2025, Vol. 49
文章信息
- 高敏, 马小川, 何艺玮, 龚腾. 2025.
- GAO Min, MA Xiaochuan, HE Yiwei, GONG Teng. 2025.
- 单向流作用下活动沙丘对过境管道附近底床冲刷影响研究
- Study on the effect of active sand dune on seabed scouring near transit pipeline under unidirectional flow
- 海洋科学, 49(1): 21-31
- Marine Sciences, 49(1): 21-31.
- http://dx.doi.org/10.11759/hykx20241125001
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文章历史
- 收稿日期：2024-11-25
- 修回日期：2025-01-10
2. 中国科学院海洋研究所 海洋地质与环境重点实验室, 山东 青岛 266071;
3. 中国科学院大学, 北京 100049
2. Key Laboratory of Marine Geology and Environment, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China;
3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
海底环境复杂, 在海洋水动力等作用下, 海底管道周围沉积物易受到冲刷侵蚀, 使得管道下方形成冲刷坑, 致使管道悬空(图 1)。管道悬空会给管道安全带来巨大风险, 有可能导致管道失效使油气泄漏, 引发海洋环境灾害和巨量经济社会损失[2]。因此, 深刻认识不同海洋环境下海底管道底部冲刷规律及其机制具有重要的社会经济价值和科学意义。
早期海底管道底部冲刷研究主要围绕冲刷发生条件、平衡冲刷深度等问题展开, 不同学者进行了大量的物理实验和数值模拟研究[3-8], 提出了不同的经验或半经验公式。例如LI等[9]等建立了势流模型用于数值模拟, 准确预测了冲刷坑的最大深度; LIANG等[10]对比分析不同的湍流模型对管道后方水流状态的预测效果, 并基于k–ε湍流模型进行管道局部冲刷计算, 准确预测了冲刷剖面; FUHRMAN等[11]通过求解雷诺平均N-S方程, 研究了振荡流条件下海底管道冲刷的问题及K-C数对管道冲刷的影响。LIU[12]通过求解RANS方程来研究海底坡度对冲刷剖面和冲刷深度的影响, 并提出近岸斜坡上泥沙冲刷深度预测方程。HU等[13]基于Flow-3D的水动力和泥沙输送二维模型, 应用RNG k–ε湍流模型, 研究了流速、沉积物粒度、管道直径等对海底管道平衡冲刷深度的影响; LI等[14]沿用HU等[13]的模型以预测影响悬浮和部分埋地管道的冲刷深度。LI等[15]考虑海底上升渗流时的平衡冲刷深度, 研究结果表明, 在向上的水力梯度作用下, 平衡冲刷深度保持在管道直径的0.6~0.8倍范围内。NAJAFZADEH[16]推导了水流对管道冲刷深度的最优评价方程, 包括水力参数、泥沙参数和几何参数。LARSEN等[17]模拟海底管道下的波浪加水流冲刷, 系统分析了冲刷深度时间序列矩阵, 并建立了波浪复合环境下冲刷时间尺度的新的广义表达式。MOHR等[18]利用两个经验方程预测了稳定流条件下海洋沉积物管道下方冲刷速率。
POSTACCHINI等[19]对放置于弱黏性海床上的海底管道周围冲刷进行了研究, 发现冲刷深度与黏土含量的直接关系平衡了流动性指数LI的缺少。ZHAO等[20]研究了稳定流下, 两个串联管道周围的冲刷深度。在清水和动床条件下, 两个管道下方的冲刷深度相似。KIM等[21]研究了波浪作用下管道局部冲刷深度, 结果表明, 在水平床的情况下, K-C数与冲刷深度具有最高的相关性; 但在倾斜床的情况下, 相关性显著降低。MA等[22]建立CFD-CGDEM耦合模型, 以计算管道下方冲刷深度, 且模型计算结果与实验结果吻合较好。YU等[23]使用RNG k–Ɛ模型建立了波流-海底管道-粉质砂海底的三维数值模型, 分析波流和水流作用下黄河三角洲周围管道冲刷特性, 发现流速与冲刷深度呈正相关。ZHAI等[24]建立了新的二维模型: PORO-FSSI-SCOUR-FOAM, 研究波流诱发的管道局部冲刷, 研究表明, 表面波浪引起的土壤动力响应会促进冲刷剖面的发展, 并在一定程度上增加最大冲刷深度。KARAMZADEH等[25]分析了具有保护结构的水下管道冲刷深度, 并建立了两个回归方程来预测冲刷坑的长度和深度。
当前关于海底管道底部冲刷的研究考虑沉积物参数、波浪以及不同模型的影响, 但这些研究大多集中于铺设在平坦海床上的管道场景, 对复杂海床上海底管道底部冲刷的研究缺乏, 南海北部、北部湾、东海等海域广泛发育海底沙波等活动地貌[26-28], 是海底管道路由登陆的必经区域。海底活动地貌存在及其频繁活动[29]对过境油气管道带来安全风险, 然而, 目前对处于复杂海底底床特别是活动底床区域的管道冲刷规律和机制的理解不足。
本文引入沙丘底床开展水槽实验, 模拟不同场景下海底管道赋存状态对过境活动沙丘发育和移动的响应, 讨论了不同条件对管道局部冲刷的影响; 通过数值模拟实验探究在沙丘底床上海底管道周围动力特征, 并提出了活动沙丘对过境海底管道底部冲刷的影响机制, 为海底管道冲刷风险评估和安全维护提供参考。
1 材料与方法 1.1 水槽实验 1.1.1 实验装置实验在水槽中进行, 水槽壁由透明钢化玻璃制成, 实验区域如图 2(a)所示。水槽长10.0 m、宽0.4 m、深0.5 m, 水槽两端分别设置蜂窝形稳流装置, 中部为有效工作段, 长3.0 m, 有效工作段中部含有长1.0 m的实验段, 实验段下陷沙床厚度为0.20 m, 实验中将模型沙铺满整个沙坑。水槽通过智能化流动控制系统, 可产生稳定的均匀单向流。实验管道模型直径为25 mm, 实验水深为0.30 m, 沙丘波高、波长分别为0.10、0.52 m, 背流侧夹角为30°。
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| 图 2 管道冲刷实验设置图 Fig. 2 Flume experimental setup |
本次实验利用自研水下三维地形扫描仪, 采用激光脉冲测距的方式获取海床地形高程数据。在不排水情况下, 使用该设备扫描冲刷一定时间后的底床, 从而得到底床高程, 进而获得底床形态数据, 数据精度为毫米级。本文冲刷深度、冲刷长度定义如图 1所示, 文中所采用的统计数据为冲刷深度和冲刷长度的最大值。
1.1.2 实验条件设置研究海底管道局部冲刷实验主要考虑4个因素对冲刷的影响: 管道相对沙丘的位置、水流流速、管道埋深和管道延伸角度。模拟实验使用同一种均匀松散沙, 泥沙中值粒径d50=0.62 mm, 相对密度s=2.65。为了解沙丘对海底管道局部冲刷影响, 实验模拟管道在沙丘迎流侧和背流侧过境的场景(图 3)。实验考虑管道初始埋深(管道底部埋入底床深度, e)和管道延伸角度(a)对管道局部冲刷发展的影响, 实验初始埋深设置为0、10、25 mm; 管道延伸角度设置为0°、15°、30°和45°。
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| 图 3 管道相对沙丘不同位置的初始海床 Fig. 3 Initial seabed at different locations of the pipeline relative to the dune |
本次实验在单向流作用下进行, 为设计合适流速条件以完成冲刷模拟, 首先利用Soulsby计算方法计算起动流速。SOULSBY[30]根据大量泥沙起动实验结果, 总结提出了在水流、波浪和波流联合作用下都能够使用的临界希尔兹参数θcr经验表达式:
| $ {\theta _{cr}} = \frac{{0.3}}{{1 + 1.2{D_*}}} + 0.055\left[ {1 - \exp \left( { - 0.02{D_*}} \right)} \right], $ | (1) |
式中: D*为无量纲泥沙粒径参数, 其定义为: D*=[g(s–1)/v2]1/3/d, 其中, v为流体运动黏性系数, 本文取值为10–6 m2/s。
SOULSBY[30]还提出了希尔兹参数θ的计算公式:
| $ \theta = \frac{{{\tau _s}}}{{\rho g\left( {s - 1} \right){d_{50}}}}, $ | (2) |
式中: τs=ρCDu2, CD={к/[ln(zos/h)+1]}2, 卡门系数κ=0.4, zos=d50/12。
根据上述公式, 求得实验沙的临界希尔兹参数为θcr=0.10, 对应临界流速为μcr=0.10 m/s。实验需满足希尔兹参数大于临界希尔兹参数(即: θ > θcr才能使得底床发生侵蚀。本研究选取3种流速条件, 流速u分别为0.12、0.15和0.20 m/s, 均满足动床冲刷所需的流速条件。
基于上述参数设置, 确定了9组工况实验, 包括流速u分别取0.12、0.15和0.20 m/s 3组情况; 埋深e分别取0、10、25 mm 3种情况; 管道延伸角度a分别取0°、15°、30°和45°4种情况; 管道位于沙丘迎流侧、背流侧。实验工况如表 1所示。
| 实验编号 | 管道相对位置 | 水流流速/(m·s–1) | 初始埋深/mm | 延伸角度/(°) |
| 01 | 沙丘背流侧 | 0.12 | 0 | 0 |
| 02 | 沙丘背流侧 | 0.15 | 0 | 0 |
| 03 | 沙丘背流侧 | 0.20 | 0 | 0 |
| 04 | 沙丘迎流侧 | 0.15 | 0 | 0 |
| 05 | 沙丘背流侧 | 0.15 | 10 | 0 |
| 06 | 沙丘背流侧 | 0.15 | 25 | 0 |
| 07 | 沙丘背流侧 | 0.15 | 0 | 15 |
| 08 | 沙丘背流侧 | 0.15 | 0 | 30 |
| 09 | 沙丘背流侧 | 0.15 | 0 | 45 |
为探究沙丘的存在对水动力结构及管道冲刷的影响机制, 本文构建CFD模型对沙丘存在情况下海底管道周围动力特征进行数值模拟, 分析沙丘和管道不同相对位置时的水动力结构差异, 探讨对管道局部冲刷的影响。
1.2.1 数值模型建立模型实验中利用流体体积法对自由水面进行跟踪, 在建立模型时采用分数面积/体积障碍表示方法对固定矩形网格中的复杂几何区域进行建模。模型中流体为不可压缩牛顿流体; 湍流模型选取常用的k-w模型, 考虑面积分数和体积分数, 通常需要考虑紊动动能kT和紊动动能耗散率εT两个方程; 本文的泥沙假定为非黏性泥沙, 采用MEYER-PETER和MÜLLER EQUAT提出的输沙率公式进行输沙计算。
数值模型的边界条件设置如图 4所示, 模型顶部定义为压力边界, 为标准大气压, 流体的自由表面采用流体体积法捕获; 模型底部设置为壁面边界条件; 模型前后定义为对称边界条件; 模型入口设为速度边界、出口设为流出边界。
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| 图 4 管道相对沙丘不同位置的模型边界条件 Fig. 4 Model boundary conditions at different locations of the pipeline relative to the dune |
管道与沙丘的相对位置不同时, 管道周围的流场特性也会有所不同, 因此, 本文分别模拟管道位于沙丘迎流侧、背流侧时的情况; 模拟时的流速均为0.50 m/s; 管道的初始埋深为0 mm, 即管道平铺在海床上, 与床面没有间隙, 模拟实验工况设置如表 2所示。模拟时对与海底接触的管道进行了部分细化, 细化部分网格为0.005 m, 为使模拟进行, 将泥沙中值粒径设置为0.35 mm。管道与泥沙的参数设置如下: 管道直径为0.08 m; 泥沙中值粒径为0.35 mm, 泥沙密度为2 650 kg/m3; 实验水深为0.3 m; 沙丘波高、波长的大小与水槽实验所用的尺寸一致。
| 实验编号 | 管道相对位置 | 水流流速/(m·s–1) | 初始埋深/mm |
| 01 | 沙丘背流侧 | 0.50 | 0 |
| 02 | 沙丘迎流侧 | 0.50 | 0 |
水槽实验02和04(管道走向平行于沙丘脊线、平铺于底床上)的结果显示, 当管道在沙丘迎流侧的海床上时(图 5a, 图 6a), 管道两侧在实验开始初期便发生了冲刷, 管道下游一侧底床冲刷深度持续增加; 相对的, 管道上游一侧底床冲刷深度增加缓慢。实验结束后, 管道下游一侧冲刷深度已达到其上游一侧冲刷深度的3倍以上。另外, 自冲刷开始, 管道下游一侧底床冲刷长度持续增加, 而管道上游一侧底床在最初5 min快速侵蚀之后, 冲刷长度保持相对稳定, 未有显著发展。
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| 图 5 不同位置处的管道附近底床冲刷特征的变化 Fig. 5 Variation in bottom-bed scour characteristics in the vicinity of the pipeline at different locations |
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| 图 6 相对沙丘不同位置的管道底床剖面的变化及实验后底床地形特征 Fig. 6 Changes in pipeline bottom-bed profiles at different locations relative to the dune and post-experimental bottom-bed topographic features 注: 红线为剖面位置 |
当管道在沙丘背流侧的底床上(图 5b, 图 6b)时, 管道上游和下游一侧局部冲刷差异仍然非常明显, 但侵蚀冲刷主要发生在更靠近沙丘的管道上游一侧。冲刷深度和冲刷长度在实验初期就快速增大并持续发展。当实验60 min之后, 冲刷深度稍有减小, 可能是因为上游沙丘迁移至更接近管道位置, 使得冲刷坑发生轻微回填, 但这一过程并未改变冲刷长度的增大趋势。管道下游一侧冲刷深度和冲刷长度则发展有限, 几乎没有明显冲刷现象产生, 远弱于管道上游一侧。实验初期(30 min以前), 当管道上游一侧底床快速冲刷时, 管道下游一侧底床先发生轻微堆积, 直至实验60 min以后才开始发生侵蚀。这种现象可能与沙丘背流面发育有关的水动力过程有关, 随着沙丘向下游移动, 沙丘背流面发育的涡流也发生移动, 其与管道相互作用, 进而影响管道底床局部的冲刷。
2.2 流速对沙丘背流侧管道附近底床冲刷的影响将管道初始埋深设置为0 mm, 改变水流流速, 以分析不同流速对沙丘背流面管道局部冲刷特征形成演化的影响, 结果如图 7、图 8所示。实验发现, 流速较小时, 在实验期间沙丘位置没有发生显著变化(图 8a), 管道附近底床仅被轻微冲刷, 底床冲刷深度和冲刷长度在分别变为1、3 mm之后(图 7), 保持相对缓慢的速度继续增长; 由于实验时间较短, 管道底部未形成明显的冲刷坑。当流速增加为0.15 m/s时, 沙丘明显向前移动(图 8b), 管道附近冲刷显著增强, 在实验初期30 min之内底床冲刷快速增加, 冲刷深度和长度分别达到17和85 mm, 之后保持相对稳定(图 7)。实验流速为0.20 m/s时, 冲刷快速发生, 冲刷深度增加至5 mm, 此期间, 冲刷长度并显著发展(图 7)。由于流速较快, 沙丘快速向前移动, 因此管道被上游来沙掩埋(图 8c)。
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| 图 7 不同流速条件下管道冲刷特征的变化 Fig. 7 Variation of the pipeline scour characteristics under different flow conditions |
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| 图 8 不同流速条件下实验后的最终底床地形 Fig. 8 Final topography after experiments under different flow conditions 注: 右上角为初始底床地形, (c)中红框为管道所在位置 |
流速的增加导致沉积物快速向下游输运, 显著增加了活动沙丘的移动速度, 进而可能掩埋下游的管道(图 8)。在沙丘未接触管道时, 流速增强导致管道底部冲刷明显增强, 并加速冲刷坑的形成和演进, 这种演变趋势与平坦底床上海底管道附近底床冲刷特征相似, 从沙丘向下游搬运的泥沙未影响冲刷的发育。尽管流速相对较小(大于临界启动流速)时, 冲刷发育缓慢, 但由于底床冲刷持续进展, 如果冲刷时间足够长, 冲刷坑也可能会最终形成。这意味着, 管道底床的冲刷坑形成的速度与流速有关, 但不影响冲刷坑最终形成; 强流速引起活动地貌快速迁移, 可能使冲刷坑自然回填。
2.3 管道初始埋深对沙丘背流侧管道附近底床冲刷的影响水槽实验02、05、06模拟了管道在沙丘背流侧时管道初始埋深0、10和25 mm时的冲刷表现, 其他实验参数保持一致。当流速为0.15 m/s时, 沙丘背流侧管道附近冲刷总的发展趋势相对一致, 都表现为实验初期冲刷快速发展, 在20~30 min后冲刷深度保持相对稳定, 之后缓慢发展; 相对的, 实验期间不同初始埋深管道附近的冲刷长度均持续增大, 初始埋深越大, 冲刷越慢(图 9)。实验最终的冲刷结果显示, 不同埋深的管道附近最终的冲刷深度相差不大, 但最终冲刷长度具有显著差异, 埋深最小的管道最终冲刷长度最快也最大, 埋深最大的管道最终冲刷长度最小。这意味着, 当环境动力条件能够使得底床发生侵蚀, 管道初始埋深对管道冲刷形成和发展的影响并不明显, 即便管道初始状态是埋藏的, 在较强的动力环境下, 管道附近最终会形成冲刷(图 10)。3组实验管道附近最终的地形特征表现类似, 均为管道近沙丘一侧发育更深的冲刷坑, 另一侧冲刷坑较浅。
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| 图 9 不同初始埋深条件下沙丘背流侧管道冲刷深度和冲刷长度的变化 Fig. 9 Changes in scour depth and scour length of the pipeline on the backflow side of the dune under different initial burial depth conditions |
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| 图 10 不同初始埋深实验90 min后底床地形的变化 Fig. 10 Final topography after 90 min of experiments at different initial burial depths 注: 右上角为初始底床地形 |
水槽实验02、07、08和09模拟了管道在沙丘背流侧时管道延伸角度分别为0°、15°、30°和45°时的冲刷演变, 实验其他参数保持一致。实验流速均为0.15 m/s, 延伸角度α为0°、30°和45°的管道附近冲刷表现相对一致, 均表现为实验初期冲刷快速发展, 在实验40 min时冲刷深度达到最大, 之后, 随着沙丘的向前迁移, 对冲刷坑进行回填, 使冲刷深度缓慢减小; 相对的, 3组实验管道附近的冲刷长度均持续增加, 延伸角度越大, 冲刷越快(图 11)。延伸角度为15°的管道冲刷深度一直在发展, 在20~30 min后冲刷深度缓慢发展, 此时沙丘并未整体向前迁移, 部分沙丘向前迁移, 并对该部分的冲刷坑进行回填, 未对另外部分的冲刷坑发展趋势产生影响(图 12b); 实验前期冲刷长度持续发展, 在70 min后, 由于冲刷坑的回填, 冲刷长度缓慢较小。实验最终冲刷结果显示, 不同延伸角度的管道附近最终冲刷深度相差不大, 但最终冲刷长度具有显著差异, 延伸角度最大的最终冲刷长度最大。4组实验管道附近冲刷均表现为靠近沙丘一侧的冲刷坑发育更深, 远离沙丘一侧的冲刷坑发育较浅。
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| 图 11 不同延伸角度条件下沙丘背流侧管道冲刷深度和冲刷长度的变化 Fig. 11 Variation in scour depth and scour length of the pipeline on the backflow side of the dune under different extension angles |
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| 图 12 不同延伸角度实验90 min后底床地形的变化 Fig. 12 Changes in bottom-bed topography after 90 min of experiments at different extension angles 注: 右下角为初始地形 |
水下沙丘的存在影响底床附近的水流结构, 产生涡流及能量的耗散, 从而改变底床的稳定性。在发育背流侧具有休止角(30°)的理想特征沙丘的单向水流环境中, 迎流面上游的水流相对稳定, 稳定层流在沙丘波峰处速度达到最大, 但层流受沙丘的影响, 会在波峰点处发生水流分离, 形成一个存在反向流的区域, 并在距离分离点4~6倍波高的位置发生水流的再次附着(图 13)。水流从再附着点开始逐渐向层流的状态恢复, 形成一个具有典型对数流速剖面的内部边界层。由于沙丘背流侧水流结构的变化, 在背流侧下游发生能量的耗散, 形成尾流区域, 该范围为大于最大湍流动能值70%的区域。由于沙丘背流侧复杂水流结构的存在, 背流侧及底床的沉积物输运过程与迎流侧处沉积物输运过程可能具有显著差别。
根据模拟实验结果, 当管道在沙丘迎流侧时(图 14a), 水流在管道中心前方形成了一个明显的滞止点, 水流开始绕管道外缘向管道底部和顶部流动; 当水流到达管道后方时, 在管道与沙丘之间形成一个清晰的顺时针旋涡。当管道位于沙丘背流侧时(图 14b), 水流经过沙丘进入水流分离区后, 水流在管道顶部发生分离, 一部分改变原本的流动方向, 在沙丘背流侧与管道上游形成明显的顺时针涡流; 其余部分流动方向未变, 向管道下游流去, 随着能量消耗, 逐渐靠近海床并改变水流方向, 随后侵蚀海床。
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| 图 14 相对沙丘不同位置的管道局部流场特征 Fig. 14 Characteristics of the local flow field of the pipeline at different locations relative to the dune |
沙丘的存在导致路由沙丘上游和下游管道附近的水动力结构及冲刷特征出现显著差异。对于放置在沙丘迎流侧的管道, 在上文分析中可以得知, 当管道局部开始出现明显的冲刷现象时, 冲刷主要发生在管道下游, 且随着流速逐渐增大, 实验发生90 min后的冲刷深度仍不变, 因此, 该冲刷深度为平衡冲刷深度。管道周围近海床处前存在涡流A, 管道后的尾涡区存涡流B(图 15a), 形成前端侵蚀和尾迹侵蚀[32], 涡流A、B对管道上、下游处的泥沙进行冲蚀(图 15b), 使管道正下方出现连通的空隙(图 15c), 产生间隙流, 形成孔道侵蚀[32], 进而管道局部冲刷发生[5]。
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| 图 15 管道在沙丘迎流侧时的涡流系统与冲刷的发生 Fig. 15 Vortex system and scour occurrence when the pipeline lies in the headwater side of the dune 注: 仅为示意图, 管道与沙丘不成比例 |
管道放置于沙丘背流侧时, 当流速足够大使管道局部出现明显冲刷坑时, 冲刷主要发生在管道上游, 且随着实验时间增加, 冲刷坑会被水流挟带的沙丘泥沙回填, 使冲刷坑尺寸减小; 随着流速继续增大, 沙丘被迅速破坏, 继而在管道未形成明显冲刷坑时, 快速将其掩埋。由于沙丘的存在, 当水流流过沙丘峰时, 会在沙丘背流侧形成水流分离区[33], 水流分离区内形成再循环水流[34], 使涡流方向改变, 形成反向涡, 即: 反向涡A、B(图 16a), 涡A、涡B分别对管道上游、下游泥沙侵蚀(图 16b), 随后发生隧道冲刷[5](图 16c), 在反向涡的作用下, 局部冲刷主要发生在管道迎流侧。当实验继续进行时, 沙丘顶部泥沙被冲刷, 使背流侧角度减小、水流分离区间歇存在于沙丘顶部向下延伸到背流侧[35], 此时, 管道周围涡流方向改变与水流方向相同, 且沙丘峰顶泥沙在水流作用下被裹挟至冲刷坑处, 对其进行回填, 使冲刷深度减小。
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| 图 16 管道在沙丘背流侧时的管道冲刷系统与过程 Fig. 16 Pipe scour systems and processes when the pipeline lies in the backflow side of the dune 注: 仅为示意图, 管道与沙丘不成比例 |
通过室内水槽实验, 针对活动沙丘存在的条件下, 对过境管道底床相应的冲刷特征进行了初步实验研究, 并对沙丘相对位置、流速和初始埋深等条件的影响进行了分析, 初步探讨了沙丘对过境管道冲刷影响的机理。研究结论如下:
(1) 活动底床管道底床冲刷不对称发育, 沙丘的存在影响过境管道底床冲刷过程和特征。当管道在沙丘迎流侧时, 管道下游一侧冲刷更加快速且更加严重; 当管道在沙丘背流侧时, 管道上游一侧冲刷更加严重。
(2) 在沙丘背流侧的管道冲刷程度随着流速的增大而增大, 管道冲刷主要发生在管道上游, 随着流速的增加, 向下游搬运的泥沙会对其进行回填。如果沙丘能够快速迁移, 管道冲刷坑形成后可能会被自然回填。当流速足够大并能够搬运底床沉积物时, 管道初始埋深越小, 冲刷坑尺寸越大, 但不影响管道冲刷最终形成这一结果; 管道延伸角度越大, 冲刷坑尺寸越大。
(3) 当管道位于沙丘迎流侧时, 管道局部冲刷将经历3种侵蚀: 前端侵蚀、尾涡侵蚀和孔道侵蚀; 管道周围近海床处后方涡流为顺时针旋涡。当管道位于沙丘背流侧时, 由于沙丘的存在, 使底床附近水流结果改变, 沙丘背流侧形成水流分离区, 该区内涡流为反向涡, 使局部冲刷发生在管道上游。
前人对底床管道冲刷的研究多基于相对平坦和稳定的底床条件, 忽视了底床不规则特征对管道冲刷的影响。本研究针对前人尚未考虑的活动地貌影响管道冲刷问题进行了初步研究和探索, 但仍未考虑到沙丘初始形态等的影响, 相关问题将在后期研究中进行深入探究。
致谢: 感谢欧森尼克实验室的各位工作人员在本研究中给予的帮助。
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