龜山航道海洋能利用研究【畢業(yè)論文】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p>　　龜山航道海洋能利用研究</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 海洋技術(shù)

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　目錄</b></p&

3、gt;<p><b>　　中文摘要I</b></p><p><b>　　英文摘要II</b></p><p><b>　　引言1</b></p><p><b>　　1 材料與方法3</b></p><p>　　1.1 研究區(qū)域概況

4、3</p><p>　　1.1.1 地理特征3</p><p>　　1.1.2 水文特征及海洋能概況3</p><p>　　1.1.2.1 溫度與溫差能3</p><p>　　1.1.2.2 鹽度與鹽差能4</p><p>　　1.1.2.3 潮流與潮流能4</p><p>　　1.

5、2 現(xiàn)場數(shù)據(jù)調(diào)查4</p><p>　　1.2.1 調(diào)查時(shí)間與地點(diǎn)4</p><p>　　1.2.2 監(jiān)測儀器5</p><p>　　1.2.2.1 海流計(jì)5</p><p>　　1.2.2.2 海流計(jì)工作原理及操作方法5</p><p>　　1.2.3 監(jiān)測方法5</p><p>

6、　　1.3 數(shù)據(jù)處理方法6</p><p><b>　　2 結(jié)果7</b></p><p>　　2.1 龜山海域數(shù)值網(wǎng)格7</p><p>　　2.2 龜山海域水深分布7</p><p>　　2.3 潮流場的數(shù)值模擬圖8</p><p>　　2.4 監(jiān)測點(diǎn)流速情況15</p>

7、;<p>　　3 討論與分析16</p><p>　　3.1 潮流場的數(shù)學(xué)模擬16</p><p>　　3.2 監(jiān)測點(diǎn)流速分析16</p><p>　　3.3 監(jiān)測點(diǎn)潮流分析17</p><p>　　3.4 監(jiān)測點(diǎn)能量分析17</p><p>　　3.5 關(guān)于流速變大的探討19</p&g

8、t;<p><b>　　4 結(jié)論21</b></p><p><b>　　5 展望22</b></p><p>　　5.1 潮流發(fā)電22</p><p>　　5.1.1 發(fā)電裝置22</p><p>　　5.1.2 發(fā)電能量22</p><p>　　5

9、.1.3 電站選址22</p><p>　　5.2 潮流助航22</p><p><b>　　總結(jié)22</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)23</b></p><p><b>　　翻譯原文24</b></p><p><b>

10、;　　文獻(xiàn)翻譯28</b></p><p><b>　　致 謝34</b></p><p>　　龜山航道海洋能利用研究</p><p>　　[摘要] 海洋能是海水運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的可再生能源，主要包括潮汐能、波浪能、潮流能、海流能、溫差能、鹽差能等。本文重點(diǎn)介紹海流能。海流能是其中一種可再生的自然能源，其總儲藏量大，且不會(huì)對環(huán)境

11、造成三廢污染。舟山海域龜山航道海流最大流速達(dá)到4.0m/s以上。本文運(yùn)用了Valeport 106海流計(jì)監(jiān)測的海流數(shù)據(jù)，利用Delft-3D數(shù)字模擬技術(shù)模擬龜山航道海流，并結(jié)合海洋歷史水文資料進(jìn)行分析。結(jié)果表明：（1）龜山航道海域水深比附近海域要深，達(dá)到60-80米。（2）龜山航道屬于正規(guī)半日潮，每天漲潮落潮各兩次。在潮流運(yùn)動(dòng)中，海流速度可以達(dá)到3.5m/s以上。（3）龜山航道具有很強(qiáng)的海流能，平均功率密度達(dá)到150kW/m2以上，極具

12、開發(fā)利用價(jià)值。（4）龜山航道潮流流速大的原因主要是由于水道截面積急劇變化，潮波勢能向動(dòng)能轉(zhuǎn)化的結(jié)果。另外，本文還對如何利用龜山航道的海流能展開了初步探討。</p><p>　　[關(guān)鍵詞] 龜山航道；海流能；數(shù)值模擬</p><p>　　Study on Oceanic Energy of Gui Shan Waterway</p><p>　　[Abstract]

13、Oceanic Energy is a renewable energy ,which generates in the process of Seawater movement.Mainly includes tidal energy,waves energy,trend energy,current energy, temperature energy,slat energy and so on .This paper introd

14、uces the current energy mainly. Current energy is one of renewable natural energy , which has a huge total reserve and can not cause environmental pollution. The maximum velocity of ZhouShan GuiShan waterway current can

15、reach up to 4.0 m/s . This paper uses the Model-V</p><p>　　[Key words] GuiShan Waterway; Current energy; Numerical simulation</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　在陸地礦物燃料日趨枯竭、環(huán)境污

16、染日益嚴(yán)重的今天，開發(fā)可再生能源已然成為人類文明得以持續(xù)發(fā)展的迫切需要。我國自2004年以來開展908 專項(xiàng)——“近海海洋綜合調(diào)查與評價(jià)”專項(xiàng)，其中包括“近海海洋可再生能源調(diào)查與研究”、“海洋可再生能源開發(fā)與利用前景評價(jià)”和“近海島嶼綜合開發(fā)利用示范試驗(yàn)研究”等，這些對了解我國海洋能的發(fā)展現(xiàn)狀, 發(fā)現(xiàn)我國在海洋能研究與開發(fā)利用方面存在的問題，如何積極實(shí)施海洋開發(fā)戰(zhàn)略，促進(jìn)海洋能源的開發(fā)與利用都具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。為了滿足人類對于能源

17、越來越大的需求, 世界各國都在努力使能源的結(jié)構(gòu)從原來的單一化向多樣化新能源過渡。特別是在1992年世界環(huán)境與發(fā)展大會(huì)后，許多國家特別是工業(yè)發(fā)達(dá)國家均已積極行動(dòng)起來，制定新能源發(fā)展規(guī)劃, 采取有力措施加大投入發(fā)展新能源技術(shù)。</p><p>　　海洋能是海水運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的可再生能源，主要包括潮汐能、波浪能、潮流能、海流能、溫差能、鹽差能等。潮汐能、潮流能和海流能來源于月球、太陽和其他星球的引力，其他海洋能均來源于

18、太陽能。海洋空間里的風(fēng)力和太陽能、在海洋一定范圍內(nèi)的生物能也都屬于廣義的海洋能。據(jù)世界能源委員會(huì)統(tǒng)計(jì), 各種海洋能的蘊(yùn)藏量是非常巨大的，據(jù)估計(jì)總海洋能達(dá)到780億kW，其中波浪能700億kW，潮汐能30億kW，溫差能20億kW，海流能10億kW，鹽差能10億kW。而沿海地帶可用于開發(fā)的波浪能就有20億kW, 沿岸和近海區(qū)的潮汐能也有17億kW。這些海洋能是取之不盡、用之不竭的可再生能源, 而且這些能源的開發(fā)利用也不會(huì)或很少帶來環(huán)境污染,

19、 又不占用寶貴的陸地空間, 還可以開展綜合利用。因此, 海洋能是人類未來能源的希望，許多國家已經(jīng)將海洋能列入發(fā)展規(guī)劃，采取各種有力措施加大發(fā)展技術(shù)。</p><p>　　潮汐、潮流、海流、波浪、溫差等可再生能源，具有儲量豐富、地理位置分布廣泛、相對其他自然能源的能量密度高等特點(diǎn)，積極促進(jìn)海洋能源的開發(fā)與利用具有非常顯著的優(yōu)點(diǎn)。通過各類文獻(xiàn)了解到，國外在潮汐能和波浪能的利用研究方面成果顯著；我國在這一方面也已有了一

20、定的基礎(chǔ)，我國已建成了7座潮汐能發(fā)電站和1座潮洪發(fā)電站, 總裝機(jī)容量達(dá)到11MW, 其中江廈潮汐能發(fā)電站裝機(jī)容量3200kW , 居世界第三位[1]，另外我國在波能發(fā)電研究方面起步較晚,但進(jìn)展較快。</p><p>　　中國是世界上海流能量資源密度最高的國家之一，特別是浙江舟山群島的金塘水道、龜山水道、西候門水道等都是全國潮流能能量密度最高的地區(qū)，平均功率密度達(dá)到20-30kW/m2[6]，于是發(fā)展海流能具有良好

21、的資源優(yōu)勢。目前，選擇舟山龜山航道的海流進(jìn)行規(guī)律研究，了解龜山海域地勢地形，掌握龜山航道海流流速、流向等的特點(diǎn)，評估龜山航道海流能能量情況，從而根據(jù)海流能發(fā)電的根本原理建設(shè)百干瓦級的示范裝置，解決機(jī)組的水下安裝、維護(hù)和海洋環(huán)境中的生存問題。海流能和風(fēng)能一樣，可以發(fā)展“機(jī)群”，以一定的單機(jī)容量發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備，從而達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)以降低成本的目的。</p><p>　　目前國內(nèi)外學(xué)者對海流的研究主要采用數(shù)值模擬、定點(diǎn)監(jiān)

22、測分析方法、實(shí)驗(yàn)室模型試驗(yàn)、海洋水文資料分析等研究方法來進(jìn)行研究。本文運(yùn)用Delft-3D數(shù)字模擬技術(shù)模擬龜山航道海流，對龜山航道海流流向、流速和能量進(jìn)行探討，并結(jié)合海洋歷史水文資料分析得出一些初步結(jié)論。</p><p><b>　　材料與方法</b></p><p><b>　　研究區(qū)域概況</b></p><p>　　

23、1.1.1 地理特征</p><p>　　官山位于岱山與秀山兩島之間，該島島形如龜，原稱龜山。因龜字太俗，取該島與岱山高亭鎮(zhèn)隔江相望之意，改名觀山，后來又寫作官山。龜山航道（圖1）即位于官山和秀山之間的狹長海域，呈東西走向，是舟山群島著名的急流航門，航門南側(cè)有網(wǎng)倉礁，航道最窄處位于秀山島北側(cè)網(wǎng)倉礁與官山之間。龜山航道官山以西水深多為30至60m，海床起伏不大，底質(zhì)主要為裸露的老沉積層，少有砂礫等松散沉積物覆蓋；龜

24、山航道官山以東水深一般為30至70m，局部達(dá)110m，海床起伏變化大，局部高差大于50m，底質(zhì)以裸露的老沉積層和基巖為主，局部有砂礫等松散碎屑物散布其間[3]。</p><p>　　圖1 龜山航道示意圖</p><p>　　Fig.1 Schematic view of GuiShan Waterway</p><p>　　1.1.2 水文特征及海洋能概況<

25、/p><p>　　1.1.2.1 溫度與溫差能</p><p>　　官山與舟山群島一樣，屬于北亞熱帶南緣海洋性季風(fēng)氣候區(qū)。龜山航道海域表層多年平均水溫在17℃至19℃之間，表層水溫月平均最高出現(xiàn)在8月，最低出現(xiàn)在2月。溫差能是指蘊(yùn)含在表層海水和深層海水之間水溫差的熱能。海水溫差發(fā)電技術(shù)，是以海洋受太陽能加熱的表層海水（25℃-28℃）作高溫?zé)嵩?，而?00-1000m深處的海水（4℃-7℃）作

26、低溫?zé)嵩?，用熱機(jī)組成的熱力循環(huán)海洋溫差能系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電的技術(shù)；由于龜山航道水深（圖5）平均在60m左右，溫差能的蘊(yùn)含量極低，不具備開發(fā)利用價(jià)值。</p><p>　　1.1.2.2 鹽度與鹽差能</p><p>　　龜山航道海域鹽度的變化和分布決定于以長江、錢塘江等的陸地徑流為主形成的沿岸低鹽水和以臺灣暖流為主的外海高鹽水的盛衰強(qiáng)弱。鹽差能是指海水和淡水之間或兩種含鹽濃度不同的海水之間的化學(xué)

27、電位差能。許多科學(xué)家經(jīng)過對鹽差能的研究表明，其他形式的海洋能比鹽差能更值得研究開發(fā)，另外龜山航道未處于河海交匯處，鹽度梯度也不是很明顯，鹽差能蘊(yùn)含量不高，故不做深入研究。</p><p>　　1.1.2.3 潮流與潮流能</p><p>　　東中國海的潮波主要是太平洋潮波經(jīng)臺灣和九洲之間的水道傳入的協(xié)振潮, 由天體引潮力直接產(chǎn)生的強(qiáng)迫潮很小[13]。來自西北太平洋的潮波傳經(jīng)琉球群島島間的水

28、道時(shí), 均以幾乎平行的行波形式進(jìn)入東中國海,其大部分經(jīng)東海傳向黃海,小部分沿西北偏西方向進(jìn)入浙江近海。由于浙江近海海域面積較小, 故本區(qū)潮振動(dòng)主要為太平洋潮波的協(xié)振動(dòng)[10]。潮流途徑舟山海域的各水道時(shí), 流速陡然增大, 在科氏力影響下最大漲潮流速偏北岸,最大落潮流速近南岸[9]。受正規(guī)半日潮作用, 每日漲潮落潮各兩次，潮差中等到小, 潮流速強(qiáng)勁[4]。潮汐能資源比較豐富，龜山航道蘊(yùn)藏的潮流能量，相當(dāng)于一個(gè)長江三峽電站擁有的能量，國家8

29、63計(jì)劃“70kW潮流能電站”就建在龜山航道上。據(jù)岱山新聞網(wǎng)2010年10月13日公布，近年將在龜山航道開建150kW潮流能電站，潮流能電站建成后，年發(fā)電量將達(dá)65萬kW。</p><p><b>　　1.2 數(shù)據(jù)調(diào)查</b></p><p>　　1.2.1 調(diào)查時(shí)間與地點(diǎn)</p><p><b>　　圖2 監(jiān)測地點(diǎn)</b>

30、;</p><p>　　Fig.2 Monitoring Site</p><p>　　監(jiān)測時(shí)間為2010年1月10日0時(shí)到12時(shí)，監(jiān)測地點(diǎn)（1#、2#、3#）如圖2所示，其中1#監(jiān)測點(diǎn)、2#監(jiān)測點(diǎn)和3#監(jiān)測點(diǎn)都位于龜山航道內(nèi),海圖及監(jiān)測數(shù)據(jù)由浙江海洋學(xué)院海洋科學(xué)學(xué)院張旭鋒老師提供。</p><p>　　1.2.2 監(jiān)測儀器</p><p>

31、　　1.2.2.1 海流計(jì)</p><p>　　數(shù)據(jù)調(diào)查時(shí)海流計(jì)采用Valeport 106海流計(jì)（圖3），記錄參數(shù)為時(shí)間（月、日、時(shí)、分）、深度、流速及流向（表1），Valeport 106海流計(jì)是一套輕便型螺旋槳式海流計(jì)，用于實(shí)時(shí)測量或中短期固定自動(dòng)觀測測量。</p><p>　　圖3 Valeport 106海流計(jì)</p><p>　　Fig.3 Valepo

32、rt 106 Current meter</p><p>　　表1 Valeport 106海流計(jì)傳感器信息</p><p>　　Table.1 The Sensors of Valeport 106 Current meter</p><p>　　1.2.2.2 海流計(jì)工作原理及操作方法</p><p>　　Valeport 106海流計(jì)是

33、一種電磁海流計(jì)，通過串行接口和計(jì)算機(jī)相連，所有操作都是由計(jì)算機(jī)來控制實(shí)現(xiàn)的。由于測試儀器內(nèi)部裝有時(shí)鐘，所以可以簡單地進(jìn)行起始時(shí)間和項(xiàng)目的設(shè)定及觀測參數(shù)的選擇。做好儀器使用前準(zhǔn)備后，將儀器放到待測海流的深度，儀器會(huì)每隔5分鐘自動(dòng)記錄海流流速、流向，并保存在其內(nèi)存中。觀測完畢后數(shù)據(jù)傳送也同樣非常簡單，起始時(shí)間和標(biāo)定系數(shù)等數(shù)據(jù)的自動(dòng)傳送解決了數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)傳錯(cuò)等繁瑣的問題，大大縮短了數(shù)據(jù)處理的時(shí)間。</p><p>　

34、　1.2.3 監(jiān)測方法</p><p>　　本次實(shí)驗(yàn)采用定點(diǎn)方法測流中的錨定船測流。錨定船測流以船只為承載工具，利用鋼絲繩懸掛海流計(jì)觀測海流。首先根據(jù)水深確定觀測層次，然后將海流計(jì)沉放至預(yù)定水層，測量流速和流向并記錄觀測時(shí)間[5]。</p><p>　　1.3 數(shù)據(jù)處理方法</p><p>　　數(shù)據(jù)處理采用目前世界上最為先進(jìn)的完全的三維水動(dòng)力－水質(zhì)模型系統(tǒng)——Del

35、ft-3D，該系統(tǒng)能非常精確地進(jìn)行大尺度的水流、水動(dòng)力、波浪、泥沙、水質(zhì)和生態(tài)的計(jì)算。通過Delft-3D軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，可以方便的討論海流流速、流向等問題。模式計(jì)算穩(wěn)定后，采用最小二乘法來計(jì)算潮位和潮流的調(diào)和常數(shù)。</p><p><b>　　2 結(jié)果</b></p><p>　　2.1 龜山海域數(shù)值網(wǎng)格</p><p>　　如圖3為

36、龜山海域數(shù)值網(wǎng)格圖。構(gòu)建數(shù)值網(wǎng)格圖，利用網(wǎng)格嵌套，便于Delft3D軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理。</p><p>　　圖4 龜山海域數(shù)值網(wǎng)格</p><p>　　Fig.4 Numerical Grid of GuiShan Waters</p><p>　　2.2 龜山海域水深分布</p><p>　　如圖4為龜山海域水深分布圖。從圖中可以看出

37、，龜山航道的水深比其他周圍海域要深，水深分布基本在60-80m。</p><p>　　圖5 龜山海域水深分布</p><p>　　Fig.5 Depth Distribution of GuiShan Waters</p><p>　　2.3 潮流場的數(shù)值模擬圖</p><p>　　以下13張圖為2010年1月10日從0時(shí)到12時(shí)龜山航道海域

38、每1小時(shí)的模擬潮流場。</p><p><b>　　圖6 0時(shí)潮流場</b></p><p>　　Fig.6 Current Field for 0 o’clock</p><p><b>　　圖7 1時(shí)潮流場</b></p><p>　　Fig.7 Current Field for 1 o’cl

39、ock</p><p><b>　　圖8 2時(shí)潮流場</b></p><p>　　Fig.8 Current Field for 2 o’clock</p><p><b>　　圖9 3時(shí)潮流場</b></p><p>　　Fig.9 Current Field for 3 o’clock</

40、p><p><b>　　圖10 4時(shí)潮流場</b></p><p>　　Fig.10 Current Field for 4 o’clock</p><p><b>　　圖11 5時(shí)潮流場</b></p><p>　　Fig.11 Current Field for 5 o’clock</p>

41、;<p><b>　　圖12 6時(shí)潮流場</b></p><p>　　Fig.12 Current Field for 6 o’clock</p><p><b>　　圖13 7時(shí)潮流場</b></p><p>　　Fig.13 Current Field for 7 o’clock</p>&

42、lt;p><b>　　圖14 8時(shí)潮流場</b></p><p>　　Fig.14 Current Field for 8 o’clock</p><p><b>　　圖15 9時(shí)潮流場</b></p><p>　　Fig.15 Current Field for 9 o’clock</p><p

43、>　　圖16 10時(shí)潮流場</p><p>　　Fig.16 Current Field for 10 o’clock</p><p>　　圖17 11時(shí)潮流場</p><p>　　Fig.17 Current Field for 11 o’clock</p><p>　　圖18 12時(shí)潮流場</p><p>　

44、　Fig.18 Current Field for 12 o’clock</p><p>　　2.4 監(jiān)測點(diǎn)流速情況</p><p>　　如表2為通過Delft3D數(shù)值模擬技術(shù)計(jì)算的1#監(jiān)測點(diǎn)、2#監(jiān)測點(diǎn)和3#監(jiān)測點(diǎn)的實(shí)時(shí)流速統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　表2 監(jiān)測點(diǎn)流速</b></p><p>　　Table

45、.2 Flow Velocity of Monitoring Point</p><p><b>　　3 討論與分析</b></p><p>　　3.1 潮流場的數(shù)學(xué)模擬[6]</p><p>　　取笛卡爾左手坐標(biāo)系，原點(diǎn)置于平均海平面上，x向?yàn)闁|向，y向?yàn)楸毕?，z向下為正，則非穩(wěn)態(tài)二維潮波運(yùn)動(dòng)方程及連續(xù)方程構(gòu)成以下方程組：</p>

46、<p><b>　?。?）</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　（3）</b></p><p>　　式中U、V是垂直水柱平均水平流速的x、y分量；F是偏離平均海平面的垂直位移；f是科氏參數(shù)；g為重力加速度；C為謝才系數(shù)；H為海平面以下的水深。&

47、lt;/p><p>　　3.2 監(jiān)測點(diǎn)流速分析</p><p>　　圖19 監(jiān)測點(diǎn)流速折線圖</p><p>　　Fig.19 Line Charts for Flow Velocity of Monitoring Point</p><p>　　根據(jù)表2中1#監(jiān)測點(diǎn)、2#監(jiān)測點(diǎn)和3#監(jiān)測點(diǎn)的實(shí)時(shí)流速統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)繪制如圖19所示的折線圖。從折線圖中可

48、以看出，1#監(jiān)測點(diǎn)的流速在半天的12小時(shí)內(nèi)出現(xiàn)2個(gè)峰值，其中較大峰值達(dá)到2.5m/s以上，另一個(gè)峰值也達(dá)到2m/s以上。流速在5時(shí)與6時(shí)之間接近于0m/s，另外根據(jù)折線趨勢在12時(shí)之后馬上也有一個(gè)接近0m/s的流速。2#監(jiān)測點(diǎn)的流速在半天的12小時(shí)內(nèi)出現(xiàn)2個(gè)峰值，其中較大峰值達(dá)到3.5m/s以上，另一個(gè)峰值也達(dá)到3m/s以上。流速在5時(shí)與6時(shí)之間接近于0m/s，另外根據(jù)折線趨勢在12時(shí)之后馬上也有一個(gè)接近0m/s的流速。3#監(jiān)測點(diǎn)的流速

49、在半天的12小時(shí)內(nèi)出現(xiàn)2個(gè)峰值，其中較大峰值達(dá)到3.5m/s，另一個(gè)峰值也達(dá)到3m/s以上。流速在5時(shí)與6時(shí)之間接近于0m/s，另外根據(jù)折線趨勢在12時(shí)之后馬上也有一個(gè)接近0m/s的流速。1#監(jiān)測點(diǎn)、2#監(jiān)測點(diǎn)和3#監(jiān)測點(diǎn)的流速在同一時(shí)刻可能不相同，但是趨勢是非常相近的。通過求平均計(jì)算可知，1#監(jiān)測點(diǎn)平均流速為1.515115m/s，2#監(jiān)測點(diǎn)平均流速為2.153035m/s，3#監(jiān)測點(diǎn)平均流速為2.086298m/s。</p&g

50、t;<p>　　3.3 監(jiān)測點(diǎn)潮流分析</p><p>　　根據(jù)圖19所示的監(jiān)測點(diǎn)流速折線圖，又已知龜山航道海域?qū)儆谡?guī)半日潮，每日漲潮落潮各兩次，可以得知在2010年1月10日未來的12時(shí)到24時(shí)監(jiān)測點(diǎn)流速同當(dāng)天0時(shí)到12時(shí)的流速情況大致相同。圖19所示正好是一個(gè)完整的漲潮落潮過程。圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11所示的模擬潮流場中，根據(jù)箭頭方向可以判斷海流流向?yàn)槠?，在?shí)際龜山航道中潮流剛

51、好是一個(gè)漲潮過程；圖12、圖13、圖14、圖15、圖16、圖17所示的模擬潮流場中，海流流向?yàn)槠珫|，在實(shí)際龜山航道中剛好是一個(gè)落潮過程。潮流場模擬圖中的箭頭方向表示潮流的流向，而箭頭的長度表示潮流的流速大小。其中2時(shí)、3時(shí)、8時(shí)、9時(shí)的潮流模擬圖中箭頭具有較長長度，說明海流流速較大；而5時(shí)、11時(shí)的潮流模擬圖中箭頭幾乎為一個(gè)點(diǎn)，也就是幾乎不具有長度，說明海流流速較緩，極有可能是達(dá)到了平潮狀態(tài)。</p><p>　

52、　3.4 監(jiān)測點(diǎn)能量分析</p><p>　　流體力學(xué)中能量方程為Q+W==，其中e是單位質(zhì)量流體所含有的內(nèi)能，是單位質(zhì)量流體所具有的動(dòng)能[8]。這里將潮流運(yùn)動(dòng)簡單處理，忽略溫度、鹽度、非線性效應(yīng)、底摩擦阻力、黏性阻力等的影響，近似計(jì)算海水能量。根據(jù)能量公式推導(dǎo)出功率密度公式：</p><p>　　，其中W為總能量，P為功率，u為海流流速，ρ為海水密度（此處取ρ=1.03*103kg/m3

53、），h為水深（根據(jù)圖5所示的龜山航道海域水深分布圖，取估計(jì)值h=60m）。</p><p>　　表3 1#監(jiān)測點(diǎn)能量數(shù)據(jù)</p><p>　　Table.3 Energy Data for No.1</p><p>　　表4 2#監(jiān)測點(diǎn)能量數(shù)據(jù)</p><p>　　Table.4 Energy Data for No.2</p>

54、<p>　　表5 3#監(jiān)測點(diǎn)能量數(shù)據(jù)</p><p>　　Table.5 Energy Data for No.3</p><p>　　表6 1#監(jiān)測點(diǎn)、2#監(jiān)測點(diǎn)和3#監(jiān)測點(diǎn)各時(shí)刻平均能量數(shù)據(jù)</p><p>　　Table.6 Average Energy Data for No.1、No.2&No.3</p><p>

55、;　　從表3、表4和表5的監(jiān)測點(diǎn)能量數(shù)據(jù)中可知，各監(jiān)測點(diǎn)的潮流能平均功率密度非常大，1#監(jiān)測點(diǎn)2010年1月10日一天的平均功率密度達(dá)到91826.20185W/m2≈92kW/m2，2#監(jiān)測點(diǎn)2010年1月10日一天的平均功率密度達(dá)到185638.6749W/m2≈186kW/m2，3#監(jiān)測點(diǎn)2010年1月10日一天的平均功率密度達(dá)到173072.0385W/m2≈173kW/m2；1#監(jiān)測點(diǎn)、2#監(jiān)測點(diǎn)和3#監(jiān)測點(diǎn)2010年1月10

56、日一天的平均功率密度達(dá)到=150178.9718W/m2≈150kW/m2以上。這里的潮流平均功率密度只是一個(gè)近似估計(jì)值，可能和真實(shí)值之間存在著較大的誤差，但其在一定程度上反映了監(jiān)測點(diǎn)的海流能量情況。潮流在漲潮與落潮時(shí)都有海流運(yùn)動(dòng)，將一個(gè)漲潮和落潮視為一個(gè)潮流周期，那么每天有兩個(gè)周期，可見其中蘊(yùn)含的潮流能是十分巨大的。</p><p>　　3.5 關(guān)于流速變大的探討</p><p>　　東

57、中國海的潮波主要是太平洋潮波經(jīng)臺灣和九洲之間的水道傳入的協(xié)振潮, 由天體引潮力直接產(chǎn)生的強(qiáng)迫潮很小[13]。來自西北太平洋的潮波傳經(jīng)琉球群島島間的水道時(shí), 均以幾乎平行的行波形式進(jìn)入東中國海,其大部分經(jīng)東海傳向黃海,小部分沿西北偏西方向進(jìn)入浙江近海。由于浙江近海海域面積較小, 故本區(qū)潮振動(dòng)主要為太平洋潮波的協(xié)振動(dòng)[10]。潮流途徑舟山海域的各水道時(shí), 流速陡然增大, 在科氏力影響下最大漲潮流速偏北岸,最大落潮流速近南岸[9]。從圖1、圖

58、2、圖5中可以發(fā)現(xiàn)，龜山航道位于秀山島和官山島之間，航道最窄處不過百米，從外洋到龜山航道這一過程，海水的截面積急劇減小。根據(jù)流體力學(xué)知識，流場中的每一點(diǎn)都有流線通過[8]，在亞音速流動(dòng)中，流線越密，流速越快。另一方面，外洋海水運(yùn)動(dòng)到龜山航道，由于航道變窄造成截面積急劇減小，勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，根據(jù)能量守能定律,機(jī)械能Q=mgh+，當(dāng)mgh減小，勢必增大，從而流速變大；或者利用流體力學(xué)中流管的知識進(jìn)行闡述，對于不可壓縮流動(dòng)，不論是定常流還是不

59、定常流，在同一時(shí)刻通過同一流管的各截面的體積流量相等[8]，這里龜山航道可以視為流管,龜山航道的兩端截面積大于航道內(nèi)部</p><p><b>　　4 結(jié)論</b></p><p>　?。?）龜山航道海域水深比附近海域要深，平均水深達(dá)到60-80m。龜山航道官山以西水深多為30至60m，海床起伏不大，底質(zhì)主要為裸露的老沉積層，少有砂礫等松散沉積物覆蓋；龜山航道官山以東

60、水深一般為30至70m，局部達(dá)110m，海床起伏變化大，局部高差大于50m，底質(zhì)以裸露的老沉積層和基巖為主，局部有砂礫等松散碎屑物散布其間。復(fù)雜的海底地形是造成龜山航道海流流速、流向變化的主要原因之一。</p><p>　?。?）龜山航道屬于正規(guī)半日潮，每天漲潮落潮各兩次。在潮流運(yùn)動(dòng)中，海流速度可以達(dá)到3.5m/s以上。利用實(shí)測數(shù)據(jù)通過求平均計(jì)算，1#監(jiān)測點(diǎn)平均流速為1.515115m/s，2#監(jiān)測點(diǎn)平均流速為2

61、.153035m/s，3#監(jiān)測點(diǎn)平均流速為2.086298m/s。一般來說，最大海流流速達(dá)到2m/s以上，就具有實(shí)際開發(fā)利用的價(jià)值。</p><p>　?。?）龜山航道具有很強(qiáng)的海流能，平均功率密度達(dá)到150kW/m2以上，是同等條件下風(fēng)力的數(shù)倍之多[16]，極具開發(fā)利用價(jià)值。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，2010年1月10日8點(diǎn)鐘的平均流速最大，達(dá)到3.19634m/s，同時(shí)平均功率密度也達(dá)到最大，達(dá)到315692.61

62、23W/m2≈316kW/m2。在一天中，能量的變化情況從0點(diǎn)鐘開始慢慢的增加，到2點(diǎn)鐘達(dá)到第一個(gè)頂峰，然后開始逐漸減小，到5點(diǎn)鐘達(dá)到低谷，之后開始能量反彈，到8點(diǎn)鐘達(dá)到第二個(gè)頂峰，之后又開始逐漸減小，這樣剛好形成周期，能量成“m”型變化。如果將龜山航道的海流能進(jìn)行開發(fā)利用，完全可以解決舟山海島及附近陸地的用電問題。</p><p>　?。?）龜山航道潮流流速大的原因主要是由于水道截面積急劇變化，潮波勢能向動(dòng)能轉(zhuǎn)

63、化的結(jié)果。</p><p>　　另外由于本人知識面和現(xiàn)有資源設(shè)備的原因，在計(jì)算潮流能量時(shí)忽略眾多因素，包括溫度、鹽度、非線性效應(yīng)、底摩擦阻力、黏性阻力等，計(jì)算所得平均功率密度只是一個(gè)大致的估計(jì)值，僅供初步分析使用。在今后的研究中，將加強(qiáng)這方面的研究，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)精確化。</p><p><b>　　5 展望</b></p><p><b&g

64、t;　　5.1 潮流發(fā)電</b></p><p>　　5.1.1 發(fā)電裝置</p><p>　　海流發(fā)電裝置主要有輪葉式、降落傘式和磁流式3種。輪葉式海流發(fā)電裝置利用海流推動(dòng)輪葉，輪葉帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)出電流；輪葉可以是螺旋漿式的，也可以是轉(zhuǎn)輪式的。降落傘式海流發(fā)電裝置由幾十個(gè)串聯(lián)在環(huán)形鉸鏈繩上的"降落傘"組成。順海流方向的"降落傘"靠海流的力

65、量撐開，逆海流方向的降落傘靠海流的力量收攏，“降落傘”順序張合，往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)鉸鏈繩繼而帶動(dòng)船上的鉸盤轉(zhuǎn)動(dòng)，鉸盤帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。磁流式海流發(fā)電裝置以海水作為工作介質(zhì)，讓有大量離子的海水垂直通過強(qiáng)大磁場，獲得電流。</p><p>　　5.1.2 發(fā)電能量</p><p>　　經(jīng)過對龜山航道潮流流速、能量的分析與評估，龜山航道潮流平均功率密度達(dá)到150kW/m2以上，單位面積內(nèi)具有潮流能15

66、0kW，從理論上可以預(yù)測發(fā)電能力是相當(dāng)可觀的。鑒于本文未對發(fā)電裝置進(jìn)行深入研究，故無法定量給出數(shù)據(jù)。</p><p>　　5.1.3 電站選址</p><p>　　潮流發(fā)電的原理和風(fēng)力發(fā)電的原理類似，發(fā)電裝置可以固定于海底，可以系泊于水中，也可以漂浮于海面。由于龜山航道的主要作用是航運(yùn)，為了不影響到航運(yùn)，對于電站的選址也是一個(gè)值得探討的問題。</p><p><

67、;b>　　5.2 潮流助航</b></p><p>　　對于海流的傳統(tǒng)利用，就是“順?biāo)浦邸?，帆船時(shí)代的海流漂航，就是借助海流的動(dòng)力。龜山航道強(qiáng)勁的潮流，可以給來往船只助航，節(jié)省一大筆燃油資源。不過潮流不一定都是助航，也可能成為航行的阻力，因此，掌握潮汐規(guī)律對于潮流助航是十分必要的。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p>&

68、lt;p>　　龜山航道潮流速度強(qiáng)勁，具有豐富的潮流能資源。對于潮流能的利用，可以從發(fā)電和助航兩方面展開，這對新能源的開發(fā)利用具有非常重要的意義。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]閻季惠,1996.國外海洋能的利用及我國的海洋能開發(fā).海洋技術(shù),OCEAN TECHNOLOGY,15(2):79-83.</p>

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70、義,顧建明,沈炳舫,2001.舟山馬岙峽道的水文泥沙特性和峽道效應(yīng).海洋通報(bào),20(1):15-22.</p><p>　　[5]侍茂崇,高郭平,鮑獻(xiàn)文.海洋調(diào)查方法導(dǎo)論.青島:中國海洋大學(xué)出版社,2008.</p><p>　　[6]曹欣中,唐龍妹,張?jiān)滦?1996.寧波、舟山內(nèi)海域?qū)崪y海流分析及潮流場的數(shù)值模擬.東海海洋,14(2):1-9.</p><p>　

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72、t;p>　　[10]陳倩,黃大吉,章本照,王敏芳,2003.浙江近海潮汐的特征.東海海洋,21(2):1-12.</p><p>　　[11]陳倩,黃大吉,章本照,2003.浙江近海潮汐潮流的數(shù)值模擬.海洋學(xué)報(bào),25(5):9-20.</p><p>　　[12]周華民,呂華慶,鄔麗丹,魏守林,2006.東中國海M2分潮的數(shù)值模擬.浙江海洋學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),25(3):278-

73、281.</p><p>　　[13]沈育疆,1980.東中國海潮汐數(shù)值計(jì)算.山東海洋學(xué)院學(xué)報(bào),10(3):26-35.</p><p>　　[14]楊成浩,廖光洪,羅鋒,徐曉華,2010.樂清灣的潮位、潮流和余流特征.海洋學(xué)研究,28(2):1-13.</p><p>　　[15]王傳崑.國內(nèi)外潮流能開發(fā)利用現(xiàn)狀及中歐合作研究.中國第六屆光伏會(huì)議論文集:293-2