冀东南堡油田4号构造路岛工程的建造对潮流影响的试验研究

李凯双，李顺利，李 伟，王新民，富井新，刘国英，林沛荣，陆松涛

（中国石油冀东油田公司，河北唐山 063200）

冀东南堡油田4号构造路岛工程的建造对潮流影响的试验研究

李凯双，李顺利，李 伟，王新民，富井新，刘国英，林沛荣，陆松涛

（中国石油冀东油田公司，河北唐山 063200）

通过冀东南堡油田4号构造路岛工程整体物理模型试验，研究该路岛工程建造后与周边海域潮流的相互影响。试验结果表明，人工岛建成后仅改变人工岛附近的东、西坑坨浅滩局部水流形态，滩面平均水流强度减小13%～15%，人工岛对涨落潮滩面水流的漫滩归槽有一定的引导和归顺作用，对曹妃甸海域宏观水流强度、流态影响较小。考虑到波浪长期作用，建议4-1号人工岛南侧和引堤前岸滩的底床防护范围为50～60 m，人工岛南岸线东西两端防护范围适当增加。

物理模型；潮流；流速；流态

0 引言

冀东南堡油田位于渤海湾北岸，唐山曹妃甸工业区附近，部分油田位于近岸浅水区。为满足4号构造油藏开发需要，在西坑坨及其北侧高滩分别布置4-1、4-2号人工岛及进岛通道。4-1号人工岛平面尺度为624 m×487 m。4-2号人工岛平面尺度为737 m×400 m。人工岛长轴线尽可能与水流流向平行，尽量减小与潮流流向的夹角，人工岛整体上呈近似椭圆形布置。连接路堤长2.67 km，堤顶宽19 m。南堡油田4号构造路岛工程位置见图1，图中等深线为85黄海高程。

为了研究4号构造路岛工程的建造对附近水流条件可能产生的影响，研究人工岛在波浪、潮流作用下的稳定性问题，开展了冀东南堡油田4号构造路岛工程整体物理模型试验，为该工程的实施提供科学依据。

1 潮汐水流条件

曹妃甸海域属非正规半日混合潮性质，即一天发生两次高潮和两次低潮，相邻两潮潮高不等。

根据1996年10月、2005年3月和2006年3月三次水文测验资料分析比较，虽然潮流流速变化总体上呈现潮差大流速大，潮差小流速小，但两者相关关系不密切，说明曹妃甸地区惯性流动力作用不容忽略。曹妃甸海域水流有以下特点[1]：

（1）潮波呈驻波特点，即中潮位时流速最大，高低潮位时转流。

（2）涨潮时流速大于落潮流速。

（3）在流速平面分布上，由于曹妃甸甸头的岬角效应，曹妃甸岛附近深槽处为水流最强地区，这也是曹妃甸甸头深槽水深能够维持的主要动力因素。大潮时 （潮差1.9 m左右），甸头附近深槽水域大潮最大潮流可达1.20 m/s，落潮流可达0.95 m/s。此外，在曹妃甸东侧潮沟汇流处 （相当于泻湖口门区）的落潮归槽水流也较强。其他距甸头较远处海域，各测点水流强度有向岸逐渐减小的趋势。在甸头东侧附近，可能由于岬角的掩护作用，是曹妃甸海域流速最小的区域。

（4）涨潮期间，随着潮位的升高，涨潮水体首先充填了曹妃甸浅滩东西两侧的众多潮沟，随后浅滩滩面淹没，涨潮水体在曹妃甸接岸大堤轴线附近汇合。落潮时，随着潮位的降低，浅滩逐渐露出，滩面上的水体归槽、潮沟的落潮归槽水流一般强于涨潮漫滩水流。大潮时曹妃甸甸头附近深槽和老龙沟汇流处流速明显较强，小潮时平面流速差异变化不太明显。

2 模型试验结果分析

2.1模型设计

物理模型场地范围为50 m×40 m，根据模型实际场地，确定水平比尺为1∶720，物理模型容纳范围为36 km×29 km，模型范围主要包括曹妃甸甸头深槽、老龙沟及东西坑坨附近水域。物理模型南边界处对应的实际场地最大水深为30 m左右。根椐试验要求及港区水动力及泥沙条件，模型内布置有生波系统、 潮汐系统及测量系统。模型主要比尺见表1[2]。

2.2 模型验证

为保证物理模型能够正确地复演曹妃甸海域潮流、波浪共同作用下的泥沙运动，试验前须对物理模型进行验证，验证工作包括潮汐水流验证试验和泥沙条件验证试验。根据2007年8月曹妃甸海域大、小潮全潮水文泥沙测验结果，进行了模型验证。

表1 模型主要比尺

模型范围内流速有 2＃、 3＃、 4＃、 5＃、 6＃、 7＃、 8＃七个观测点，潮位点有曹妃甸甸头和哈坨测站，因此， 模型范围内验证 2＃、 3＃、 4＃、 5＃、 6＃、 7＃、 8＃七个流速、流向点和曹妃甸、哈坨潮位验证点 （见图2）。大潮验证结果见图3。

潮位验证结果表明，各潮型模型相位与实测基本一致，潮位平均偏差在0.04 m左右，潮位最大偏差0.11 m，从总体上看验证结果较好。

流速验证结果表明，各潮型模型相位与实测基本一致，模型中涨、落潮最大流速与实测值大小基本一致，模型涨落潮平均流速与实测值偏差基本在±10%以内。

流向验证结果表明，除个别测点的个别潮时模型流向与实测流向偏差稍大外，总体来说模型流向与实测流向吻合较好。

模型验证试验结果表明，模型可以较好地模拟现场水流流态，模型设计和制作以及生潮是成功的。

2.3 模型试验

实测结果表明，工程未建前，涨潮时水流从东、西坑坨西侧和北侧潮沟进入老龙沟，东、西坑坨浅滩上水流流速很小，只在高潮位时东、西坑坨浅滩上才有水流通过。涨潮时水流从东、西坑坨西侧和北侧潮沟退出老龙沟，东、西坑坨浅滩上水流流速很小。`

各区域建成前后流速比值见表2。

表2 人工岛建成后测点涨落潮平均流速变化比值

人工岛建成后，工程海域水流流态没有明显变化，4号构造路岛工程建成对曹妃甸海域宏观流态影响不大。

2.3.1 老龙沟、二沟和甸头东侧滩槽区域

由表2可见，流速变化百分比数值均在流速测量误差内摆动，可认为流速变化极小。4号构造路岛建成后，老龙沟口门通道、二沟深槽和甸头东侧滩槽区域水流流速流向变化很小，对水流强度影响极小，工程对老龙沟深槽稳定没有影响，对二沟和甸头东侧滩槽水流条件基本没有影响。

2.3.2 人工岛滩面

试验时，在人工岛所在滩面设置了18个测点（101～118）。浅滩被浅滩前深槽、老龙沟、二沟深槽包围。浅滩被连岛导堤分为东西两个区，人工岛工程建设前后东西区平均流速见表3。

表3 人工岛建成后滩面全潮平均流速

由表3可见，滩面整体平均流速在人工岛建成后有14%～15%的减小，滩面流速有较大范围的减小。

涨潮时，天然条件下涨潮水流先填满老龙沟和二沟，而后漫上滩面，随着潮位的升高，老龙沟和二沟内漫上滩面的水体此强彼弱地互相顶推争夺滩面；人工岛建成后将滩面划分成东西两个区域，涨潮水流分别从老龙沟、二沟涌向滩面后沿岛堤流动，流动的方向取决于两条潮沟和4-1号人工岛前深槽水位差。

落潮时，天然条件下开始是大范围的刷滩落潮，水流方向与大范围水体的落潮方向相同，仿佛浅滩并不存在，随着水位的降低，滩面水体变为取捷径流入最近的潮沟；人工岛建成后，在水位较高时堤西侧水体始终受岛堤影响沿着导堤流入4-1号岛前深槽，而堤东侧水体离岛堤较近部分沿导堤流动，较远部分与大范围落潮方向相同，随着水位降低则又变成取捷径入潮沟，人工岛堤的导流作用明显。

人工岛建成后滩面流态虽然变化较大，但由于绝对流速很小，因此滩面地形不会有大的调整。

2.3.3 4-1号岛导堤堤头

试验对4-1号岛导堤长度做了在现有设计长度条件下伸缩70 m的堤头水流测量，原设计堤头水深 （理论基准面）约-1 m，＋70 m堤头水深约-2 m，-70 m堤头水深约0 m左右。基于水流试验，由表4可以看出，随着导堤加长，由于水深加大堤头流速也加快，因此不论从工程造价还是堤头防冲考虑，导堤长度应该尽量缩短，只要在水流方向的投影上略长于4-1号人工岛的投影就可以达到防护4-1号人工岛的目的。

表4 4-1号导堤不同长度堤头流速情况

3 结束语

通过冀东南堡油田4号构造路岛工程整体物理模型试验，研究了4号构造建成后与周边海域潮流的相互影响，为工程规划和设计提供了科学依据。

冀东南堡油田4号构造路岛工程建成后对曹妃甸海域、航道宏观水流强度、流态影响极小；对老龙沟、二沟水流强度没有改变，工程前后两条大型潮沟的动力条件没有改变。人工岛建成后仅对其附近的东、西坑坨浅滩局部水流形态有改变，滩面平均水流强度减小13%～15%，人工岛对涨落潮滩面水流的漫滩归槽有一定的引导和归顺作用，对曹妃甸海域宏观水流强度、流态影响较小。

考虑到长周期波浪作用，建议4-1号人工岛南侧和引堤前岸滩的底床防护范围取50～60 m，人工岛南岸线东西两端防护范围适当增加。

[1]佘小建，徐啸.曹妃甸工业区曹妃甸港总体规划潮流数学模型试验报告[R].南京：南京水利科学研究院，2006.

[2]崔峥，毛宁，佘小建.冀东南堡油田4号构造14号、15号人工岛物理模型试验研究[R].南京：南京水利科学研究院，2007.

Test Research on Influences of Road and Artificial Island at Geological Structure No.4 of Nanpu Oilfield on Local Tidal Currents

LI Kai-shuang（PetroChina Jidong Oilfield Co.,Tangshan 063200,China）,LI Shun-li,LI Wei,et al.

Physical model tests are performed to study the influences of road and artificial island that will be built at the geological structure No.4 of Nanpu Oilfield on the tidal currents in nearby sea areas.The test results show that after the completion of the artificial island,the tidal currents in the shoals of Dongkengtuo and Xikengtuo near the artificial island change locally;And the surface flow intensity has a decrease of 13%～15%;The artificial island has certain guiding action on the return of flooding and ebbing tides to the channel;It has smaller influences on the macroscopic flow intensity and flow regime in Caofeidian sea area.Considering the long-term action of periodic waves,it is suggested that the protection ranges of the seabed of the shoals in front of the south side of No.4-1 artificial island and the guide jetty should be 50～60 m,and the protection ranges should be appropriately increased at the eastern and western ends of the southern bank of the artificial island.

physical model； tidal current； flow velocity； flow regime

P751

A

1001－2206（2011）04－0018－04

李凯双 （1969-），男，河北唐山人，高级工程师，1990年毕业于西安石油学院，现从事油田海洋工程基本建设管理工作。

2010-10-29