固接，整体呈现箭头结构，支撑杆与桩杆插接，支撑杆上系有的缆绳的自由端与柔性框架相连。本发明具有防侵蚀、促淤治理的效果更佳、结构简单，加工、安装方便，且成本低的特点。

Description

一种海底防侵蚀和促淤系统及其应用

技术领域

本发明涉及海底促淤技术，具体地说是一种海底防侵蚀和促淤系统及其应用。

背景技术

自上世纪80年代起，伴随着我国海底油气资源的开发，在近海海底陆续铺设了大量海底油气管线(海管)，因海洋环境的变化，特别是海底底流的变化，造成海管淘空部位的空间位置具有明显的变化，如进一步发展，有可能会造成海底管线完全悬空，从而危及管线的安全。

目前常用的保护方法有在管线附近的海底进行堆沙袋、抛放砾石、沥青沉床等。50m水深以内用堆沙袋的方法用来支撑铺设于海底的管线悬空段(参见图1)，最简单、也最节约开支，但北海海域的试验表明，传统的沙袋对于保护管线不受机械损伤效果不是很好。抛放砾石方法广泛应用于处理管线悬空问题，可以沿全部悬空段抛放，也可以在管线悬空段选择几个点点抛放砾石，形成砾石堆以保护管线，但是抛放砾石，在一定局部条件下，因石头发生沉降而需要进一步的维护和控制。沥青沉床虽具有很好的挠曲性，在较深的水中，沥青沉床据认为更适合用来保护管线暴露段，不足之处在于极重的自重加大了施工难度，另外，使用水下沉床(参见图3)，如同使用任何刚性物体一样，其边缘处仍会发生冲刷，并造成缓慢沉降，从而要进一步的处理。因此这些传统的手段都有各自不可避免的缺点，急需一种全新的更加有效的方法来治理海底侵蚀及促淤问题。

在现有技术中，有一种采用人工海草式沉床铺设在管线上来解决海底促淤的办法，其人工海草为单体枝状，侵蚀促淤治理的效果不够；也有采用锚“种植”人工海草于海底的方法，锚的结构为系有绳带的具有导向机构的片材(参见图4)，不足在于加工不便，结构复杂。

发明内容

为了克服上述不足，本发明的目的在系统于提出一种侵蚀促淤治理的效果更佳、结构简单，加工、安装方便，且成本低的海底防侵蚀和促淤系统及其应用。

本发明技术方案如下：

海底防侵蚀和促淤系统：为网状柔性框架结构的人工海草通过锚定系统固定在海底结构；其中所述人工海草具有柔性枝干，海草叶片为帘状结构，压缩串穿在柔性枝干上，形成串形可自然散开的片状结构，所述枝干的底部与连接在锚定系统上的柔性框架连接；

其中所述柔性枝干和柔性框架采用尼龙绳；所述海草叶片采用聚乙烯或者聚丙烯材料，比重为0.1～0.7g/cm³；

所述锚定系统由一可以开和的弹性叶片、系有缆绳的支撑杆及桩杆组成，所述叶片顶尖部与支撑杆固接，整体呈现箭头结构，支撑杆与桩杆插接，支撑杆上系有的缆绳的自由端与柔性框架相连。

所述海底防侵蚀和促淤系统的应用：将所述网状柔性框架结构的人工海草通过锚定系统固定在铺设于海底的管线的上游，或所述铺设于海底的管线的上方；或固定在需要促淤或阻止侵蚀的海底。

具有如下有益效果：

1.采用本发明人工海草“捕捉”泥沙沉积，由于人工海草下水后，帘状结构、压缩串穿在柔性枝干上的串形叶片可随水流自然散开，沉积后形成由纤维加固的沙坝，可以显著提高输油海管附近海底侵蚀促淤治理的效果，消波缓流的作用好。

2.与现有技术相比，本发明锚结构简单，加工(无需加工导向机构)、安装(如所铺设的轻型人工海草回避了因像沥青的自重带来的施工难度问题)方便，且费用较低。

3.本发明系统只有“一次性”安装，即可为解决海底冲刷问题提供永久工程解决方案，此后不会发生新的沉降(如砾石在一定局部条件发生的沉降和水下沉床边缘处发生冲刷的现象而造成缓慢沉降)，不需要重复维护。

4.应用本发明于海底后所形成的沙坝非但不影响而且有利于海洋生物的生长和渔业，对环保有利。

5.本发明系统在深水和浅水环境中都有效。

6.应用本发明所形成的沙坝本身可吸收能量，其缓冲作用可以保护需要促淤或阻止侵蚀的海底或管线等海底设施免受波浪\潮流等的破坏，加强海底承载力-经本发明所述人工海草的自然搅动可以大大加强泥沙的压实作用，从而提高海底承载力。

附图说明

图1为现有技术中用堆沙袋的方法用来支撑铺设于海底的管线悬空段实例示意图。

图2为现有技术中抛放砾石来支撑铺设于海底的管线的实例示意图。

图3为现有技术中水下沉床(混凝土)来保护铺设于海底的管线的实例示意图。

图4-1为现有技术中锚的实例示意图(插入沙中过程)。

图4-2为现有技术中锚的实例示意图(在沙中提起情况)。

图5-1为本发明一个实施例人工海草结构示意图。

图5-2为本发明一个实施例人工海草叶片结构展开图。

图6-1为本发明一个实施例用于海草铺设的锚结构示意图(合拢状态)。

图6-2为本发明一个实施例用于海草铺设的锚结构示意图(张开状态)。

图7-1为本发明一个应用例示意图(上游位置)。

图7-2为本发明一个应用例示意图(上表面位置)。

图7-3为本发明一个实施例锚定系统在网状框绳上的锚定位置示意图。

图8本发明一个实施例海草促淤效果示意图。

图9本发明一个实施例潮汐过程中沙滩及海草带底层流速对比图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细说明。

本发明海底防侵蚀和促淤系统制备分三步：1)制作符合技术要求、具有海草功能的人工海草。2)将人工海草按照一定排列间距在现场编织成网。3)将所述人工海草用本发明设计的锚定系统进行固定。

海底防侵蚀和促淤系统结构：将网状柔性框架结构的人工海草通过锚定系统固定在海底；其中所述人工海草具有柔性枝干，叶片为帘状结构，压缩串穿在柔性枝干上，形成串形可自然散开的片状结构，所述枝干的底部与连接在锚定系统上的柔性框架连接。

其中所述柔性枝干和柔性框架采用尼龙绳；所述叶片采用聚乙烯或者聚丙烯材料，比重大大小于水的比重，可以为0.1～0.7g/cm³(本实施例为聚乙烯材料制成，比重为0.22g/cm³)。它具有耐腐蚀，强度大(用于对海底电缆或输油管道的保护，防止流沙)、草硬度适中，不容易倒伏等特点。将海草编织在尼龙绳(柔性框架)上，编织成排。

如图5-1、5-2所示，本实施例人工海草表现为直径15mm，长10m的粗绳上挂100根50cm长(根据具体情况，长度可以调整；叶片为5道纵向网格、7cm宽的帘状网布(18m压缩后的长度))的海草，海草在柔性框架上所设置的间距为10cm，当然人工海草的长度可以根据需要调节，也可以为1m。另外需要直径15mm的粗绳(柔性框架)若干，用于交叉编织成排的海草，直径约5mm的细绳(柔性枝干)若干，用来拴锚。本发明铺设在水下的人工海草，由于其枝干为柔性，加之海草叶片的比重远远小于水，使其可在水中自然向上漂浮。

如图6-1、6-2所示为本发明为人工海草铺设的锚定系统。所述锚定系统由一可以开和的弹性叶片3、系有缆绳1的支撑杆2及桩杆组成，所述叶片3顶尖部与支撑杆2(本实施例采用长15cm、直径1.5cm的钢管)通过铆钉4固接，整体呈现箭头结构，支撑杆2为管状结构，桩杆(图中未示出)一端设一凸起，通过桩杆的凸起端与管状支撑杆2插接，支撑杆2上系有的缆绳1的自由端与柔性框架相连。如图7-3所示，锚定系统在网状框绳上的锚定位置。当利用钢管将锚打入海底时，叶片合拢，达到合适深度后，当缆绳上提时，叶片张开，使阻力加大，起到锚定人工海草的目的。

海底防侵蚀和促淤系统应用：将所述网状柔性框架结构的人工海草通过锚定系统固定在铺设于海底的管线的上游(参见图7-1，其中：管线用黑色长框表示，本实施例网状柔性框架结构的人工海草5块连接在一起铺设在右侧即上游处，每块铺设锚定系统的位置参见图7-3)；其人工海草铺设方法：在岸上先将加工好的人工海草按照一定的网格编制成片(垫)，然后由潜水员下水在管线海流上游方向铺设或直接将管线覆盖。

本发明促淤原理：

侵蚀是自然现象，当一个固体物体放置到由松散沉积物(如沙)构成的海底时，在流动水体中就会发生侵蚀。水流碰到固体时局部流场改变流速加大，并产生涡流，这些特性造成海底表面剪应力加大，从而使海底沉积物被抬升、悬浮，这样产生的侵蚀会逐渐积累。侵蚀可以很慢，也有可能很快，往往在浅水区侵蚀作用发展更快。在管线铺设区，可以造成管线的悬空。

由于海底冲刷问题是由流速过大引起的，从根本上解决冲刷问题的办法是降低流速和与流速相关的沉积物搬运率，利用本发明以人工海草为主体的促淤系统可以达到降低流速和促淤的目的。

采用本发明促淤系统的效果可以这样比喻，它就像热带沿海地区，天然红树林能抵御海浪对海岸侵蚀的天然屏障一样，起到了降低流速和促淤作用，以利用人工海草“捕捉”泥沙沉积。通过展开的人工草叶系统使流速降低，进而可以立即阻止冲刷侵蚀的发生；

流速降低后，使沉积物在作为“种草”的人工海草的海底区沉积下来。这种回填作用可以将侵蚀坑填平，并在“种草”区附近形沙坝(参见图7)。

按照此原理，在海底发生移动的地方，安置人工海草垫，这样可降低管线附近局部流速和湍流强度，从而不但减弱了侵蚀，也使得沙在人工海草间沉积下来，最终可形成一条管线的保护沙坝。

实施例2

与实施例1不同之处在于：

其中所述叶片采用聚丙烯材料，比重为0.68g/cm³。

海底防侵蚀和促淤系统应用：直接将所述网状柔性框架结构的人工海草通过锚定系统固定在海底发生移动的地方的海岸线(需要促淤或阻止侵蚀的海底)。

本发明进行人工海草促淤实验的研究结果。结果表明，海草铺设越多、越密，则海底表面附近流速降低越多。图9所示为没有铺设海草的海滩和铺设海草的海滩经历同一潮汐过程时海底流速对比，测量结果显示铺设了本发明海草的海滩流速明显要小于没有铺设海草的海滩流速。

实施例3

与实施例1不同之处在于：

其中所述叶片材料的比重为0.4g/cm³。海底防侵蚀和促淤系统应用在铺设于海底的管线的上表面(参见图7-2，其中：用黑色长框表示的管线由网状柔性框架结构的人工海草覆盖，本实施例网状柔性框架结构的人工海草8块连接在一起铺设在管线上方，每块铺设锚定系统的位置参见图7-3)。

Claims

1.一种海底防侵蚀和促淤系统，其特征在于：为网状柔性框架结构的人工海草通过锚定系统固定在海底结构；其中所述人工海草具有柔性枝干，海草叶片为帘状结构，压缩串穿在柔性枝干上，形成串形可自然散开的片状结构，所述枝干的底部与连接在锚定系统上的柔性框架连接。

2.按照权利要求1所述海底防侵蚀和促淤系统，其特征在于：其中所述柔性枝干和柔性框架采用尼龙绳。

3.按照权利要求1所述海底防侵蚀和促淤系统，其特征在于：所述海草叶片采用聚乙烯或者聚丙烯材料，比重为0.1～0.7g/cm³。

4.按照权利要求1所述海底防侵蚀和促淤系统，其特征在于：所述锚定系统由一可以开和的弹性叶片、系有缆绳的支撑杆及桩杆组成，所述叶片顶尖部与支撑杆固接，整体呈现箭头结构，支撑杆与桩杆插接，支撑杆上系有的缆绳的自由端与柔性框架相连。

5.一种按照权利要求1所述海底防浸蚀和促淤系统的应用，其特征在于：将所述网状柔性框架结构的人工海草通过锚定系统固定在铺设于海底的管线的上游，或所述铺设于海底的管线的上方。

6.一种按照权利要求1所述海底防侵蚀和促淤系统的应用，其特征在于：将所述网状柔性框架结构的人工海草通过锚定系统固定在需要促淤或阻止侵蚀的海底。