（海洋地质专业论文）辽河滩海油气区工程环境及海洋工程灾害研究.pdf

国家海洋局第一海洋研究所硕士学位论文 摘要 辽河油田滩海油气区蕴藏着丰富的油气资源，具有广阔的开发前景。本文针对该区 油气资源开发所面临的问题，即：海洋工程环境以及海洋工程灾害。选择油气资源开发 区作为重点研究区域，进行了系统的分析和阐述，在此基础上对研究区的各种工程灾害 及抗灾减灾措施进行分别研究和阐述。 各种类型的海洋工程灾害的形成与发展，与其所处的自然环境密切相关。本文在搜 集了本区域进行的大量环境、地质调查资料的基础上，从气象要素、水文要素、地形地 貌、沉积环境、声学地层、工程地质与构造、腐蚀环境等各个方面对研究区各海洋工程 环境要素等进行了分析、总结，揭示了研究区海洋工程环境的一般特征。 通过对研究区各种资料的系统分析，判识出潜在的各种工程灾害，分别为海冰灾害、 埋藏古河道和古洼地、浅层气、砂土液化、下卧软土层、潮沟蚀变与海底冲刷等灾害因 素。从形成机制、分布特征和对不同类型工程构筑物的危害性等角度出发，对这些类型 的工程灾害进行分析，并根据不同类型灾害的抗灾机理给出一些实用的工程减灾措施。 关键词：辽河滩海油气区海洋工程环境工程灾害减灾措施 r e s e a r c ho nm a r i n ee n g i n e e r i n ge n v i r o n m e n ta n dm a r i n e e n g i n e e r i n g d i s a s t e ri nb e a c ho i lf i e l do fl i a o h e a b s t r a c t l i a o h eb e a c ho i lf i e l di sr i c hi ng a sa n do i lr e s o u r c e s ，a n di t h a sb r o a dd e v e l o p m e n t p r o s p e c t i nt h i sp a p e r , a i m i n ga ts o l v i n gt h ep r o b l e m so nt h ed e v e l o p m e n t o fg a sa n do i li n t h i s 剐e a ，i e ：m a r i n ee n g i n e e r i n ge n v i r o n m e n ta n dm a r i n ee n g i n e e r i n g d i s a s t e r s c h o s et h eg a s a n do i ld e v e l o p m e n ta r e aa st h em a i np o i n ts t u d ya r e a ，a n dm a d eas y s t e ma n a l y s i sa n d e l a b o r a t i o n f u r t h e rm o r e ，d i ds o m er e s e a r c ho na l lk i n d so fe n g i n e e r i n gd i s a s t e r sa n d r e d u c t i o nm e a s u r e s t h e r ei sat i g h tr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ef o r m a t i o na n dd e v e l o p m e n to fa l lt y p e so fm a n n e e n g i n e e r i n gd i s a s t e r sa n d t h en a t u r a le n v i r o n m e n tf a c t o r s o nt h eb a s i so fc o l l e c t i n ga b u n d a n t e n v i r o n m e n ta n dg e o l o g i c a li n v e s t i g a t i o nm a t e r i a l ，t h i sp a p e r ，i nw h i c hm e t e o r o l o g i c a l e l e m e n t ，h y d r o l o g i c a lf a c t o r s ，t o p o g r a p h ya n dg e o m o r p h o l o g y , s e d i m e n t a r ye n v i r o n m e n t ， a c o u s t i cs t r a t i g r a p h y ，c o r r o s i o ne n v i r o n m e n t ，e n g i n e e r i n gg e o l o g i c a le n v i r o n m e n te l e m e n t so f t h es t u d ya r e aa n ds oo ni sa n a l y z e da n ds u m m a r i z e d ，r e v e a l st h em a r i n ee n g l n e e n n g e n v i r o n m e n tc h a r a c t e r i s t i c so ft h es t u d ya r e a a l lt y p e so fp o t e n t i a le n g i n e e r i n gd a s a s t e r s a r el e a r n e db ys y s t e ma n a l y s i s i n gt h e h a v e s t i g a t i o nm a t e r i a l s ，i n c l u d i n gs e a i c ed i s a s t e r ，b u r i e dp a l e o r i v e rc h a n n e lo rp a l e o h o l l o w , s h a l l o wg a s ，s a n dl i q u e f a c t i o n ，u n d e r l y i n gs o f tf o r m a t i o n ，t i d a lc r e e ka l t e r a t i o n ，s e ab o t t o m s c o u ra r l ds oo n a n dd os o m er e s e a r c ho nt h e s ee n g i n e e r i n gd a s a s t e r sb yt b r m a t i o n m e c h a n i s m ，d i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c s ，a n dd i f f e r e n th a r m f u l n e s st od i f f e r e n ts t r u c t u r e s ，a t l es 锄et i m e g i v es o m ep r a c t i c a ld i s a s t e rr e d u c t i o nm e a s u r e sb a s e do nd i f f e r e n tr e d u c t i o n m e c h a n i s m so fd i f f e r e n ts t r u c t u r e s k e y w o r d s ：l i a o h eb e a c ho i lf i e l d ；m a r i n e d i s a s t e rr e d u c t i o nm e a s u r e s e n g i n e e r i n ge n v i r o n m e n t ；e n g i n e e r i n gd i s a s t e r ； u 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果 由本人承担。 论文作者签名讯琶旱、日期：1 年月伊 学位论文使用授权说明 本人完全了解国家海洋局第一海洋研究所关于收集、保存、使用学 位论文的规定，即： 按照本所要求提交学位论文的印刷本和电子版本； 研究所有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 研究所可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 研究所同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位 论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 ( 保密论文在解密后遵守此规定) 论文作者虢觚七多) 铷签名和承 日期：p 年6 月i 多日 0 前言 0 前言 辽河滩海油气区工程环境及海洋工程灾害研究 辽东湾辽河三角洲地区具有丰富的油气资源，是我国第三大油田一辽河油田的主要 分布地。其中，辽河滩海区块更是辽河油田实现稳产的主勘探开发区域和产量的重要接 替区。辽河三角洲有当前亚洲面积最大的湿地，是我国海洋综合开发利用的重要经济活 动区之一。 辽河滩海油田地处辽东湾北部辽河滩海区域，西起葫芦岛，东到鲅鱼圈连线水深5 m 以内，由浅海、海滩和陆滩三部分构成，总面积3 4 7 5 k m 2 ，滩海总资源量6 3 1 0 3 t 。目 前，辽河滩海地区共发现了4 个主要油气田，即西部笔架岭构造带上的笔架岭油田、中 部海南一月东构造带上月海油田、东部太阳岛构造带的太阳岛油田、葵花岛油田。共探 明含油面积6 5 5 k m z ，石油地质储量1 2 6 2 1 0 8 t 。1 9 9 3 年将笔架岭油田、月海油田的海 南断块区投入开发，动用石油地质储量2 3 0 9 x 1 0 4 t ，投产各类井1 7 7e l ，建成年产油气 综合当量3 0 x 1 0 4 t 的生产规模。 加快海上发展是辽河油田的发展目标，按照中国石油和辽河油田公司的部署，辽河 浅海“十一五 期间实现年产原油l o o x l 0 4 t 、日产天然气1 0 0 1 0 4 m 3 以上。 滩海油田海域北部岸滩有大小浚河、双台子河和大小辽河等九大河流入海。该区的 勘探开发已有1 0 数年的历史，取得了一定的勘探开发成果，目前已发现笔架岭、海南、 月东、仙鹤及葵花岛燕南构造等。整个滩海地区规模较大圈闭的资源量为3 9 2 7 4 1 0 8 t ， 预计将在海南、笔架岭和葵花岛燕南等3 个构造带形成规模油气田。 2 0 世纪8 0 年代中期以后，辽河油田浅海开发区进入开发阶段。海上油气的勘探与 开发是一项高投资、高风险、高收益、技术复杂的高难度复杂的系统工程。辽河平原有 九条河流汇入辽东湾北部，使本区海洋工程环境复杂化。要安全、简易、先进、环保、 高效、经济地勘探开发辽河滩海油气田，必须真实而全面地了解和积累这一地区的地质、 地貌、水文气象、海冰等实地资料，探索海洋环境的一般规律，作为各种油气工程设施 的设计和施工的依据。此外，辽东湾北部是一个生物资源丰富的水产品的增养殖区和捕 捞区，其中双台子河口又是一个国家级湿地自然保护区，因此石油资源的勘探开发还要 充分注意自然生态和各种资源的有效保护及综合开发利用。油田开发以来，大量海上工 程设施如人工岛、海上油气平台、海底油气集输管道等不断建成。为了保证海上工程设 施的安全，国内外专家在该区开展了大量浅地层地质灾害的调查研究工作，包括水深测 量、环境评价、水文气象的调查研究、动力地貌和泥沙的调查和分析、浅地层及土的物 理力学性质的调查研究、海域使用论证以及地震安全性评价等调查研究工作获得了丰富 的资料。 海洋资源的开发需要了解海洋灾害地质环境状况，海洋石油工程的设计和建设需要 考虑海底的工程地质稳定性，同时也需要了解海洋灾害地质环境的基本特征以及灾害地 国家海洋局第一海洋研究所硕士学位论文 质类型的分布规律，为科学地制订海洋开发规划和进行预测和防避相关地质灾害及实现 正确的工程设计提供了确切的地质依据。因此，在理论和实践上都具有重要的意义。前 人所做的大量海上调查表明：本区存在海底冲刷深槽( 潮汐通道) 、软弱地层、浅层气、 埋藏古河道、埋藏古洼地、易液化地层、滑坡块体等不均匀地层，对海洋油气工程设施 构成严重的威胁。因此，对本海区浅地层地质灾害因素进行系统分析对保证海洋油气工 程具有重要的实用价值。 由于多条大河的流入，辽东湾以水下沟谷众多为其特征，几乎每条河口外都有蜿蜒 曲折的水下谷地延伸，它们都汇入辽中洼地。同时这些河流所携带的泥沙入海后沉积， 形成水下浅滩，多条河流又由于受季节和海流等多种因素的综合影响，使得沉积层相互 叠覆，从而形成复杂的地层叠置关系。复杂的沉积叠覆关系，使得海底地层土的物性差 别较大，因此辽河滩海是海底地质灾害的多发区域。滩海灾害地质给油田开发建设带了 一些重大的安全生产隐患。因此，如何准确有效的发现和避开这些灾害地质因素或者潜 在的灾害地质因素是油田开发的重中之重。 基于这一原则出发，本文在收集整理了辽河滩海油田多年的浅海油气构造区调查 ( 葵花构造区、太葵构造补测区、l h 一1 3 构造区) 、浅海井场综合调查( 井场调查 3 2 口) 、人工岛综合勘查( 人工岛4 个) 、管线路由勘查设计( 输油管线约2 0 公里) 的 基础上，利用现场调查所获得的资料和实验室测量分析数据，并收集整理了大量该区域 的历史资料，对研究区的水文气象、海冰、水深地形、地质构造、地基土物理力学性质、 浅层沉积结构及灾害地质情况( 诸如古河道、潮流冲刷槽、浅层气等) 等进行了综合分 析和评价，为本区域实现海洋工程活动与海洋地质环境的相互协调，避免地质灾害和环 境破坏的发生，为海洋工程项目的开发、总体规划提供可靠的依据，节省勘探开发成本。 2 研究e e 域概况 1 研究区区域概况 辽河油田浅海油气资源开发区位于辽宁省营口市鲅鱼豳韭菜坨于至锦西市葫芦岛 高角连线以北的辽东湾顶郜海域，目前主要开发区域基本上在5 皿水深以浅的滩海海域。 根据已有的调查资料，确定研究区的地理位置图如图卜l 所示。 圈卜l 研究区地理位置圆 f 嘻1 - 1g e o g r a p h i c a l p o s i t i o n m a po fs t t l d y a r 辽东湾水下地形是双台子河、辽河等河流三角洲的水下延伸部分，其地势与海湾整 个格局有关，呈现出自岸向海( 自东北向西南) 缓倾，水深逐渐增大的趋势。河几附近 海域水道交错，水f 浅滩与潮沟发育，地形复杂多变、支离破碎。除此，海域地形较为 简单其等深线与岸线基本平行，尤以双台子河口以西海域最为明显。 本区海岸带地貌发育足基于总体沉陷的基础上，主要受控于基底构造和现代动力。 辽东湾在构造上处于辽河断陷一渤海坳陷内，属于新华夏系第二巨型沉降带，其东西两 侧分别为第二、第三巨型隆起带。n e 向的郯庐大断裂带贯穿本区，其问还穿插有多数条 规模较小的断裂，这些断裂组成了基底的多字型构造。该区为新生代隆起和坳陷产生的 渤海断陷盆地边缘地带。自第三纪以来辽河平原随着基底整体持续下降，构造的沉陷为 国家海洋局第一海洋研究所硕士学位论文 河流充填作用提供了有利条件，致使该区堆积了巨厚的新生代沉积物。潮流、沿岸流、 波浪挟沙落淤和河口动力作用下以堆积建造为主的堆积一侵蚀作用的地貌效应。 本区海底现代地貌成因类型上主要属浑河、辽河、绕阳河、大凌河等水系共同加积 的水下三角洲，地势自岸向海倾斜，水深渐大，但河口区地貌复杂、地形多变，即潮间 浅滩，水下浅滩，以其稳定堆积、平坦拓展、地表起伏小、形态单一为基本特征，而在 河口区则发育成现代河口三角洲、拦门沙浅滩及相伴出现的海底冲刷槽等。 其中，研究区的潮下带海底，绝大部分属于水下浅滩，它是潮间浅滩向海自然倾斜 的地貌单元，是河流泥沙波及的敏感区域。加之潮间浅滩众多，潮水携带物质的输运与 堆积，导致o 5 m 海底浅滩发育在时间和空间上有很大变化。因多汉沟和流槽切割突出 的表面单独块体，形态不规则的断续排列，对水下斜坡的稳定性产生了不利的影响。 水深5 l o m 时，随着汊沟消亡、断流，浅滩堆积体形态单调。总体上，水下浅滩平坦 开阔，其中双台子河口以西上述趋势最为明显，以东受古地貌等条件制约，水下浅滩地 形反差偏大。水下浅滩物质存在明显的横向和纵向分异性。小凌河至双台子河口外侧依 次为砂、粉砂质砂、粉砂、粘土质粉砂；纵向上，从海图零米线至水深5 m 附近则为粉 砂、粘土质粉砂、粉砂质粘土、粘土质粉砂。双台子河口以东水下浅滩物质组成较为复 杂，多由砂、粘土质粉砂、砂一粉砂一粘土组成。 此外，辽河、双台子河口口门处普遍发育拦门沙浅滩。这些以砂质粉砂、砂为主的 砂体( 盖州滩、辽河西滩等) 是辽河水下三角洲典型的堆积地貌。盖州滩分布在双台子河 口外，近南北走向，长1 3 5 k m ，最大宽度5 k m ，形状呈两端尖、中间宽，0 m 线以上面积 为1 2 7 3 3 3 万m 2 。滩顶覆盖砂质粉砂，南侧边缘多出露灰褐色粗砂。 自晚更新世以来，频繁的气候型海平面升降，在这个时期形成的几十米乃至百米左 右的地层，无论是在水平方向上，还是在垂直方向上，不仅在组成上是多变的，而且在 几何图形或者在三维空间分布上也是极为复杂的形成了辽东湾现代沉积的复杂的海底 浅地层结构和残留地貌现代地貌叠置的状况。并且河口区尾闾河道的频繁摆动与高速沉 积，易导致巨量的河流输沙在近岸带的分布不均、含水率高、固结差，造成海底浅层沉 积物平面上的沉积间断，使之承载强度不一，会有诸多地质灾害发生。同时，由于高速 沉积所埋藏的有机质在适宜的条件下产生沼气型浅层气，浅层气的存在将极大降低土的 工程地质力学性能。所有这些存在于海底表面和海底浅地层中的复杂多变的潜在有害地 质体或地貌单元，均可以对油田开发的海上工程和人身安全带来极大的灾害，给海洋石 油的安全生产带来了极大的隐患。 4 2 区域气象要素 2 区域气象要素 2 1 气象基本特征 研究区地处中纬度季风气候带，属亚湿润区。各类天气系统活动频繁，海域气候复 杂，时有局部小气候。研究区沿岸气候资料揭示该区既有大陆性又有海洋性特点，冬季 寒冷、风大、干燥少雨雪、冰情较重、冰期较长。夏季雨量充沛、风小、雷暴较多、高 温时间短。春季干燥少雨、多晴好天气、气温回暖快、多大风。秋季冷空气活动开始加 强，降温快，雨量骤减，多晴朗天气。 年内降水量主要集中于夏季，约占全年降水量的6 0 - - 7 0 ，尤其7 8 月盛夏季节， 多暴雨天气。夏季有强热带气旋和台风过境，造成大风和暴雨。 冬季多有寒潮侵袭，气温骤降，强冷空气造成气温骤降和暴风雪天气。 2 2 气温 表2 - 1 鲅鱼圈、营口、大洼各月气温特征值 t a b l e 2 1t e m p e r a t u r ee i g e n v a l u eo fe a c hm o n t hi nb a y u q u a n ，y i n g k o ua n dd a w a 站名 月份 l23456789l ol l1 2年 平均气温 鲅 ( ) 7 45 11 59 71 6 42 1 22 4 62 4 41 9 51 2 33 54 i9 7 鱼 最高气温 ( ) 8 o1 4 41 6 52 5 93 0 93 3 23 4 03 4 43 1 62 7 52 1 21 3 63 4 4 圈 最低气温 ( ) 2 3 6 2 2 41 8 46 02 5 1 0 51 5 o1 3 5 4 82 81 7 5 2 0 7 2 3 6 平均气温 ( ) 8 66 21 39 71 6 62 1 62 4 82 3 61 8 51 0 62 55 89 0 营最高气温 口 ( ) 6 9 1 2 3 1 5 81 5 21 9 0 3 1 13 3 03 3 1 2 9 82 6 61 9 51 0 53 3 1 最低气温 ( ) 2 4 5 2 2 6 2 1 93 94 21 1 o1 4 81 2 93 47 61 3 5 2 4 o 2 4 5 平均气温 ( ) 1 0 27 20 28 91 6 3 2 1 32 4 62 3 9 1 8 4l o 51 46 68 4 大 平均最高 洼 ( ) 3 91 o5 91 4 62 1 62 5 82 8 32 8 12 3 61 6 o6 71 o1 3 7 平均最低 ( ) 1 5 2 1 2 3- 4 63 81 1 5 1 7 42 1 62 0 5 1 3 95 82 81 0 94 0 气温的高低及其变化与海上生产活动有着极为密切的联系，同时气温也是表征大气 状态和冷暖程度的重要指标。 研究区的年平均气温在8 4 9 7 之间。 春季随太阳直射点的北移，日照时数增多，气温上升较快。4 月份平均气温在8 9 9 7 。夏季是全年气温最高的季节，7 月份平均气温在2 4 1 - 2 4 6 c 之间。最热月平 国家海洋局第一海洋研究所硕士学位论文 均最高气温可代表夏季的炎热程度。研究区最热月份为7 月份，平均最高气温中部的大 洼为2 8 3 。秋季以后，太阳直射点南移，日照时数减少，气温下降较快，1 0 月份平 均气温为1 0 5 1 2 3 。 冬季由于太阳辐射强度弱，北方冷空气的不断侵袭南下，研究区气温全年最低。1 月份为气温最低月份，月平均气温为一7 4 一1 0 2 ，次之为2 月，在一5 1 一7 2 之间。 研究区气温年较差在3 1 5 - - , 3 4 8 c ，在全国沿海属年较差较大的地区之一。说明该 区域气候大陆性程度强，海洋性程度弱。 气候大陆度表征海陆因素在气候形成过程中所起作用的程度。计算大陆度的公式较 k ：坐一2 0 4 多，其中以波兰学者w 焦金斯基的大陆度公式应用较为广泛，即： s i n 缈 ，式中， a 为气温年较差， l r 为该地所在纬度。通过系数取值使大陆度( k 值) 变化范围在0 1 0 0 之间。若以5 0 作为大陆和海洋性气候的分界，研究区大陆度在6 3 - - - 6 4 之间， 应属大陆性气候，在全国沿海地区为大陆度较高的地区之一。其主要原因是本区地理纬 度较高，冬季地面冷高压及其强盛，高空又多处在西风带东亚大槽的后部，强冷空气频 繁南下，由陆向海的冬季风极为强大，使冬季气温偏低，气温年较差较大，从而大陆度 也明显加大。 表2 - 2 葫芦岛、大洼、鲅鱼圈各月极端气温( ) t a b l e 2 - 2e x t r e m et e m p e r a t u r eo f e a c hm o n t hi nh u l u d a o ，d a w aa n db a y u q u a n ( c ) 站 名 项目l234567891 0l l1 2年 葫 极端 9 2l o 81 8 12 3 73 3 43 3 33 2 73 4 32 9 62 5 41 7 31 4 23 4 3 芦 最高 极端 - 2 1 61 8 41 7 43 74 3“81 5 51 2 24 44 21 1 61 9 92 1 6 岛 最低 大 极端 8 o1 3 01 7 52 4 63 2 13 3 93 5 o3 4 43 0 82 6 41 9 31 1 23 5 o 最高 洼 极端 - 2 7 3- 2 9 32 3 6 1 0 3 1 27 91 5 21 1 72 o- 6 7- 2 3 62 5 32 9 3 最低 鲅 极端 8 o1 4 41 6 52 5 o3 0 93 3 23 4 o3 4 43 1 62 7 52 1 21 3 63 4 4 鱼 最高 极端 - 2 3 6- 2 2 41 8 4 6 o 2 5l o 51 5 o1 3 54 82 8一1 7 52 0 7- 2 3 6 圈 最低 研究区出现的极端最高气温不算太高，在3 4 3 3 5 o 。全年出现 1 3 0 0 的同数 出现在5 9 月份，出现日数较少，因此夏季基本无酷热天气。 冬季出现的极端最低气温较低，在- - 2 1 6 一2 9 3 c ，出现在1 、2 月份。日最低 气温o 的同数较多，一般全年都在l o o d 以上，多出现在1 2 , - - , 2 月份。 6 2 区域气象要素 2 3 风 2 3 1 各月常风向及频率 研究区位于辽东湾的顶部，离盘锦海洋站和鲅鱼圈海洋站最近，因此利用1 9 9 0 - - 一 1 9 9 2 年盘锦海洋站的资料和1 9 7 7 1 9 8 1 年鲅鱼圈海洋站的资料说明本区的常风向和频 率变化，见表2 3 。 表2 - - 3 鲅鱼圈海洋站各月常风向和相应频率( ) t a b l e 2 - 3f r e q u e n tw i n dd i r e c t i o na n dr e l e v a n tf r e q u e n c yo f e a c hm o n t hi nb a y u q u a no c e a ns t a t i o n 位置月份 l234567891 0l l1 2年 鲅 最多 n essssssssssn es 鱼 风向 圈 频率 1 71 4 1 71 8 1 91 9 2 0 1 62 l2 l1 81 91 8 最多 盘 n n es s wn n es s w s s w s s w s s w s s w s s w s s w s s wn n es s w 风向 锦 频率 1 91 72 33 02 52 22 74 l2 32 22 73 42 6 2 3 2 平均风速、最大风速及风向 表2 4 列出了鲅鱼圈海洋站各向风要素值，由表可知，该区以s 向风最多，年频 率达1 5 。最大风速出现在n n e 向，风速为2 5 m s 。 表2 4 鲅鱼圈各向风要素 t a b l e 2 4w i n de l e m e n t so fe a c hd i r e c t i o ni nb a y u q u a n w s、v nn n 风要素 n n n en ee n ee e s e s e s s ess s ws wwn wc www 平均风速( m s )7 38 67 54 23 23 23 65 16 25 65 14 94 44 96 2 7 o 最大风速( m s )2 2 2 52 31 81 61 21 71 91 61 71 41 71 52 22 22 2 频率( ) 61 0953241 21 566533346 由盘锦海洋站资料( 表2 5 ) 可知，该区以s s w 向风最多，年频率达2 4 。全年 中，共有9 个月的常风向为s s w 向。鲅鱼圈站因受局部地形的影响，常风向为s 向，出 现频率为1 8 ；强风向为w 向，最大风速达3 1 0 m s 。工程区位于开阔海区，常风向与 盘锦站相似即以s s w 向风为主。 由表2 5 可见，鲅鱼圈站的年平均风速在5 8 m s ，最大风速达到3 1 0 m s ，出现 在1 9 9 0 年1 2 月2 1 日。盘锦站的年平均风速为5 8 m s ，1 9 9 0 - - - 1 9 9 2 年期间最大风速为 2 3 0 m s 。 鲅鱼圈站多年平均大于6 级风的大风日数为8 2 8 天，大于8 级的大风日数为5 1 2 天。6 级以上大风日数以6 - - ，9 月份较少，为2 0 - - - 5 3 天；1 1 月份最多达1 1 3 天，其 7 国家海洋局第一海洋研究所硕士学位论文 余月份在7 3 9 7 天之间。8 级以上大风日数除3 - - 5 月份达到4 3 - - - 6 o 天，其余月份 在0 5 3 o 天之间。盘锦站多年平均大于6 级风的大风日数为9 4 0 天，大于8 级的大 风日数为4 9 5 天。 表2 5 鲅鱼圈海洋站、盘锦海洋站月平均风速、最大风速、风向及其大风日数( 1 9 6 1 - 1 9 9 1 ) t a b l e 2 - 5m o n t h l ym e a nw i n ds p e e d ，m a x i m u mw i n ds p e e d ，w i n dd i r e c t i o na n ds t r o n gw i n dd a y si n b a y u q u a no c e a ns t a t i o na n dp a n j i n go c e a ns t a t i o n ( 1 9 6 l - 1 9 9 1 ) 站名月份 l234567891 0l l1 2 钜 平均风速 ( m s ) 5 96 o6 26 66 15 14 54 85 46 47 06 45 8 鲅 瞬时风速 鱼 ( m s ) 2 6 02 6 o2 5 32 9 02 3 02 4 o2 2 32 9 o2 4 o2 8 o2 4 o3 1 o3 1 0 圈 风向nn n wn n wss s w( 3 )sn n wwn n e( 3 )ww 站 6 级 7 38 o8 29 77 93 32 o3 45 38 0l l - 38 68 2 8 芝8 级1 63 o4 36 o5 11 61 00 51 32 o2 51 75 1 2 平均风速 ( m s ) 4 15 1 5 86 5 5 6 6 25 76 35 96 16 36 35 8 最大风速 盘( m s ) 1 3 7 1 6 o1 7 02 0 01 8 o 1 7 7 2 0 o1 6 01 5 02 3 o1 4 01 5 o2 3 0 锦 s s ws 风向 n n e n n en es s wn n ws s es s w s ww n w n w n w n n w n w 站 6 级1 o4 57 59 04 08 59 57 51 1 o8 ol o 51 3 o9 4 0 芝8 级 o 52 o4 07 53 53 54 54 05 o7 03 05 o4 9 5 2 3 3 各向各级风频率 表2 6 鲅鱼圈各向各级风频率( ) ( 1 9 7 7 - 1 9 8 1 ) t a b l e 2 - 6t h ew i n df r e q u e n c yo fe a c hd i r e c t i o na n de a c hg r a d ei nb a y u q u a n ( ) ( 1 9 7 7 1 9 8 1 ) w sw nn n 风速n n n en ee n ee e s e s e s s ess s ws wwn wc www 0 o 5 41 92 52 83 23 21 52 - 37 47 13 23 73 42 21 81 6 1 95 8 5 5 1 0 71 53 75 01 30 3o 1o 73 21 0 03 o2 31 70 8o 5o 61 4 1 0 8 1 7 10 62 32 50 2o oo 10 oo 1o 50 2o 2o 1o 1 0 2 0 20 6 至1 7 20 10 40 1o o lo 0 lo 1 0 1 合计4 08 71 0 44 73 51 63 ol o 81 7 66 46 25 23 12 52 43 95 8 2 3 4 不同高度、不同重现期的设计风速 不同高度、不同重现期的大风风速是海上建筑物设计的重要依据，它需要当地2 0 年以上大风风速极值序列进行推算，这是研究区无法直接得到的。由于大风天气气候多 为大尺度天气系统，因此利用鲅鱼圈海洋站3 1 年的最大风速序列作为基本数据( 见表 2 7 ) ，利用在工区附近m a r e s - 5 海洋浮标资料的风速( 见表2 - 8 ) 与该站进行相关分析， 推算到海上，从而得到海面上i o m 高度处，l o m i n 的不同重现期的设计风速( 见表2 9 ) 、 阵风和不同时距的风速( 见表2 1 0 ) 。 8 2 区域气象要素 表2 - 7 鲅鱼圈历年最大风速( m s ) t a b l e 2 - 7t h em a x i m u mw i n ds p e e do v e rt h ec a l e n d a ry e a ri nb a y u q u a n 年份风速年份 风速年份风速年份风速 1 9 6 01 9 01 9 6 82 2 71 9 7 62 9 01 9 8 42 6 o 1 9 6 l2 0 81 9 6 92 6 41 9 7 72 4 o1 9 8 52 9 o 1 9 6 21 9 01 9 7 01 9 9 1 9 7 82 2 o 1 9 8 6 2 4 o 1 9 6 32 2 71 9 7 12 0 8 1 9 7 9 2 1 71 9 8 72 5 3 1 9 6 42 6 41 9 7 22 0 81 9 8 02 9 o1 9 8 82 4 0 1 9 6 5 2 2 71 9 7 32 0 8 1 9 8 l2 9 o 1 9 8 9 2 4 o 1 9 6 62 2 71 9 7 42 3 71 9 8 22 2 01 9 9 03 1 o 1 9 6 72 2 71 9 7 52 6 o1 9 8 32 2 o 表2 - 8m a r e s 一5 m a r e s 浮标处历年最大风速( m s ) t a b l e 2 - 8t h em a x i m u mw i n ds p e e do v e rt h ec a l e n d a ry e a ra tm a r e s 5 m a r e sb u o ya r e a 年份 风速 年份 风速年份风速 年份 风速 1 9 6 01 8 91 9 6 82 2 41 9 7 62 8 41 9 8 42 5 6 1 9 6 l2 0 61 9 6 92 5 91 9 7 72 3 71 9 8 52 8 7 1 9 6 21 8 91 9 7 01 9 。81 9 7 82 l - 81 9 8 62 3 7 1 9 6 32 2 41 9 7 12 0 61 9 7 92 1 51 9 8 72 4 9 1 9 6 42 5 91 9 7 2 2 0 6 1 9 8 02 5 61 9 8 82 3 7 1 9 6 52 2 41 9 7 32 0 61 9 8 l3 1 61 9 8 92 3 7 1 9 6 62 2 41 9 7 42 3 41 9 8 22 1 81 9 9 03 0 3 1 9 6 7 2 2 41 9 7 5 2 5 61 9 8 32 1 8 表2 _ 9 不同高度的多年一遇设计风速( m s ) t a b l e 2 - 9t h ed e s i g nw i n ds p e e di nm u l t i - y e a rr e t u r np e r i o do fd i f f e r e n th e i g h t s ( m s ) 泌 l51 03 0 5 0 1 0 0 高度( m ) 51 7 3 52 4 12 5 82 8 02 8 93 0 1 1 0 1 9 0 02 6 42 8 23 0 6 3 1 63 3 o 1 51 9 9 42 7 72 9 63 2 1 3 3 2 3 4 6 2 02 0 6 62 8 73 0 63 3 2 3 4 3 3 5 8 3 02 1 6 03 0 o3 2 o3 4 73 5 93 7 5 4 02 2 2 53 0 93 3 o3 5 83 7 o3 8 6 02 2 7 53 1 63 3 83 6 7 3 7 93 9 6 9 国家海洋局第一海洋研究所硕士学位论文 表2 1 0 阵风和不同时距的风速( m s ) t a b l e 2 1 0t h ew i n ds p e e do fg u s t yw i n da n dd i f f e r e n tt i m e d i s t a n c e ( m s ) 重现期( a ) l51 03 05 01 0 0 l o m i n 平均风速 1 9 o 2 6 4 2 8 23 0 63 1 6 3 3 o 3 s 阵风2 3 93 3 3 3 4 4 3 7 3 3 3 9 8 4 1 6 l m i n 平均风速2 1 32 9 63 1 63 4 2 73 5 43 7 0 l h 平均风速1 6 92 3 52 5 12 7 2 32 8 12 9 4 2 3 5 风压与阵风系数 风压系指与风向垂直结构物表面单位面积上在最大风速时所受的压力，单位为 k n m 2 。它是海洋工程结构的基本设计荷载之一，它直接关系到海洋平台的经济和安全。 基本风压一般是按离地l o m 高度处、3 0 年一遇的1 0 分钟平均最大风速计算的。根据建 筑结构荷载规范给出的营口地区基本风压为0 6 k n m 2 算出不同高度的风压值( 见表2 一1 1 ) 。 表2 1 1 不同高度风压值( k n m 2 ) t a b l e 2 1 1t h ew i n dp r e s s u r ev a l u eo fd i f f e r e n th e i g h t s ( k n m 2 ) 高度( m ) 51 01 52 0 3 0 4 0 5 0 风压 o 7 00 8 30 9 1o 9 81 0 8 1 1 5 1 2 2 由于大气湍流运动，在l o m i n 内某一短( 长) 时距的平均风速会大于( 或者小于) l o m i n 的平均风速。而在海洋工程设计中有时要由l o m i n 平均风速求取较长( 短) 时距 的风速值。为此利用m a r e s - - 5 浮标风资料计算在l o m i n 内，时距为l m i n 和3 s 平均 风速最大值与l o m i n 平均风速的比值，即： k ：鱼称之为相应时距的阵风系数，其中： 矿 v g ，为阵风风速( 3 s ，l m i n ) ；v ，为l o m i n 平均风速。 表2 一1 2 某石油平台上求得的阵风系数 t a b l e 2 1 2t h eo b t a i n e dg u s t i n e s sf a c t o ro ns o m eo f f s h o r ep l a t f o r m v h i nv l 。 v h v l _ t nv 抽i nv l h 1 0 m s l - 3 21 2 21 1 l1 0 7o 9 6 1 4 m s1 3 9 1 2 6 1 1 21 0 9o 8 9 2 4 气压 鲅鱼圈海洋站各月平均、最高、最低气压列入表垒一1 3 。 该站多年平均气压为1 0 1 5 1 h p a ，平均气压高值出现在1 1 月至翌年2 月，达到 1 0 2 2 8 , - - - 1 0 2 5 3 h p a ，平均气压低值出现在5 8 月，为1 0 0 2 5 1 0 0 8 4 h p a ；最高气压 达到1 0 4 4 4 h p a ，最低气压值为9 8 1 5 h p a ，其变化趋势与平均气压相类似。 1 0 2 区域气象要素 表2 - - 1 3 鲅鱼圈海洋站平均、最高、最低气压( h p a ) ( 1 9 6 0 - - 1 9 9 1 ) t a b l e 2 1 3t h ea v e r a g e m a x i m u m m i n i m u ma t m o s p h e r i cp r e s s u r ea tb a y u q u a no c e a ns t a t i o n c n p a ) ( 1 9 6 俨一1 9 9 1 ) 月份 l23 4567 891 0 l l 1 2 焦 平均气压 2 5 32 3 91 9 41 3 40 8 40 4 50 2 50 5 71 2 31 8 92 2 82 4 41 5 1 最高气压 4 4 24 1 93 9 23 1 82 4 o1 6 41 3 81 7 42 6 53 6 74 2 14 4 44 4 4 最低气压 0 1 30 0 2 9 6 7 8 1 58 5 58 5 38 5 28 8 89 4 59 8 9 0 3 09 5 9 8 1 5 注：表中数字 5 0 时加9 0 0 2 5 降水