一种海上风机基础冲刷现状分析方法与流程

1.本发明涉及海上风电安全监测、质量检测和风险评估技术领域，尤其是涉及一种海上风机基础冲刷现状分析方法。


背景技术：

2.风力发电是我国近些年迅速发展起来的新兴行业，尤其是海上风电行业，第一个真正投入发电运营的风电场的时间到目前为止仅有约五年左右。由于历时短、发展快、限制多、困难大等因素，当前我国海上风电行业仍有大量的问题有待解决，海上风电的安全建设、运行和维护方面也同样存在较多问题。
3.海上风电场处于风力、波浪和潮流等动能共同作用下的海洋环境。海底地形在潮流和涌浪等作用下持续演变，遇到飓风、骇浪和激流等恶劣海况时对海底的冲刷和淘蚀现象就会更为严重；另外，由于风机基础等桩体改变了海底局部海流流态，在其周围产生较高强度的水流紊动和漩涡体系，加剧了基础桩体周边海床面的冲刷作用。当海上风电场风机基础周围覆盖体被水流卷走形成冲刷坑时，基础埋深减小，周边海缆悬空加剧，降低了风机基础和周边海缆的稳定性的，严重时可能带来不可估量的损失。
4.海上风机基础周边地形冲刷情况是影响海上风机基础安全的一个重要因素，对风机基础周边冲刷情况进行准确、详细了解和分析显得极为重要，也是设计单位、施工单位和建设单位在海上风电场建设和运行期极为关注的问题。
5.目前我国暂无现行相关风电检测监测标准，国际上也鲜有专门进行海上风机基础周边地形冲刷情况分析和研究的专用程序和软件，多是借用其它行业类似的分析经验，借助测量软件和数据库分析等第三方软件进行分析和判断，缺少严谨、科学和系统的分析方法，也不具有针对性和专业性，分析成果也较难满足风机基础施工和保护要求。为此，发明一种海上风机基础周边海底地形冲刷情况及现状的分析方法，可初步满足现有海上风机基础冲刷情况的监测分析需求。


技术实现要素：

6.本发明的目的主要在于针对目前急需了解国内大多海上风电场内风机基础冲刷监测的现状，提出一种海上风机基础冲刷现状分析方法。
7.为此，本发明所采用的技术方案是：海上风机基础冲刷状况主要包括四大要素：冲刷范围、冲淤形态、冲刷深度和冲淤方量。这些要素可以根据各风电场实际情况，通过统计和分析多波束等测量成果数据的方法得到，因此，进行冲刷现状分析的详细内容和流程包括：数据获取
→
合理性和有效性分析
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计算参数核定
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数据统计与分析
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成果输出
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冲刷演变分析
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资料分析
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成果汇编，具体地，所述海上风机基础冲刷现状分析方法包括如下步骤：s1、数据获取，包括风机基础信息获取，区域地形数据以及基础单元数据提取；s2、合理性和有效性分析，包括根据数值的正态分布判断数据的合理性以及判断
数据是否在对应的风机位置范围内；s3、计算参数核定，包括对有效范围和有效高程的确定；s4、数据统计与分析，包括首先分别统计有效范围内的高程最大值、最小值、平均值、最小值对应坐标，同时还可以统计出冲刷范围内不同角度的深度，距中心范围每米的高程最值统计，然后分别计算最大冲坑深度和冲淤方量；s5、成果输出，包括绘制三维色谱图和平面图以将风机基础周边的冲刷情况呈现出来；s6、冲刷演变分析，通过分析同一个风机基础周边两次及两次以上的地形数据来判断冲刷的演变情况，包括高程平均值变化速率、最大坑深变化速率、冲刷范围变化、冲刷形态变化；s7、资料分析，针对整个场区的整体评价，包括冲刷程度及地形起伏评价、冲刷防护完整性评价以及整个场区最大坑深分布；以及s8、成果汇编，将工程概况、监测要求、监测方法、资料整理、监测成果、结论与建议整理成文。
8.在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：作为本发明的优选技术方案：所述步骤s1中，风机基础信息是指风机的中心坐标、基础形式、尺寸规格、沉桩时间以及设计泥面高程。
9.作为本发明的优选技术方案：所述步骤s1中，基础单元数据提取是指将整个场区的数据分割为以每个风机为单位的小块数据，便于后续的统计分析。
10.作为本发明的优选技术方案：所述步骤s3中，有效范围是指在一个数据块内划分分析冲刷现状的范围，根据桩基基础类型、设计要求以及现场实际情况确定有效范围半径。
11.作为本发明的优选技术方案：所述步骤s3中，有效高程是指有效范围内限高，即：剔除基础自身数据以及可能对分析有影响的干扰数据，确定单个风机基础有效范围内的限高值。
12.作为本发明的优选技术方案：所述步骤s4中，最大冲坑深度和冲淤方量的计算，首先是基准高程的选取，根据项目实际需要，基准高程可选用设计泥面高程，也可选用风机基础周边外围受冲刷影响相对较小的海底面平均高程值，然后通过基准高程与高程最小值相减计算得出最大冲坑深度，通过积分计算得出冲淤方量。
13.作为本发明的优选技术方案：所述步骤s8中，监测成果是指将每个风机基础周边的冲刷情况以文字描述和图形展现，文字描述是指通过文字描述每个风机周边的高程范围、冲刷程度和地形起伏情况；图形展现是指以三维色谱图和平面图的形式进行展现。
14.本发明提供一种海上风机基础冲刷现状分析方法，包括数据获取、合理性和有效性分析、技术参数核定、数据统计与分析、成果输出、冲刷演变分析、资料分析、成果汇编；通过测量风机基础周边海底地形现状，对测量数据进行自动统计和分析，快速显示风机基础冲刷现状的方法，提供一套完整的冲刷情况分析流程。本发明所提供的的海上风机基础冲刷现状分析方法具有较高的可行性和相当的先进性，可填补我国目前缺少专用海上风机基础冲刷成果分析技术的空白，对于研究冲刷现状分析方法具有借鉴意义，同时对进一步研究冲刷监测数据以及多角度研究冲刷情况具有很好的促进作用。
附图说明
15.图1为本发明所提供的海上风机基础冲刷现状分析方法的流程图。
16.图2为风机基础周边有效范围划分的示意图。
17.图3为风机基础周边基准高程的示意图。
18.图4a
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4f为风机基础的监测成果展示，其中：图4a为单桩基础冲刷情况（做过防冲刷保护处理）的三维图，图4b为单桩基础冲刷情况的平面图；图4c为另一个单桩基础冲刷情况（未做防冲刷保护处理）的三维图；图4d为高桩承台基础冲刷情况的三维图；图4e为复合筒基础冲刷情况的三维图；图4f为升压站基础冲刷情况的三维图。
具体实施方式
19.参照附图和具体实施例对本发明作进一步详细地描述。
20.参照图1，海上风机基础冲刷状况主要包括四大要素：冲刷范围、冲淤形态、冲刷深度和冲淤方量。这些要素可以根据各风电场实际情况，通过统计和分析多波束等测量成果数据的方法得到，因此，进行冲刷现状分析的详细内容和流程包括：数据获取
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合理性和有效性分析
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计算参数核定
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数据统计与分析
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成果输出
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冲刷演变分析
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资料分析
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成果汇编，具体地，所述海上风机基础冲刷现状分析方法包括如下步骤：s1、数据获取，包括风机基础信息获取，区域地形数据以及基础单元数据提取；风机基础信息是指风机的中心坐标、基础形式、尺寸规格、沉桩时间以及设计泥面高程。
21.基础单元数据提取是指将整个场区的数据分割为以每个风机为单位的小块数据，便于后续的统计分析。
22.s2、合理性和有效性分析，包括根据数值的正态分布判断数据的合理性以及判断数据是否在对应的风机位置范围内；s3、计算参数核定，包括对有效范围和有效高程的确定；有效范围是指在一个数据块内划分分析冲刷现状的范围，根据桩基基础类型、设计要求以及现场实际情况确定有效范围半径。
23.有效高程是指有效范围内限高，即：剔除基础自身数据以及可能对分析有影响的干扰数据，确定单个风机基础有效范围内的限高值。
24.s4、数据统计与分析，包括首先分别统计有效范围内的高程最大值、最小值、平均值、最小值对应坐标，同时还可以统计出冲刷范围内不同角度的深度，距中心范围每米的高程最值统计，然后分别计算最大冲坑深度和冲淤方量；最大冲坑深度和冲淤方量的计算，首先是基准高程的选取，根据项目实际需要，基准高程可选用设计泥面高程，也可选用风机基础周边外围受冲刷影响相对较小的海底面平均高程值，然后通过基准高程与高程最小值相减计算得出最大冲坑深度，通过积分计算得出冲淤方量。
25.s5、成果输出，包括绘制三维色谱图和平面图以将风机基础周边的冲刷情况呈现出来；s6、冲刷演变分析，通过分析同一个风机基础周边两次及两次以上的地形数据来判断冲刷的演变情况，包括高程平均值变化速率、最大坑深变化速率、冲刷范围变化、冲刷
形态变化；s7、资料分析，针对整个场区的整体评价，包括冲刷程度及地形起伏评价、冲刷防护完整性评价以及整个场区最大坑深分布；s8、成果汇编，将工程概况、监测要求、监测方法、资料整理、监测成果、结论与建议整理成文。
26.监测成果是指将每个风机基础周边的冲刷情况以文字描述和图形展现，文字描述是指通过文字描述每个风机周边的高程范围、冲刷程度和地形起伏情况；图形展现是指以三维色谱图和平面图的形式进行展现，参照图4a
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4f所示。
27.上述具体实施方式用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施例，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本发明的保护范围。