海上光伏场址水动力要素计算Calculation of Hydrodynamic Elements at Offshore Photovoltaic Site
丘海珊,王岗,曲恒良
摘要(Abstract):
海上光伏工程场址的海洋水文要素是结构安全设计与施工的关键依据,其精确计算对保障工程安全、优化成本控制具有重要作用。为了明确海上光伏工程场址的海洋水文要素,以秦皇岛昌黎30万千瓦海上光伏试点项目为依托,开展场址海域的水动力要素计算与分析。研究首先基于长期历史潮位资料,综合运用极值相关分析法和“K”值法,并参考历史洪水调查结果,最终采纳“K”值法计算结果为场址多年重现期设计水位。进一步,建立了潮流数值模型,比较了工程建设前后的流场变化。结果表明:光伏工程基础建设对工程海域流场影响较小;基于波功率守恒模型建立了大范围外海深水波浪模型和场址海域小范围波浪模型,计算了不同设计潮位与重现期波浪组合条件下的场址波浪要素;综合分析多年卫星遥感影像、历史海图及局部实测水深数据,表明场址海域海床历史演变呈微冲趋势。而工程方案实施后支架基础的阻水效应则使得海床呈淤浅趋势;通过综合比较分析,选用韩海骞公式预测了光伏基础周边的极限局部冲刷深度。研究成果不仅为昌黎试点项目的工程设计与建设提供了直接技术支撑,也为后续类似海上光伏项目的海洋水文计算与风险评估提供了系统方法和重要参考。
关键词(KeyWords): 海上光伏;设计潮位;重现期波浪;海床稳定性;局部冲刷
基金项目(Foundation): 国家自然科学基金项目(52401328)
作者(Author): 丘海珊,王岗,曲恒良
参考文献(References):
- [1] 王天宇.海上光伏发展现状及开发前景展望[J].船舶标准化与质量,2024(5):24-33.
- [2] 彭树林,邓斌.滩涂光伏发电建设海上安全监管探析[J].水上安全,2023(8):148-150.
- [3] 叶灿胜,翟鸣皋,朱建荣.黄河口海上光伏场区潮位高精度预报[J].华东师范大学学报(自然科学版),2025 (4):1-12.
- [4] 徐成根,王大春,施朝晖,等.海上光伏透空式消浪设施水动力特性试验[J].中国海洋平台,2024,39 (3):68-72,108.
- [5] 高兴国,曲萌,赵晴,等.海上固定式光伏桩基局部冲刷监测技术发展现状[J/OL].海岸工程,1-14[2025-09-01].https://link.cnki.net/urlid/37.1144.U.20250411.1043.002.
- [6] R.Claus,M.López,Key issues in the design of floating photovoltaic structures for the marine environment[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews,2022,164:112502.
- [7] 黄勇,赵子帅,文锋.海上漂浮式光伏关键技术的研究现状与发展趋势[J].科学技术与工程,2025,25 (9):3529-3544.
- [8] 张喆,李嘉康,樊天慧,姜雯.多模块海上漂浮式光伏平台运动响应特性[J].中国海洋平台,2024,39 (6):18-22.
- [9] 裴元义,宋洋,沈禹,等.海上光伏浮管基础极端波浪作用水动力特性[J].水利水运工程学报,2025(4):24-32.
- [10] 蔡劭宇,杜君峰,袁文永.流冰作用下海上浮式光伏平台动力响应与局部损伤特性研究[J].中国海洋大学学报(自然科学版),2025,55 (7):151-162.
- [11] V.Ramos,R.Carballo,M.àlvarez,M.Sánchez,G.Iglesias,Assessment of the impacts of tidal stream energy through high-resolution numerical modeling[J].Energy,2013,61:541-554.
- [12] 杜雨蒙,李桂敏,张浩男,王全颖.京唐港海洋站风要素特征分析[J].科技视界,2023(11):89-93.
- [13] 徐啸,佘小建,崔铮,等.京唐港自然条件及入海航道泥沙回淤[J].水运工程,2020(8):78-85.
- [14] 傅圆圆,杨超,姚远,等.秦皇岛海洋站海浪特征分析[J].海洋环境科学,2022,41(6):842-846.
- [15] Shi J,Zheng J,Zhang,C,et al.A 39-year high resolution wave hindcast for the Chinese coast:Model validation and wave climate analysis[J].Ocean Engineering,2019,183:224-235.
- [16] Group,T W .The WAM Model—A Third Generation Ocean Wave Prediction Model,Journal of Physical Oceanography,1988,18 (12):1775-1810.
- [17] Tolman,H L .A Third-Generation Model for Wind Waves on Slowly Varying,Unsteady,and Inhomogeneous Depths and Currents[J].Journal of Physical Oceanography,1991,21 (6):782-797.
- [18] Booij N,Ris R C,Holthuijsen L H.A third-generation wave model for coastal regions 1.Model description and validation,Journal of Geophysical Research,1999,104 (C4):7649-7666.
- [19] Benoit M,Marcos F,Becq,F.Development of a Third Generation Shallow-Water Wave Model with Unstructured Spatial Meshing [C]//Proceedings of the 25th International Conference on Coastal Engineering.Orlando:FL,USA,1997:465-478.
- [20] DHI,MIKE 21 Spectral waves Module,Scientific Documentation [R].in,DHI,H?rsholm,Denmark,2017,pp.48.
- [21] 曹祖德,侯志强,张书庄.港航工程泥沙淤积计算手册[M].北京:人民交通出版社,2014.
- [22] 韩海骞,熊绍隆,孙志林.潮流作用下桥墩局部冲刷深度计算公式的建立与验证[J].泥沙研究,2016 (1):9-13.
- [23] Wang R K,Herbich J B.Combined current and wave-produced scour around a single pile[R].Texas:A & M University,College Station,1983.
- [24] Qi W -G,Gao,FP.Physical modeling of local scour development around a large-diameter monopile in combined waves and current[J].Coastal Engineering,2014,83:72-81.
- [25] B M Sumer,J Freds?e.Scour around Pile in Combined Waves and Current[J].Journal of Hydraulic Engineering,2001,127:403-411.