專利名稱：一種海底防侵蝕和促淤系統(tǒng)及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海底促淤技術(shù)，具體地說是一種海底防侵蝕和促淤系統(tǒng)及 其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
自上世紀(jì)80年代起，伴隨著我國(guó)海底油氣資源的開發(fā)，在近海海底陸 續(xù)鋪設(shè)了大量海底油氣管線(海管)，因海洋環(huán)境的變化，特別是海底底 流的變化，造成海管淘空部位的空間位置具有明顯的變化，如進(jìn)一步發(fā)展, 有可能會(huì)造成海底管線完全懸空，從而危及管線的安全。目前常用的保護(hù)方法有在管線附近的海底進(jìn)行堆沙袋、拋放礫石、瀝 青沉床等。50m水深以內(nèi)用堆沙袋的方法用來(lái)支撐鋪設(shè)于海底的管線懸空 段(參見圖1),最簡(jiǎn)單、也最節(jié)約開支，但北海海域的試驗(yàn)表明，傳統(tǒng)的 沙袋對(duì)于保護(hù)管線不受機(jī)械損傷效果不是很好。拋放礫石方法廣泛應(yīng)用于 處理管線懸空問題，可以沿全部懸空段拋放，也可以在管線懸空段選擇幾 個(gè)點(diǎn)點(diǎn)拋放礫石，形成礫石堆以保護(hù)管線，但是拋放礫石，在一定局部條 件下，因石頭發(fā)生沉降而需要進(jìn)一步的維護(hù)和控制。瀝青沉床雖具有很好 的撓曲性，在較深的水中，瀝青沉床據(jù)認(rèn)為更適合用來(lái)保護(hù)管線暴露段， 不足之處在于極重的自重加大了施工難度，另外，使用水下沉床(參見圖3 ), 如同使用任何剛性物體一樣，其邊緣處仍會(huì)發(fā)生沖刷，并造成緩慢沉降， 從而要進(jìn)一步的處理。因此這些傳統(tǒng)的手段都有各自不可避免的缺點(diǎn)，急 需一種全新的更加有效的方法來(lái)治理海底侵蝕及促淤問題。在現(xiàn)有技術(shù)中，有一種采用人工海草式沉床鋪設(shè)在管線上來(lái)解決海底 促淤的辦法，其人工海草為單體技狀，侵蝕促淤治理的效果不夠；也有釆 用錨"種植"人工海草于海底的方法，錨的結(jié)構(gòu)為系有繩帶的具有導(dǎo)向機(jī) 構(gòu)的片材(參見圖4),不足在于加工不便，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。發(fā)明內(nèi)容為了克服上述不足，本發(fā)明的目的在系統(tǒng)于提出一種侵蝕促淤治理的 效果更佳、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工、安裝方便，且成本低的海底防侵蝕和促淤系 統(tǒng)及其應(yīng)用。本發(fā)明技術(shù)方案如下海底防侵蝕和促淤系統(tǒng)為網(wǎng)狀柔性框架結(jié)構(gòu)的人工海草通過錨定系 統(tǒng)固定在海底結(jié)構(gòu)；其中所述人工海草具有柔性枝干，海草葉片為簾狀結(jié) 構(gòu)，壓縮串穿在柔性枝干上，形成串形可自然散開的片狀結(jié)構(gòu)，所述技干的底部與連接在錨定系統(tǒng)上的柔性框架連接；其中所述柔性枝干和柔性框架采用尼龍繩；所述海草葉片釆用聚乙烯或者聚丙烯材料，比重為0.1 0.7g/cm3;所述錨定系統(tǒng)由一可以開和的彈性葉片、系有纜繩的支撐桿及樁桿組 成，所述葉片頂尖部與支撐桿固接，整體呈現(xiàn)箭頭結(jié)構(gòu)，支撐桿與樁桿插 接，支撐桿上系有的纜繩的自由端與柔性框架相連。所述海底防侵蝕和促淤系統(tǒng)的應(yīng)用將所述網(wǎng)狀柔性框架結(jié)構(gòu)的人工 海草通過錨定系統(tǒng)固定在鋪設(shè)于海底的管線的上游，或所述鋪設(shè)于海底的管線的上方；或固定在需要促淤或阻止侵蝕的海底。具有如下有益效果1. 采用本發(fā)明人工海草"捕捉"泥沙沉積，由于人工海草下水后，簾 狀結(jié)構(gòu)、壓縮串穿在柔性枝干上的串形葉片可隨水流自然散開，沉積后形 成由纖維加固的沙壩，可以顯著提高輸油海管附近海底侵蝕促淤治理的效 果，消波緩流的作用好。2. 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明錨結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工(無(wú)需加工導(dǎo)向機(jī)構(gòu))、 安裝(如所鋪設(shè)的輕型人工海草回避了因像瀝青的自重帶來(lái)的施工難度問 題)方便，且費(fèi)用較低。3. 本發(fā)明系統(tǒng)只有"一次性"安裝，即可為解決海底沖刷問題提供永 久工程解決方案，此后不會(huì)發(fā)生新的沉降(如礫石在一定局部條件發(fā)生的沉 降和水下沉床邊緣處發(fā)生沖刷的現(xiàn)象而造成緩慢沉降)，不需要重復(fù)維護(hù)。4. 應(yīng)用本發(fā)明于海底后所形成的沙壩非但不影響而且有利于海洋生物 的生長(zhǎng)和漁業(yè)，對(duì)環(huán)保有利。5. 本發(fā)明系統(tǒng)在深水和淺水環(huán)境中都有效。6. 應(yīng)用本發(fā)明所形成的沙壩本身可吸收能量，其緩沖作用可以保護(hù)需 要促淤或阻止侵蝕的海底或管線等海底設(shè)施免受波浪\潮流等的破壞，加強(qiáng) 海底承載力一經(jīng)本發(fā)明所述人工海草的自然攪動(dòng)可以大大加強(qiáng)泥沙的壓實(shí) 作用，從而提高海底承載力。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中用堆沙袋的方法用來(lái)支撐鋪設(shè)于海底的管線懸空段 實(shí)例示意圖。圖2為現(xiàn)有技術(shù)中拋放礫石來(lái)支撐鋪設(shè)于海底的管線的實(shí)例示意圖。 圖3為現(xiàn)有技術(shù)中水下沉床(混凝土)來(lái)保護(hù)鋪設(shè)于海底的管線的實(shí) 例示意圖。圖4-l為現(xiàn)有技術(shù)中錨的實(shí)例示意圖(插入沙中過程)。圖4-2為現(xiàn)有技術(shù)中錨的實(shí)例示意圖(在沙中提起情況)。圖5-1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例人工海草結(jié)構(gòu)示意圖。圖5-2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例人工海草葉片結(jié)構(gòu)展開圖。圖6-l為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例用于海草鋪設(shè)的錨結(jié)構(gòu)示意圖(合攏狀態(tài))。圖6-2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例用于海草鋪設(shè)的錨結(jié)構(gòu)示意圖(張開狀態(tài))。圖7-l為本發(fā)明一個(gè)應(yīng)用例示意圖(上游位置)。 圖7-2為本發(fā)明一個(gè)應(yīng)用例示意圖(上表面位置)。圖7-3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例錨定系統(tǒng)在網(wǎng)狀框繩上的錨定位置示意圖。圖8本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例海草促淤效果示意圖。圖9本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例潮汐過程中沙灘及海草帶底層流速對(duì)比圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明海底防侵蝕和促淤系統(tǒng)制備分三步l)制作符合技術(shù)要求、具 有海草功能的人工海草。2)將人工海草按照一定排列間距在現(xiàn)場(chǎng)編織成網(wǎng)。 3)將所述人工海草用本發(fā)明設(shè)計(jì)的錨定系統(tǒng)進(jìn)行固定。海底防侵蝕和促淤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)將網(wǎng)狀柔性框架結(jié)構(gòu)的人工海草通過錨 定系統(tǒng)固定在海底；其中所述人工海草具有柔性枝干，葉片為簾狀結(jié)構(gòu)， 壓縮串穿在柔性枝干上，形成串形可自然散開的片狀結(jié)構(gòu)，所述枝干的底 部與連接在錨定系統(tǒng)上的柔性框架連接。其中所述柔性技干和柔性框架采用尼龍繩；所述葉片采用聚乙烯或者 聚丙烯材料，比重大大小于水的比重，可以為0.1 0.7g/cm3 (本實(shí)施例為 聚乙烯材料制成，比重為0.22g/cm3)。它具有耐腐蝕，強(qiáng)度大(用于對(duì)海 底電纜或輸油管道的保護(hù)，防止流沙)、草硬度適中，不容易倒伏等特點(diǎn)。 將海草編織在尼龍繩(柔性框架)上，編織成排。如圖5-l、 5-2所示，本實(shí)施例人工海草表現(xiàn)為直徑15mm,長(zhǎng)10m的 粗繩上掛100根50cm長(zhǎng)(根據(jù)具體情況，長(zhǎng)度可以調(diào)整；葉片為5道縱向 網(wǎng)格、7cm寬的簾狀網(wǎng)布(18m壓縮后的長(zhǎng)度))的海草，海草在柔性框 架上所設(shè)置的間距為10cm，當(dāng)然人工海草的長(zhǎng)度可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)，也可 以為lm。另外需要直徑15mm的粗繩(柔性框架)若干，用于交叉編織成 排的海草，直徑約5mm的細(xì)繩(柔性枝干)若干，用來(lái)拴錨。本發(fā)明鋪 設(shè)在水下的人工海草，由于其枝干為柔性，加之海草葉片的比重遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 水，使其可在水中自然向上漂浮。如圖6-l、 6-2所示為本發(fā)明為人工海草鋪設(shè)的錨定系統(tǒng)。所述錨定系 統(tǒng)由一可以開和的彈性葉片3、系有纜繩l的支撐桿2及樁桿組成，所述葉 片3頂尖部與支撐桿2 (本實(shí)施例釆用長(zhǎng)15cm、直徑1.5cm的鋼管)通過 鉚釘4固接，整體呈現(xiàn)箭頭結(jié)構(gòu)，支撐桿2為管狀結(jié)構(gòu)，樁桿(圖中未示 出)一端設(shè)一凸起，通過樁桿的凸起端與管狀支撐桿2插接，支撐桿2上 系有的纜繩1的自由端與柔性框架相連。如圖7-3所示，錨定系統(tǒng)在網(wǎng)狀框 繩上的錨定位置。當(dāng)利用鋼管將錨打入海底時(shí)，葉片合攏，達(dá)到合適深度 后，當(dāng)纜繩上提時(shí)，葉片張開，使阻力加大，起到錨定人工海草的目的。海底防侵蝕和促淤系統(tǒng)應(yīng)用將所述網(wǎng)狀柔性框架結(jié)構(gòu)的人工海草通 過錨定系統(tǒng)固定在鋪設(shè)于海底的管線的上游(參見圖7-1,其中管線用黑 色長(zhǎng)框表示，本實(shí)施例網(wǎng)狀柔性框架結(jié)構(gòu)的人工海草5塊連接在一起鋪設(shè)在右側(cè)即上游處，每塊鋪設(shè)錨定系統(tǒng)的位置參見圖7-3);其人工海草鋪設(shè) 方法在岸上先將加工好的人工海草按照一定的網(wǎng)格編制成片(墊)，然 后由潛水員下水在管線海流上游方向鋪設(shè)或直接將管線覆蓋。 本發(fā)明促淤原理侵蝕是自然現(xiàn)象，當(dāng)一個(gè)固體物體放置到由松散沉積物(如沙)構(gòu)成的海 底時(shí)，在流動(dòng)水體中就會(huì)發(fā)生侵蝕。水流碰到固體時(shí)局部流場(chǎng)改變流速加大， 并產(chǎn)生渦流，這些特性造成海底表面剪應(yīng)力加大，從而使海底沉積物被抬升、 懸浮，這樣產(chǎn)生的侵蝕會(huì)逐漸積累。侵蝕可以很慢，也有可能很快，往往在淺 水區(qū)侵蝕作用發(fā)展更快。在管線鋪設(shè)區(qū)，可以造成管線的懸空。由于海底沖刷問題是由流速過大引起的，從根本上解決沖刷問題的辦 法是降低流速和與流速相關(guān)的沉積物搬運(yùn)率，利用本發(fā)明以人工海草為主 體的促游系統(tǒng)可以達(dá)到降低流速和促淤的目的。采用本發(fā)明促淤系統(tǒng)的效果可以這樣比喻，它就像熱帶沿海地區(qū)，天 然紅樹林能抵御海浪對(duì)海岸侵蝕的天然屏障一樣，起到了降低流速和促淤 作用，以利用人工海草"捕捉"泥沙沉積。通過展開的人工草葉系統(tǒng)使流 速降低，進(jìn)而可以立即阻止沖刷侵蝕的發(fā)生；流速降低后，使沉積物在作為"種草"的人工海草的海底區(qū)沉積下來(lái)。 這種回填作用可以將侵蝕坑填平，并在"種草"區(qū)附近形沙壩(參見圖7)。按照此原理，在海底發(fā)生移動(dòng)的地方，安置人工海草墊，這樣可降低 管線附近局部流速和湍流強(qiáng)度，從而不但減弱了侵蝕，也使得沙在人工海 草間沉積下來(lái)，最終可形成一條管線的保護(hù)沙壩。實(shí)施例2與實(shí)施例l不同之處在于其中所述葉片釆用聚丙烯材料，比重為0.68g/cm3。 海底防侵蝕和促游系統(tǒng)應(yīng)用直接將所述網(wǎng)狀柔性框架結(jié)構(gòu)的人工海 草通過錨定系統(tǒng)固定在海底發(fā)生移動(dòng)的地方的海岸線(需要促淤或阻止侵燭的海底)本發(fā)明進(jìn)行人工海草促淤實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果。結(jié)果表明，海草鋪設(shè)越多、 越密，則海底表面附近流速降低越多。圖9所示為沒有鋪設(shè)海草的海灘和 鋪設(shè)海草的海灘經(jīng)歷同一潮沙過程時(shí)海底流速對(duì)比，測(cè)量結(jié)果顯示鋪設(shè)了 本發(fā)明海草的海灘流速明顯要小于沒有鋪設(shè)海草的海灘流速。實(shí)施例3與實(shí)施例l不同之處在于其中所述葉片材料的比重為0.4g/cm3。海底防侵蝕和促淤系統(tǒng)應(yīng)用在 鋪設(shè)于海底的管線的上表面(參見圖7-2,其中用黑色長(zhǎng)框表示的管線由 網(wǎng)狀柔性框架結(jié)構(gòu)的人工海草覆蓋，本實(shí)施例網(wǎng)狀柔性框架結(jié)構(gòu)的人工海 草8塊連接在一起鋪設(shè)在管線上方，每塊鋪設(shè)錨定系統(tǒng)的位置參見圖7-3)。
權(quán)利要求
1. 一種海底防侵蝕和促淤系統(tǒng)，其特征在于為網(wǎng)狀柔性框架結(jié)構(gòu)的人工海草通過錨定系統(tǒng)固定在海底結(jié)構(gòu)；其中所述人工海草具有柔性枝干，海草葉片為簾狀結(jié)構(gòu)，壓縮串穿在柔性枝干上，形成串形可自然散開的片狀結(jié)構(gòu)，所述枝干的底部與連接在錨定系統(tǒng)上的柔性框架連接。
2. 按照權(quán)利要求l所述海底防侵蝕和促淤系統(tǒng)，其特征在于其中所 述柔性枝干和柔性框架釆用尼龍繩。
3. 按照權(quán)利要求l所述海底防侵蝕和促淤系統(tǒng)，其特征在于所述海 草葉片采用聚乙烯或者聚丙烯材料，比重為0.1 0.7g/cm3。
4. 按照權(quán)利要求l所述海底防侵蝕和促淤系統(tǒng)，其特征在于所述錨 定系統(tǒng)由一可以開和的彈性葉片、系有纜繩的支撐桿及樁桿組成，所述葉 片頂尖部與支撐桿固接，整體呈現(xiàn)箭頭結(jié)構(gòu)，支撐桿與樁桿插接，支撐桿 上系有的纜繩的自由端與柔性框架相連。
5. —種按照權(quán)利要求l所述海底防侵蝕和促淤系統(tǒng)的應(yīng)用，其特征在 于將所述網(wǎng)狀柔性框架結(jié)構(gòu)的人工海草通過錨定系統(tǒng)固定在鋪設(shè)于海底 的管線的上游，或所述鋪設(shè)于海底的管線的上方。
6. —種按照權(quán)利要求l所述海底防侵蝕和促淤系統(tǒng)的應(yīng)用，其特征在 于將所述網(wǎng)狀柔性框架結(jié)構(gòu)的人工海草通過錨定系統(tǒng)固定在需要促游或 阻止侵蝕的海底。
全文摘要
本發(fā)明涉及海底促淤技術(shù)，具體地說是一種海底防侵蝕和促淤系統(tǒng)及其應(yīng)用。海底防侵蝕和促淤系統(tǒng)為為網(wǎng)狀柔性框架結(jié)構(gòu)的人工海草通過錨定系統(tǒng)固定在海底結(jié)構(gòu)；其中所述人工海草具有柔性枝干，海草葉片為簾狀結(jié)構(gòu)，壓縮串穿在柔性枝干上，形成串形可自然散開的片狀結(jié)構(gòu)，所述枝干的底部與連接在錨定系統(tǒng)上的柔性框架連接。所述錨定系統(tǒng)由一可以開和的彈性葉片、系有纜繩的支撐桿及樁桿組成，所述葉片頂尖部與支撐桿固接，整體呈現(xiàn)箭頭結(jié)構(gòu)，支撐桿與樁桿插接，支撐桿上系有的纜繩的自由端與柔性框架相連。本發(fā)明具有防侵蝕、促淤治理的效果更佳、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工、安裝方便，且成本低的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)F16L1/12GK101265696SQ20071001392
公開日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2007年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月17日
發(fā)明者存 楊, 范奉鑫, 軍 閻, 黃健福 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院海洋研究所;金明石油有限公司