《南海内波设计参数区划及应用指南》

1南海内波设计参数区划及应用指南本文件规定了中国南海内波数据获取和识别、内波区划和内波设计参数应用的原则和技术要求。本文件适用于南海油气田勘探开发、工程设计和海上作业等活动，海上风电项目和其他相关行业经评估后参考使用。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T12763.1海洋调查规范第1部分：总则GB/T12763.2海洋调查规范第2部分：海洋水文观测GB/T15918海洋学综合术语GB/T15920海洋学术语物理海洋学GB/T44310海上固定平台总体设计规范CH/T3034海洋内波遥感调查技术规范SY/T10012海上油气钻井井名命名规范3术语和定义GB/T15918和GB/T15920界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1有限空间范围内，不同孤子谐波组成的整体包络波动现象。[来源：CH/T3034—2023，3.3]3.2内孤立波波形在层化海洋中沿水平方向向前推进的速度。3.3传播方向propagationdirection内孤立波波形在层化海洋中沿水平面向前推进的方向。3.4可见光遥感图像visiblelightremotesensingimage利用遥感传感器接收并记录目标反射的可见光波段电磁辐射所获取的图像。注：在内波观测中，可见光遥感主要利用海面的太阳耀斑（sunglint）效应——即内波流场调制海表粗糙度，改变太阳光反射率形成的明暗条纹——来识别内波。与SAR遥感图像相比，其获取受限于白天及3.5内波internalwave2在层化海洋内部发生的以重力为恢复力的波动。[来源：GB/T15920—2010，2.4.49]3.6在特定水深和密度层结条件下，物理上可能产生的最大内波流速。3.7内波流internalwave-inducedcurrent当内波在密度分层的海水中传播时所产生的水质点运动，通常包含水平和垂直方向的流动。3.8内孤立波internalsolitarywave在密度层化海洋中传播的一种强非线性大振幅内波，因非线性与频散效应平衡，其在传播过程中波形近似保持不变，通常伴随着短时强流。3.9锚系于海底，主浮体及所搭载的海洋观测仪器均位于水面以下的定点观测系统。3.10利用合成孔径雷达技术获取的高分辨的微波遥感图像，具备全天时、全天候、高分辨、大幅宽等特注：在内波观测与参数区划中，SAR遥感图像通过记录内波流场引起的海表微波后向散射截面变化（常表现为明暗相间的条纹），是提取内孤立波空间分布、波峰线形3.11温跃层thermocline海水温度在铅直方向上出现跃变的水层。[来源：GB/T15920—2010，2.1.31]3.12内孤立波通过时，海洋内部等密度面（或温跃层）偏离其初始平衡位置的最大垂直位移。4总体要求4.1宜获取工程场址或周边海域不少于连续1年的实测数据，开展内波工程参数分析。4.2宜获取工程场址或周边海域10年以上可见光遥感图像或SAR遥感图像，开展内波遥感数据分析。4.3在缺少内波实测及模拟数据的条件下，可参考周边海域内波数据。5内波数据获取5.1通则5.1.1内波数据获取方式主要包括现场观测、遥感观测和文献记录收集。海洋内波调查与数据获取应符合GB/T12763.1的有关规定。5.1.2在进行内波海上观测前，应根据海上油气开发的具体需求开展针对性的技术设计，明确观测要素、观测方式、站位选择和系统设计要求等。35.2现场观测数据5.2.1观测要素海洋内波观测要素宜包括海水温度、盐度、海流及根据需求观测的其他要素。观测要素的性能指标见附录A。5.2.2观测方式5.2.2.1现场观测主要包括潜标观测、浮标观测、平台观测和座底式观测。5.2.2.2200m以深区域，宜采用潜标观测、浮标观测，设备包括测温仪、温盐深仪、声学多普勒海流剖面仪、单点海流计等。5.2.2.3100m以浅区域，宜采用平台观测、座底式观测，设备包括声学多普勒海流剖面仪、单点海流计等。5.2.2.4水深100m至200m区域，宜根据实际情况采用潜标观测、浮标观测或平台观测、座底式观测。5.2.3站位选择观测站位选择应考虑：a)目标设施所在位置附近海域；b)海床平整度及底质情况；c)对其他海上作业和海底管缆的影响；d)周边海上作业、渔业活动和海上设施等对观测的影响。5.2.4观测系统设计观测系统设计宜满足对观测要素的采集，并考虑如下要求：a)观测要素采样记录间隔宜采用1min，最长不超过3min；b)传感器选型应满足耐压要求；c)宜通过系统张力和海流阻力进行浮力设计校核，浮力设计校核要求见附录B；d)水温观测设备可采用不等间隔分布的方式，在温跃层附近宜加密观测；e)防腐蚀、防污损；f)宜采用双释放器并联的方式；g)渔业活动较多的观测区域，可在锚系顶部增加卫星通信报警模块。5.2.5数据处理5.2.5.1观测成果的质量控制管理应符合GB/T12763.2的有关规定。5.2.5.2根据获取的现场实测内波数据，计算内波的水动力特征参数，包括但不限于到达时间、持续时间、最大振幅、内波可能最大流速、各层流速、各层流向等。5.3遥感数据5.3.1数据获取5.3.1.1收集调查区域范围内的可见光遥感图像和SAR遥感图像。遥感图像应覆盖整体或者部分调查区域，空间分辨率宜优于500m。5.3.1.2待原始遥感数据获取结束，应按照CH/T3034的相关要求填写数据获取记录表。5.3.2数据处理45.3.2.1对可见光遥感图像和SAR遥感图像进行辐射校正和几何校正。5.3.2.2填写内波遥感调查处理后数据记录表和海洋内波遥感调查处理后遥感数据的元数据文件表，格式应符合CH/T3034的有关规定。5.3.2.3根据获取的内波遥感数据，统计并分析内波的位置分布、传播方向和时空特征。5.4文献记录数据5.4.1宜收集工程场址及周边海域的学术文献等所记载的内波信息。5.4.2文献记录数据宜作为内波参数设计的辅助。6内波数据识别6.1观测数据识别内波6.1.1利用平台观测或座底式观测流速数据，绘制东西向（U分量）和南北向（V分量）流速的变化情6.1.2利用潜标或浮标的温度及流速观测数据，绘制东西向（U分量）和南北向（V分量）流速及等温线的变化情况。6.1.3根据流速及等温线绘制结果，识别流速快速增强及等温线快速下沉过程，并根据其波形变化判断内波事件。6.1.4针对所判断出的内波事件，计算内波经过时所引起的最大流速，以及内波经过时引起的最大垂向等温线起伏。6.2遥感数据识别内波可通过以下特征，在可见光遥感图像和SAR遥感图像上识别内波：a）遥感图像上先亮后暗或先暗后亮的波峰线条带；b）位于浅水海域、与地形等深线基本平行的波峰线条带；c）波峰线间距依次递减的波峰线条带。7.1油气区分区标准7.1.1本文件中，南海北部油气区所对应的地理范围系指北纬17°~24°,东经108°~121°。7.1.2本文件中油气区所在方度区及其名称遵循SY/T10012中3.1的相关规定，方分块及其命名规则符合SY/T10012中3.2的相关要求。各方度区的经纬度范围见图1，方分块的区划示意图见图2。图1南海北部油气区的区划水深图图2方分块区划示意图7.2油气区内波频次分布7.2.1根据可见光遥感图像和SAR遥感图像统计分析南海北部油气区的内波出现频次，将油气区内波频次分为频繁、经常、时有、偶发和罕见五个级别。7.2.2南海北部油气区的内波频次分布见图3，内波频次分级情况见附录C。6图3南海北部油气区内波频次分布图8内波设计参数应用8.1内波统计规律8.1.1根据历年观测及统计结果，南海内波每年3月开始频繁出现，4月至6月出现次数最多；进入秋冬季，由于南海冬季风对水体的扰动加剧，使其层化减弱，内波出现次数也开始递减，每年12月至次年2月次数最少。8.1.2内波具有明显的随农历日期变化的特征。农历每月上旬和下旬会有两次出现高峰，农历每月中旬和月底有两次低谷。内波发生及演变规律见附录D~附录F。8.1.3内波频发的海域开展海上作业宜根据内波出现规律选择作业窗口并制定应对措施。8.2内波影响区域判别8.2.1宜根据油气区内波频次分级情况（见表C.1）或海上作业期间的记录判别该区域是否为内波影响海域。8.2.2油气区内波频次分级为“罕见”的区域，可暂不考虑内波影响。8.2.3油气区内波频次分级为“偶发”的区域，宜通过温度、盐度及海流观测数据分析，判别内波影响程度及是否考虑内波参数。8.2.4内波频次分级为“时有”的油气区，工程设计阶段应提供内波设计参数。8.2.5内波频次分级为“经常”的油气区，工程设计阶段应提供内波设计参数；海上作业阶段应关注内波对海上作业安全的影响，必要时宜考虑内波预警支持。8.2.6内波频次分级为“频繁”的油气区，工程设计阶段应提供内波设计参数；海上作业阶段应关注内波对海上作业安全的影响，大型海上施工作业宜配有内波预警支持。8.3内波设计参数工程应用8.3.1在缺少内波实测及模拟数据的海域，内波设计参数可参考附录G。78.3.2海上固定平台内波荷载计算应符合GB/T44310的有关规定。内波引起的海流设计参数通常不与台风工况下的风、浪叠加组合。8.3.3应评估内波作用下海上浮式平台的运动、系泊张力和立管张力，以保障内波作用下浮式结构系统的安全。8.3.4内波致疲劳分析宜考虑内波发生频次及持续时间，持续时间宜根据内波流速峰值的半峰宽确定。8.3.5海上安装阶段、提油作业阶段等海上作业，应考虑内波对作业船舶、平台的影响。8.3.6在进行钻井平台锚泊分析校核时，应充分考虑内波以一系列波包形式出现的特点，不应仅以单个内波对平台锚泊性能进行校核。8.4海上作业内波预警8.4.1预警等级8.4.1.1根据海上作业的内波预警需求，内波作业预报可分为气候窗分析、数值预报和现场观测预警三个等级。8.4.1.2气候窗分析主要基于内波与天文潮发生规律的统计关系来确定，预报精度为数天。8.4.1.3数值预报主要基于内波数值仿真及预测模型来推算内波发生时间，预报精度为数小时。8.4.1.4现场观测预警基于内波实时观测数据，推算内波发生时间、强度、流速及移动速度，预报精度为小时或数分钟。8.4.1.5内波预警方式可依据内波分级情况、海上作业类型和安全性要求等综合确定。8.4.2现场观测预警系统8.4.2.1现场观测预警系统的站位布设应根据预警时间要求、内波传播速度及主要来源方向等要素综合确定。8.4.2.2现场观测预警系统宜在内波传播路径上的1至2个点位开展实时现场观测，实时获取内波的传播速度、方向及强度，并通过卫星