渤海钻井－海洋环境

海洋工程环境报告人：林元华(02883032735西南石油大学2007.7参考书籍：海洋石油工程环境

天津大学水文水力学教研室编石油工业出版社海洋工程环境条件及其载荷

孙意卿编著上海交通大学出版社海洋学

杨殿荣主编高等教育出版社第一章海洋环境概论第一节海洋环境概论一海洋所在的大环境

图1-1太阳系示意图*

海洋存在于地球表面上，而地球又存在于太阳系中，海洋便是这种独特环境的产物，它不断承受来自环境的作用，同时也反作用于环境。海洋的各自然因素及特性便是在它与环境之间的物质和能量交换过程中形成。作用形式：物质交换；能量交换。大气圈水圈岩石圈图1-2地球层圈结构*

大陆架

大陆坡

大陆隆自由海面图1-3海洋边界示意图二海洋的基本特征1.海洋的边界

海面：海洋与大气环境沟通的窗口，是海洋与大气系统进行物质和能量交换的界面。

海底：海洋与岩石圈之间沟通的窗口，是海洋与海底进行物质和能量交换的场所。根据海底地形的基本特征，从海岸向大洋中心，依次可将海底地形分为大陆边缘、大洋盆地和洋中脊三个单元。*1)大陆边缘

大陆边缘是大陆表面与大洋底面之间的过渡带。一般由大陆架、大陆坡、大陆基组成；见图所示。

大陆架：大陆架是大陆周围浅而平坦的海底，国际上曾规定从低潮线到－200米之间的地方称为大陆架，即大陆架是大陆周围从低潮线始直到向深海倾斜急剧增大的地方之间的海域。

大陆坡：大陆坡是大陆架外缘陡倾部分，水深介于1400米～3200米，平均宽度50km。

大陆基：大陆基是浊流和滑塌作用在大陆坡麓(lu)形成的沉积（深海扇），水下冲积堆也属大陆基范畴。图1-4大陆边缘剖面的三种类型大陆架大陆坡大洋盆大洋盆大陆坡大陆架岛弧大洋盆*2）大洋盆海洋的主要部分，广阔而平坦

大洋盆地：大洋盆地是海洋的主体，约占海洋总面积的45％。其中主要部分是水深在400～5000米的开阔水域，称为深海盆地。深海盆地中最平坦的部分称为深海平原。深海平原中可见到范围不大的、地形比较突出的孤立高地，称为海山。其中有一类极为突出的海山，呈锥状，比周围海底高1000以上，隐没于水下或露出海面，称为海峰。大洋盆地中还有一些比较开阔有隆起区，高差不大，没有火山活动，是构造比较宁静的地区，称为海底高地或海底高原。有些无地震活动的长条隆起区，称为海岭。*3)大洋中脊海底山脉，约占海洋面积的32.7%。沿岸带：大陆与大洋联系的桥梁，大陆物质经过沿岸带的作用才进入海洋，也是海洋能量的耗散带。

在海底地形中和石油关系密切的主要是大边缘中的大陆架。2.海洋的形状特征1）大即广阔，尤其是南北尺度。2）既深又浅，绝对深度大，相对深度小，为103量级。3）连成一片，各大洋连成一体。形状特征的效果是：大，可形成潮汐；既深又浅，可将运动简化为二维。*3.海水的物理化学特性1）物理特性

物性状态量：密度，盐度，温度、比热、压缩性等。

“海水组成恒定性”：各主要成分之间的浓度比基本上是恒定的

盐度：1000克海水中，碳酸盐全部转化为氧化物后所得固体物质的克数，一般在3.2~3.7%之间，平均3.5%.

氯度：沉淀0.328533kg海水中的全部卤素，所需的原子量纯银的克数。2）化学特性海水是多种物质组成的复杂体系。分溶解物和不溶解物两类。溶解物质：无机盐类、气体等。*

溶解物的无机盐类主要离子有：等八十多种，与海洋腐蚀有关的离子主要是氢、氧离子和铁离子等，溶解物的气体有：氧气，二氧化碳气体，放出等气体。不溶解物质：固态颗粒形式存在。海水呈弱碱性，Ph值>7

*中国地图第二节我国海域概况一分区及水域概况

我国是一个濒临海洋的国家，毗邻我国大陆边缘的有渤海、黄海、东海和南海四大海区，总面积约485×104km²，相当于我国大陆面积的一半左右。我国海域幅员辽阔、自然条件多样，海洋油气资源极为丰富，油气显示十分普遍，在国民经济建设和国防上具有重要的地位。

*1、渤海渤海南北长约560km，东西宽约300km，海区面积约为7.8×104km²，比我国台湾省面积的两倍还大些，是四个海区中面积最小的一个。渤海海区通常由四部分组成，即：周围的三个主要海湾——北面的辽东湾、西面的渤海湾、南面的菜州湾和渤海中央盆地。渤海属内陆海，常年风压不是很大，但由于地理位置偏北，冬季季风出现最早，冬季受寒潮侵袭，故每年均有不同程度的结冰现象。*2、黄海黄海位于中国大陆和朝鲜半岛之间，北接我国辽宁省和朝鲜的南、北两道；东邻朝鲜半岛西岸；北与渤海沟通，西濒我国山东半岛和江苏北部；南与东海相连，东南面至济州海峡西侧，并经朝鲜海峡与日本海相通，为一半封闭性浅海。整个黄海南北长870km，东西宽约570km，面积约为41.2×104km²，约为渤海面积的5倍。山东半岛深入黄海之中，其顶端成山头与朝鲜半岛的长山串之间最窄（宽约192km），自然地将黄海分为南、北两部分：北面的叫“北黄海”，面积为8.2×104km²；南面的称“南黄海”，面积为33×104km²。

*黄海北部常常受冬季季风的影响，在冬季受寒潮侵袭后，每年也有不同程度的结冰现象，黄海水面自北向南渐趋开阔，故风速自北向南逐渐增大，南黄海受台风影响也较北黄海显著。3、东海

西濒上海、浙江、福建；北与黄海相连；东北面与朝鲜半岛经日本五岛至长崎半岛南端连线为界，与日本海相通；东与日本的九州岛、琉球群岛、台湾为界；南通过台湾海峡与南海相通，为一较开阔的边缘海。东海的南北长约1300km,东西宽约740km，总面积77×104km²。

东海与浩瀚的太平洋为邻，直接受太平洋风场的影响，台风活动频繁。*4、南海

北接我国台湾、广东和广西等省、区，即将台湾海峡的南界作为南海的北界；东以我国台湾省南端经巴士海峡、隔以菲律宾的吕宋岛、民都洛岛及巴拉望等岛与太平洋为邻；西依中南半岛和马来西亚；南抵印度尼西亚的苏门答腊岛与加里曼丹岛。整个南海的四周几乎被大陆和岛屿所包围，为一个较封闭的与大洋隔开的深海盆。因此，有人把南中国海、地中海和加勒比海称为世界三大内海。

*4、南海

南海南北长约3330km，东西相距约1670km，面积约为360×104km²，几乎为渤、黄、东海总面积的3倍左右。南海是我国海域受台风影响最为严重的海区。海风也是最大的区域，南海地处热带，常年气温较高，四季变化不显著。海区分区界线水域概况渤海渤海海峡平均20米，最大限度78米黄海长江口至济州岛连线40米80米东海澎湖列岛至台湾富贵角349米2719米南海1140米5420米*二海底地形

中国海的海底地形，尤其是渤、黄、东海的海底地形，与中国大陆的地形有些相似，即西高东低，西部水浅，东部水深。总的趋势是自西北向东南倾斜。至于南海，是一个较为封闭的而且深度较大的海盆，它的地形比较复杂，总的特点是：锅形盆地，四周浅、中央深，海盆中央地区的平均深度在3000m左右。海盆中有几处隆起，系繁茂的珊瑚虫而形成东沙、西沙、中沙和南沙群岛等珊瑚岛。

*1、渤海的海底地貌

渤海为东北—西南向的半封闭的浅海，海底地势是从三个海湾向渤海中央及渤海海峡倾斜，坡度平缓，平均坡度为0°0´23"。海底地貌全是为大陆架所占据。2、黄海的海底地貌

黄海为一近南北向的浅海盆，海底地势由北、东、西三面向黄海中央及东面方向倾斜，但倾斜的坡度不大，平均坡度为0°1´21"。整个黄海全为大陆架地貌类型所占。3、东海的海底地貌东海的海底地形与我国东南沿海的陆地地势大致相似。西北高、东南低，成为自西北向东南倾斜的形势。但在东海的东南边缘处，坡度突然变陡，急剧倾入深海。东海的海底地貌，大致以我国台湾岛东北角与日本九州西北面的五岛列岛联成一线为界，有两个明显不同的区域：西部是水深在150～160m以内的大陆架区；东部是沿琉球岛内侧的大陆坡区。*4、南海的海底地貌南海的水深要比渤、黄、东海的水深大得多，除北部和西部靠近大陆、半岛附近的水深较浅外，中部和东部的大部分地区水深在2000m以上。南海海域辽阔，海底地貌的类型丰富多样：北部、西南和南部沿岸为大陆架区；中部为大陆坡及深海盆；东部多为岛屿坡，并有深海沟和深海槽。总趋势是：由西北向东南倾斜南海海底地形较复杂：四周浅，中央深，海盆中有隆起。渤海与黄海属于大陆架区，东海三分之二为陆架区，其余为陆坡区。*三海底沉积

大陆许多径流汇入海洋，带入大量淡水，泥沙，营养盐，悬浮物，可形成巨厚沉积。四海洋气侯

跨越温带，亚热带，热带三大气候带，呈现出多样性。渤海：位置偏北，冬春季结冰，冰期3~4个月。黄海：北部有冰情，风速自北向南逐渐增大，南黄海受台风影响较北黄海大。东海：较少结冰，但为台风经过区。南海：台风频繁，尤其是7，8，9三个月台风影响很大。*四、各海区含油气情况渤海：自66年开始钻探以来，已发现十多个海上油气田。渤海海区断裂构造十分发育，主要为断块型油气藏。黄海：北黄海三面环陆，面积约8万k㎡，沉积盖层不发育，未列为寻找油气的重点区域。南黄海面积30万k㎡，具有良好的含油气远景，一般含油气面积较小，属于产量较低的小型油气田。*东海：东海约75%的区域为大陆架区，沉积巨厚，生、储、盖组合发育良好，油气资源丰富，前景广阔。南海：南海海域自北向南主要的沉积盆地有北部湾、莺歌海、珠江口外、曾母暗沙盆地等。北部湾盆地：已在涠10-3等构造开采出工业性油气流；珠江口外盆地已获工业油流；莺歌海盆地天然气蕴藏量极大；曾母暗沙盆地沉积巨厚，含油气远景很好。南沙海域油气储量丰富

南沙诲域万安盆地油气资源现已发现19个油气田或含油气构成，专家们详细研究了盆地含油气系统及成藏组合，认为盆地发育了两套含油气系统和4套成藏组合，其油气分布明显受含油气系统和油气成藏组合控制；应用PRES专家系统等多种方法预测盆地油气资源量约为50亿吨油当量，其中油20亿吨，天然气3万亿立方米。第三节海洋石油工程环境研究的内容和意义一研究的内容

1.风、浪、流、海冰、海面高程变化，海洋腐蚀环境形成、运动、变化规律。2.风、浪、流、海冰，海面高程变化设计标准的确定。3.因素与结构作用机理、载荷计算。二意义1.海洋石油工程环境因素是结构强度，寿命设计的控制参数；2.影响作业安全和质量；3.影响作业经济效益。*三、海洋环境载荷的分类海洋移动式平台在复杂多变的海洋自然环境中，将受到风、海浪、海流及海冰形成的载荷作用，在地震发生的情况下，它们还将受到地震载荷的作用。为了确保平台在恶劣海洋环境条件下的安全和业主提出的作业要求，设计者必须解决环境条件和外载确定这两部分工作。在平台设计检查时，“环境条件资料”和“外载计算书”是必不可少的技术文件，它们也是计算平台稳定性、强度和运动的基础。载荷的分类海洋平台在建造和使用期间所承受的载荷可分为环境载荷、使用载荷和施工载荷三类。3.1环境载荷指由风、波浪、海流、海冰、水温及气温、潮汐、地震等自然环境引起的载荷，主要有风载荷、波浪载荷、流冰载荷等。这些载荷可根据平台的设计环境条件进行计算，在计算时通常取设计风速和设计波浪的重现期小于50年。3.2使用载荷指平台在使用期间所受到的除环境以外的其它载荷，它可分为固定载荷和活载荷两种。固定载荷是指作用在平台上的不变载荷，当水位一定时这些载荷为一定值，例如平台的结构自重，附属结构重量，固定不变的机械设备、管线重量和作用于平台水下部分的浮力等。活载荷则指与平台使用有关的载荷，按其时间变化与作用特点又可分为可变载荷和动力载荷。可变载荷的数值或作用位置变化缓慢，可作为静载荷处理，例如可移动的钻井设备重量，存放的套管及器材重量，人员及其必需品的重量等。动力载荷为对平台结构动力作用明显的载荷，例如各种动力机械和设备运转时引起的周期性载荷，平台钻井起下钻作业吊机起重、船舶停靠及直升飞机降落等引起的冲击载荷。对于动力载荷应考虑其动力放大作用。3.3施工载荷指平台在建造以及海上吊运、安装过程中所承受的载荷，这些载荷会使一些构件产生瞬时的高应力。因此，尽管这些载荷不是结构设计的控制载荷，通常也需校核这些载荷对平台结构所产生的影响。对于使用载荷和施工载荷的计算，有关的平台结构规范都有明确的规定，而且各国规范的规定也日趋一致。环境载荷是平台设计的控制载荷。而且受到环境条件等因素的影响，计算比较复杂，主要介绍环境载荷的计算。图1-5海洋石油工程环境示意图1海面高程变化

波浪与海流风海冰隔水导管海底*图1-6海洋石油工程环境示意图2*损坏修复费初期建造费总投资102030设计波高（M）总投资初期建设费图1-7设计波高与投资优化分析示意图*第三节海洋石油工程环境研究的内容和意义四、海洋工程环境条件分析内容海洋工程结构物在建造、组装和整个使用期间,除分析风、浪、流、潮汐、地震、冰况外，视需要情况再适当分析雾、雨、温度及地基土壤、海水腐蚀，海生物附着等现象。按设计基准要求，环境条件分析又可分为工作环境条件及极端环境条件。工作环境条件是指结构物在建造，拖运安装期间或使用期间经常出现的环境条件，极端环境条件是指海洋工程结构物在整个使用年限内，极少出现的环境条件。*第三节海洋石油工程环境研究的内容和意义

某工程为一钢质导管架结构，导管架的水下部分已在陆地船台上焊接成型，首先要选择合适的季节、日期，将其驳运至距海岸线外200km的海域，然后在海上组装作业平台的上部结构（例如钻井平台的钻机，井架及缆车等设备）。按设计任务，要求该海洋工程建筑物在海上从事钻探作业约2年，然后再作为海上采油的生产平台在海上工作30年。由于该海洋工程建筑物在不同阶段有不同的用途，它要求设计人员提供明确的海洋环境条件：

拖运条件、海上组装导管架平台上部结构的海洋环境条件、钻探作业条件、长周期内的极端环境条件

*第三节海洋石油工程环境研究的内容和意义五、海洋工程环境对设备的特殊要求配备的设备要能力大、体积小、重量轻、效率高一个平台要能钻修多口井设备要以模块或撬状机组的形式在平台上就位采用柴油发电机组电驱动方式驱动安全可靠性要高仪表的准确性要高设备必须实行集中管理、多路控制采用国际通用的规范和标准

*第三节海洋石油工程环境研究的内容和意义六、海洋石油钻采设备的特殊问题船体定位问题升沉运动补偿问题装拆井下设备问题防止海水、大气腐蚀问题抵抗风、浪、冰力问题*第四节海洋钻井设备的典型事故分析

及安全性要求由于海洋钻井设备在十分恶劣的海洋环境中作业，可能受到的外载荷及结构强度标准都很难精确确定，再加上使用缺乏经验，重大事故仍不断发生，以钻井平台为例：（1）1979年“渤海2号”自升式平台（中国），死亡72人；（2）1980年“亚力山大-基尔兰”号半潜式平台（挪威），死亡123人；（3）1982年“海洋探索”号半潜式平台（加拿大），死亡84人（4）1983年“爪哇海”号钻井船（中国），死亡81人；（5）1987年7月北海的一座导管架生产平台因为天然气泄漏，与明火相遇发生爆炸，死亡167人，直接损失9亿美元。直接原因（1）结构强度储备不足；（2）浮力储备和稳定性不足；（3）操作不当。“亚力山大-基尔”号半潜式生活平台的失事是一个很典型的例子。该平台的破坏首先是从平台的D-6撑竿发生疲劳断裂开始的，接着支撑D立柱的其它五根撑竿也因为过载而断裂，导致D立柱彻底破坏而掉入大海，平台倾斜30度～35度，大约在20分钟内平台继续侧倾和下沉直至完全倾覆。事故发生时海上气候恶劣，能见度低，风速16～20m/s，波高6～10m。“爪哇海”号钻井船于1983年在我国南海的莺歌海海域作业时沉没，其原因也是结构和操作上的问题。当时正值16号台风过境，但钻井船仍处于正常钻井作业一样的锚泊状态，并且船侧对着台风，由于船体承受的载荷过大，在船侧出现结构破坏，继而船舱大量进水导致整船翻沉。这些重大事故引起人们的极大关注。比如“亚力山大-基尔”号半潜式平台失事后，挪威政府机构和挪威船级社调查事故原因，对平台的安全性提出了新的要求，并同时修改了有关的规范和规则。例如对半潜式平台，要求当撑竿破坏后，结构仍应有强度的储备以便至少能承受一年一遇的风暴，除非对完整结构采用了及其严格的疲劳破坏标准。因为疲劳裂纹的扩展可能是相当快的。另外，还要求平台具有足够的稳定性和浮力储备，对半潜式生活平台要求当一个立柱的整体或大部分破损后平台仍能稳定地漂浮于海面。就结构强度而言，海洋平台的安全性一般是通过保证外载效应（如结构应力）小于相应的结构承载能力（如危险应力）的某个百分数的方法来达到的，也就是在结构强度上保留一定的安全储备。结构破坏并不意味着必须是结构破裂断开，它只是一种不容许出现的极限状态。海洋平台的结构破坏模式有下列四种：（1）屈服失效；（2）屈曲失效；（3）疲劳失效；（4）脆性破坏失效。疲劳失效是构件的疲劳寿命问题，脆性破坏失效与材料品种的性能和焊接质量有关，这些问题一般在结构的局部设计中处理。结构的强度问题主要考虑的是屈服和屈曲失效破坏模式。对于屈服失效模式，其强度条件为式中：为结构在外载作用下的工作应力；为结构材料的危险应力，取材料的屈服极限；n为安全系数，根据载荷工况和不同的变形特征（拉伸、弯曲、压缩、剪切等）参照规范选取。为许用应力。对于压杆的屈曲失效模式，许用轴向压缩应力可用屈曲应力除以压杆的安全系数K来表示：

式中为弹性范围内的欧拉应力或非弹性范围内的临界应力。为了保证平台的安全，现在除我国船舶监察局ZC以外，世界各主要的船检结构，如美国船检局ABS，挪威船级社DNV，英国船级社LR，日本海事协会NK，法国船级社BV等都颁布了自己的海洋平台建造与入级规范。在这些规范中，对结构分析的基本原则，海洋环境条件和设计载荷的确定，结构安全系数的选取，材料的特性和选择等都作了规定。此外，美国石油学会的“海洋固定式平台的规划、设计、建造实施方案(API-RP2A)”和英国能源部的“海洋工程装置的设计和建造指南”也有一定的权威性，在固定式平台的结构设计和强度分析中得到广泛的应用。第二章风与风载荷第一节风与风的描述一大气环境及其描述风是大气环境受到太阳辐射，地球自转，地表物理化学特性影响而产生的一种维持大气系统平衡的自然现象。1、表征大气状态的物理量气压，温度，密度，湿度，风速，风向。气压----大气作用于地球表面单位面积上的力，叫做大气压力，简称气压。它是时间和空间的函数。等压线----瞬时气压观测值相等的各个点联成的线。相邻两等压线的差为一定值，一般为5mb或2.5mb。(1mb=3/4mmHg)*

2、天气形势图等压面形势图；等高面形势图。

3、海平面气压场用海平面等压线图表示。海平面气压场的9种主要形式：低压、高压、低压槽、高压脊、低压带、高压带、副低压、副高压、鞍形区*低压：具有封闭的等压线，且其中心部分气压较周围低的区域。高压：具有封闭的等压线，且其中心部分气压较周围高的区域。低压槽：由低压区域向较高气压方向伸延出来的舌状部分。高压脊：由高压区域向较低气压方向伸延出来的舌状部分。低压带：在两个高压之间气压较低的区域。高压带：在两个低压之间气压较高的区域。副低压：在低压外围的槽中所形成的小低压。副高压：在高压外围的脊中所形成的小高压。鞍形区：两个低压和高压交叉分布之间的区域。二风的形成及其描述1、风的形成1）成因

由于气压在水平方向上分布的不均匀性而产生的空气从高压区向低压区的运动。2）运动方程

气流运动满足动量方程：

—空气密度；—空气粒子的速度矢量；

—作用在空气粒子上的外力矢量。*3）风的类型

•地转风地转风指在自由大气层中等压线平直的风场内形成的风•梯度风梯度风指在气旋效应显著，等压线弯曲的风场内，不考虑摩阻力作用形成的风。•海面风海面风速考虑了摩阻力和海面垂直对流影响的风速。*使空气产生并维持大幅度水平流动的主要作用力是气压梯度力。气压梯度力是由于地球表面大气压力分布不均匀而形成的。在气象学中常常用等气压线来表示气压的分布状态。在高的等气压线与低的等气压线之间形成气压梯度力，该梯度力垂直于等气压线。在气压梯度力的作用下，使空气自高压区流向低压区而形成风。流动着的空气除受气压梯度力的作用外，还受因地球自转而形成的地转偏向力或柯氏加速度力的作用，该地转偏向力使北半球的气流向右偏转，南半球则反之。柯氏力是惯性力，它总是与运动气流的方向垂直。它对空气不作功而只是使气流运动方向变向。质点轨迹

柯氏力

压差梯度力风速矢量图2-1地转风形成过程LH图2-3低压中心气旋图2-4高压中心气旋P1P2P1P2fcvf图2-2海面风形成过程*4）台风

台风是热带海洋上空形成的急速旋转的逆时针低压气旋

•强度：（以靠近台风中心地面处的最大风速和台风中心处海面的最低气压值而确定）国际上曾规定：热带低气压--气旋中心风力在7级以下（最大风速10.8~17.1m/s）。

热带风暴---气旋中心风力在8-11级（最大风速17.2~32.6m/s）。强台风暴--气旋中心风力在12级以上（最大风速大于32.6m/s）。台风中心的气压值一般为999~940mb，历史上曾有低压为877mb的台风记录。*

•结构：台风为近似圆形的逆时针气旋，风速沿径向变化可分为外，中，内三圈。外圈：自台风边缘至台风最大风速区的外缘，半径为200~300km，圈内风速里大外小。中圈：从风眼壁至最大风速区外缘，R约为100km，又称为气流急剧旋转区。内圈：台风风眼壁圈，半径为5~30km,该区域内风速自外向内迅速递减，直至为0，内圈又称为风眼。•移动特性：气旋中心移动速度为台风移动速度。•移动趋势：向西北方向移动。•生命期：3-8天。*P,V(1)SP0(2)(3)VmaxR风速曲线风压曲线图2-5台风风速、风压结构示意图（风圈结构示意图）*•台风风场的西北移动趋势：按气象学的假说，台风风场可以看作近似圆形的低压系统，低压系统笼罩着地球表面A、B、C、D的范围。该范围内大气的运动由两种流态组合而成。其一是气旋型流态，如图a，A、B、C及D点的流速方向与这点相切。各点柯氏惯性力因纬度不同而有差异，A点因纬度高，柯氏力Fca＞Fcc,使台风受有一向北的内力。*移动趋势：向西北方向移动而图b是台风场中第二种流态，谓之辐合流态，气流流向风场中心，产生这种流态的原因是大气层内流体摩擦造成的。相对这种流态，各点柯氏惯性力偏于流向的右方，因为A、C两点柯氏力方向不同、大小不等（FA＞FC），从而使台风场含有向西的内力。在两种流态内力组合下，使整个台风风场有向西北移动的趋势。①台风区内的气压分布（日本藤田公式）式中：——台风区内某点的气压（mb）(1mb=3/4mmHg)——台风外围气压，可用最外圈闭合等压线的气压值代替(mb)

——台风外围气压与中心气压Pc之差(mb)——台风中心附近最大风速点与台风中心的距离(km)*如果在台风区内有一测站的气压值为已知（P值为已知），台风外围气压值P∞及中心气压值Pc亦为已知，则可由天气图上量出该测站与台风中心的距离r（km）。将以上数值代入上式，得出常数r0。获得r0值后，再代入前式，即可算出台风区内任意点的气压值，并由此获得台风区内的气压分布。*②台风区内距中心r的某点的风速式中：——地球自转角速度，取

r——该点距台风中心的距离，km；——纬度；——空气密度值，取——沿r方向的气压梯度。*10051002.510009701002.6•

P▲应用实例：

P0=1005mb;Pc=970mb，则

对图中气压P=1002.6的A站，可量取与台风中心的距离r=214km，则：●*5）风的描述

•风向：指风的来向，用十六个方位表达：N、NNE、NE、ENE、E、ESE、SE、SSE、S、SSW、SW、WSW、W、WNW、NW、NNE

风向在天气形势图上用风向矢杆及尾部的风速标记来表达，风向矢杆指向风的来向。风向矢杆上的风速标记有：小旗，20m/s,，长划，4m/s，短划，2m/s。

•风速：空气在单位时间内移动距离。

•风级：按风速大小划分十八个风级，称为蒲福（Beanfort）风级。*三风速计算1、风速垂直分布计算

风速垂直分布的影响因素有：1）大气层特性，如温度，湿度，水平气压梯度等；2）海面特性，粗糙度，反射率，温度，湿度。•对数公式：使用于距地面100m以内风速分布计算。式中：K0为高度换算系数（可查表）。

Z0为风速为零处高度，取决于粗糙度，0.001~0.15m.

（陆上平均值可取0.03米，海上可取0.003米，冰上可取0.001米）*

•指数（赫耳曼Helmann）公式：适用于高于100m以上的风速分布计算：

m为指数，约为1/15-1/4，常取m=1/7。m值的大小主要取决于地面粗糙度Z0和高度Zn，且随Z0值的增加而增加，随Zn值的增大而减小。*

Zo,cmZn,m0.212102050100200500.1070.1320.1430.1860.2140.2670.3290.4311000.1040.1260.1370.1760.2010.2470.3010.386

2、地转风速的计算地转风为距地表0.5~1.0km以上的气流，基本上不受地球表面高低不平引起的摩阻力的影响，而且气流紊动阻力的量级也因相对较小而可略去不记。

∆n为等压线之间的距离；ρ=1.26*10-3g/cm3(空气密度)∆p

为等压线之间的压强；ω=7.29*10-51/s（纬度）

海面风速：

∆T为水、气温差（度）。*3风速时段修正计算

一般风速都指平均风速，各时段平均风速可作互换式中：t为时段长度，秒。也可按如下风速系数进行换算：

V10min1.0V5min1.05极值风速Vm1.16极大阵风V3s1.373sgustwindvelocitv*第二节海洋工程结构与装置的风载荷计算一、风与结构的相互作用1、绕流现象：当稳定风绕过建筑物构件，在构件后侧的气流中有旋涡产生，旋涡周期性的释放，使构件产生横向振动的现象。2、风载荷阻力：结构前后部动压差之和升力：旋涡周期性脱离的不对称性导致周期性激振力*二风载荷计算

结构风载荷可视为结构表面风动压力之和

总作用力：拖曳力：升力：上式为风载荷计算的通式式中：

Ap为结构在垂直于风向方向上投影面积

Cd为阻力系数

Cl为升力系数。

c为气流作用力系数*三实用风载荷计算1、API风力公式[AmericanPetroleumInstitute]

式中，F：风力，lborNCs,形状系数；

A，投影面积，S.morS.ft；

v,持续风速，m/horkm/h。API推荐如下形状系数：梁

Cs=1.5

结构平面Cs=1.5

圆柱Cs=0.5

同时API推荐风速垂直分布计算采用指数公式，阵风：

m=1/13，持续风暴：m=1/8。EnglishUnitsMetricUnits*

2、ABS风力公式[AmericanBureauofShipping]

式中，F：风力，kgorIb

Cs,形状系数；

Ch,高度系数;

A，投影面积，S.morS.ft;v，平均风速m/sorknot（节）海面１０m高处。EnglishUnitsMetricUnits*ＡBS推荐的如下高度系数：Height(feet)Ch 0-501.00 50-1001.10 100-1501.20 150-2001.30 200-2501.37 250-3001.43 300-3501.48 350-4001.52 400-4501.56450-5001.60500-5501.63

*ＡBS推荐的形状系数Cs形状ABS,LRZCDNVBV园筒形0.50.50.6 水面船形1.01.0 甲板室1.01.01.51.0甲板以下区域的光滑构件1.01.01.51.0孤立结构物（起重机、梁等）1.51.52.0井架（每一面） 1.251.25ABS——美国船舶检验局ZC——中国船舶检验局

LR——英国劳氏船级社DNV——挪威船级社

BV——法国船舶检验局

*3、ZC风力公式[中国船级社]有关参数可查阅规范。4、半潜式平台风载荷计算

装置总风载荷计算原则：将结构分成多个风力单元，分别计算各个风力单元的风力和风力矩，迭加后得到总的风力和风力矩。在半潜式平台发生倾斜时，由于风力单元的投影面积，形心距海面高度都发生了变化，故其风载荷将发生变化。*在平台稳定性校荷中，还需计算在平台倾斜时风载荷曲线，如下图所示：

风倾力矩Ｍ平台倾角风倾力矩曲线平台回复力矩曲线第三章波浪与波浪载荷

第一节概述一有关坐标系和特征参数1坐标系的建立2波浪要素

波峰；波谷，波高H，波长L，周期T，圆频率＝2／Ｔ无量纲参数：波陡（Ｈ／Ｌ），相对波高（Ｈ／d），相对水深（d/Ｌ）——浅水度dZXSWLLOH*3波浪要素的统计分布规律

•平均波高：为一段连续记录的所有波高的平均值。•部分大波平均波高为实测波高系列中较大的某部分波高平均值。•波列累积率F%的波高为等于或大于这一波高（HF%）的波浪在波列中出现的机率为F%。

•波高与周期联合分布F(H,T)=F(H)F(T)

对于H≥1.8，波长L≥1.8的波，其相应的F(H,L)为0.5%，即1000个波中仅有五个。因此同时出现大波高及波长的概率是很小的。4我国各海域大浪分布规律1)波向分布规律，主要取决于风向（涌浪除外）。冬季：总的来说，偏北的盛行浪向，有自西北向东按顺时针方向变化的趋势。春季：风向不稳定，除少数地区偏北的盛行浪向仍保持外，多数地区浪向分布较为紊乱。夏季：我国沿岸受两股季风的影响，一般是来自太平洋的东南季风，主要影响东海北部及黄、渤海沿岸，另一股来自印度洋的西南季风，主要影响南海及东南部沿岸，在这两股季风的作用下，偏南盛行浪向呈现出由西南向东南按逆时针方向变化的趋势。秋季：同春季一样，为季风、浪向转换季节，沿岸浪向分布与春季大同小异，多数地区浪向分布紊乱。2)波高的变化规律：冬季：因蒙古高原的冷空气不断南下，强劲的偏北风时间长、风力大，造成沿岸波高较大，且北方波高比南方大。如渤海由于冷空气畅通无阻，形成风大浪高的特点，出现过8m以上的大浪。苏北和浙闽沿岸，一般只有五级浪，台湾海峡由于峡管效应大浪很多，高达9.5m以上，而台湾北部沿岸可达15m巨浪。南海北部大浪较少，南沙群岛一带可达9.5m。春季：在渤海湾和山东半岛北部沿岸，有五级以上大浪，渤海海峡最大波高可达8.0m，福建、广东、广西沿岸一般可达五级浪。夏季：受偏南季风影响，尤其东、南还沿岸，由于台风频繁，波浪很大，渤、黄海一般可达5~6级大浪，粤东、粤西沿岸最高达9.8m，西沙最大波高达10m。秋季：在渤、黄、东海可达5~6级大浪，台湾沿岸可达15m，西沙最大波高达10m。二、海洋中波浪的类型

1按作用力性质表面张力波（毛细波）:它是频率最高的一种波，周期不到1秒因为它的主要恢复力为表面张力，因此叫表面张力波。重力波：随着频率的减小，重力逐渐成为主要的恢复力，这种波称为重力波，其频率较宽，最常见的重力波是风浪和涌，周期通常为1~10秒。惯性波：完全由柯氏力作为恢复力的波称为惯性波，是纬度的函数。行星波：频率更低，周期更长的波，恢复力既不是重力也不是柯氏力，而是柯氏力随纬度的变化，这种波称为行星波或罗斯贝波。*二、海洋中波浪的类型

2按周期长短表面张力波（毛细波）、表面波、长波、潮波

3按浅水度（d/L）d/L≥1/2——深水波；1/2~1/10——浅水波1/10~1/25——应考虑波顶曲率的长波；1/25~长波*重力波：

风浪和涌浪及近岸波（海浪）产生原因：风海啸地震海面震荡气压变化潮波重力、柯氏力三波浪理论1规则波浪理论（对单一波浪的研究）线性波浪理论（微幅波、Airy波、正弦波）非线性波浪理论（有限振幅波）Ｓtokes波浪理论；孤立波浪理论；椭圆余弦波浪理论。２随机波浪理论（对过程的研究）谱描述理论

*

第二节线性波浪理论一、基本方程和边界条件

假设：流体是理想均匀的，不可压缩的，无粘性的理想流体，其运动是无旋的。从以上假设有：*1基本方程

１）连续方程２）动力学方程Ｅuler

方程其Ｌagrange积分：Ｐat为大气压力。２边界条件

１）动力学边界条件(伯努里方程)海面----------------（1）*２）运动边界条件海底：--------------------（2）海面：------------（3）从上述方程中可看出，部分条件是非线性的。３边界条件的线性化fluent

１）动力边界的线性化分成两步进行，首先将（1）式动能部分忽略，然后将其展开，得到：

--------------------------（4）*２）运动边界条件线性化对（3）式进行线性化，得到：-------（5）将（4）（5）两式组合起来，得到：二二维行进波的速度势

由于以上的方程组无法直接解出，故只能假设波面后求解。我们假设波剖面为规则的余弦曲线

式中k=2/L,＝2／Ｔ：由线性化的动力边界条件（4）式知：将速度势表达式带入连续方程可求出A(z)表达式。*１当水深无穷大时

得到如下关系式：２当水深为有限时*三线性波浪水质点运动特性１水质点速度２加速度*３水质点轨迹静止时在（x0,z0)处的水质点在波浪运动中的运动方程为：

式中：讨论：1）上式为一个椭圆方程，水平长轴为A，短轴为B，当z0=0时，B=H/2，当z0=-d时，B=02）当d为无穷大时，A，B=Hexp(kz0)/2，此时轨迹为一圆。3）当Z0=-L时,exp(-2)=1/535,即水深为1个波长的地方，质点的轨圆半径已减小到仅为水面质点半径的1/535，此时可认为水质点静止，Z0=-L/2时,exp(-)=1/23,故工程上常将d>L/2时，认为水深为无穷大，即所谓深水。*海底无穷水深条件水质点轨迹有限水深条件水质点轨迹在不同水深中水质点运动及流线拉格朗日表象*水质点运动流线形状SWLWaveProfile欧拉表象*uwttt222波面、水平速度、垂向速度过程曲线*axtazt22*微幅波运动表达式波浪参数一般表达式深水浅水1/20<d/L<1/2d/L>1/2d/L<1/20波面速度波长

uw压力速度势*

第三节波浪与海洋工程结构的相互作用一小特征尺度结构与波浪的相互作用

当D/L<0.2时，结构被称为小特征尺度结构。1平面流与园柱的绕流现象

绕流：流体流过园柱但不显著改变流场特征。载荷：阻力，Dragforce,结构前后部动压差之和横向力，Lateralforce，旋涡周期性脱离的不对称性导致周期性激振力。*

2振荡流与园柱的作用

载荷：阻力，Dragforce,结构前后部动压差之和；惯性力，Inertialforce，水质点加速度存在。横向力，Lateralforce，旋涡周期性脱离的不对称性导致周期性激振力。绕流现象*二大特征尺度结构与波浪作用

当D/L>0.2时，结构被称作大尺度结构。1绕射现象

入射波在结构表面的散射效应增强，散射波与入射波互相干扰，改变物体周围的流场，称之为绕射现象，Diffraction

2载荷

流动分离已不重要，粘滞阻力相对于惯性力也已不重要，载荷主要成分是惯性力。不恒定流场内由于结构的存在使液体质点受到扰动而产生速度的变化，即产生一个加速度。*第四节小特征尺度结构的波浪载荷一Morison波浪力公式对于D/L<0.2时的铅直园柱结构，其（x,z)坐标处的单位长度结构的波浪力：式中：CM--惯性力系数（InertiaCoefficient)CD--阻力系数（DragCoefficient)

u(x,z,t)为水质点速度。

为水的密度，D为园柱直径。*Morison公式的说明应该指出的是，Morison方程从理论流体力学观点来讨论，是不严格的。式中的拖曳力FD部分是根据粘性流体定常、均匀流过桩柱时而分析得的波力表达式，而惯性力FI则是根据理想流体、有势、非定常流的理论导得的，Morison将二者放在一个表达式中并没有理论根据，但是几十年来由于这个计算式与实测值相当吻合，在工程界已得到广泛的承认和应用，至今也没有更为理想且实用的方法可以去替代这个方法，因此它已被列为各国海洋工程中小直径桩柱式结构物波浪力计算的设计规范。讨论1惯性力部分：

惯性力被分成两部分，一部分为假设园柱体不存在，占据该体积的流体加速运动所需推力；第二部分为跟随园柱运动的部分流体加速运动所需推力。

Cm为附加质量系数（Addedmasscoefficient)

*2阻力（拖曳力）根据粘性流体力学得到：CD为粘滞阻力系数。

拖曳力一般是由“摩擦拖曳力”和“压差拖曳力”两部分组成：“摩擦拖曳力”是由于流体的粘滞性所引起的摩擦效应产生的，它与流体的流态和物体表面的粗糙度有关。“压差拖曳力”则是由于边界层的分离，在物体后部形成低压的旋涡所造成的，它和流动的流态和物体沿流向的形状有关。园柱总载荷为：力力矩二有关系数的确定1CD，CM的确定

CD、CM与结构形状，表面粗糙度，流态有关结构形状基准面积（单位长度）CD

CM圆柱D1.02.0方柱D2.02.19方柱1.41D1.551.0平板D2.01圆板0.75D21.2球0.75D20.51.50立方体D21.051.67以上系数均由大量实验结果整理而得。*三、小直径铅直园柱波浪载荷计算1选择线性波浪理论计算水质点速度和加速度2单位长度结构波浪力*

波浪载荷计算示意图dOXdzZfO’海底铅直园柱结构

z+d

z*3水平总波力和波力矩为了便于计算，将原坐标原点移到海底，则有：*积分得上式中：二者相位差90º，在总的波浪力中所占的比重与D/L有关同理可得：*

以上公式为铅直园柱的波浪载荷计算结果，可知结构波浪载荷是随时间变化的，其规律见下页的曲线。且惯性力和阻力变化也并不同相位，其极可用对F求导的方法求出。*四铅直园柱波浪载荷极值问题对波浪载荷式求导得：*讨论：上式成立的条件是：•只能出现在，即x=0且故相当于波面经过静水面的时刻，此时*••*上式说明：若<<1，臂如FDmax≥

2FImax时，波浪力FH主要取决于拖曳力Fmmax，因为式中的第二项的值仅占总值的1/16以下，说明这时惯性力的影响可略去不记。又若≈1，臂如2FImax>FDmax

>

0.5FImax；这时，水平总波力Fhmax既受惯性力FI的支配也受拖曳力Fd的影响，必须同时计入。ttttouu’FIFD波浪波面、水质点速度、加速度、载荷相位关系示意图*

计算作用在桩柱上的波浪力问题，就归结为确定波浪表面形状、波浪中的水质点的水平速度以及选择阻力系数

计算实例：

某海域水深61m，某直立单桩直径4.88m，有效波高=5.76米，最大波高的周期为10.7s。试求波浪为时，总的水平力（1）计算深水波长*（2）利用微幅波理论查相关图表或利用公式计算浅水波长L=174.29(m)（3）计算桩柱相对直径D/L=4.88/174.29=0.03<0.2，可以使用莫里森（Morison）公式（4）计算因为波高相对于水深较小，积分范围可以从海底到静水面。**

第五节大特征尺度结构的波浪载荷一计算思路

从理想势流理论出发，根据入射波速度势，求出散射速度势，两者叠加得出总的速度势；再根据流体动力学原理，找出结构表面的流体动压力分布，对结构表面积分即得出结构载荷：二大特征尺度结构波浪载荷计算1入射波速度势此时为复势，有物理意义的仅实部。2求散射势在结构表面有：*3总波浪速度势4总波动压力5总载荷作用在整个园柱上的水平波浪力为：对海底的弯矩为：

*第六节随机波浪理论及应用简介一随机波浪理论简介

真实的海浪是由无数个周期不同、波长不同、波高不同的波浪叠加而成的，固应用Longuet-Higgins模型来描述某点的波动，即将某点的波动视作由许多相位、振幅不同的余弦波叠加而来。如下图所示：*N=1N=2N=3N=4t*αn：第n个组成波的振幅；ωn：第n个组成波的圆频率；εn：第n个组成波的相位；

将圆频率为间的组成波的振幅平方之半α2n/2的值叠加起来，写成如下的形式：式中，为圆频率间隔；S为圆频率的函数，称之为谱密度函数。由流体力学中知，单位面积简单波动水柱体内所含的波浪能量为En=ρgα2/2对比以上两式，可见就代表频率为ωn，间隔为内，相应组成波的平均能量，如下页图所示，故被称为能量谱密度函数，因为它是频率ω的函数，又称为频谱。下式是P-M谱的函数：

式中V为风速。P-M谱为ITTC单参数谱，ITTC（国际船模水池会议）在11届会议上（1966年）将该谱列为标准单参数谱，它最初由Pierson-Moskowitz提出，该谱以北大西洋1955-1960年的实测资料为依据。S()pS(p)*二海浪谱的应用1海浪预报方面2在海洋工程方面的应用3海洋环境研究4海浪本身的研究*第四章海流与海流载荷海水的大规模流动是海洋环境中重要的物理现象。研究分析海流的大小、方向和分布，不仅有助于确定它施加于海洋工程结构物上的作用力，而且还因为它对海洋工程建筑物的选址规划、甲骨文稳定性能及海上作业安全可靠性都有着重要的影响。由于形成海流的原因多种多样，近岸地区的海岸线及地形又变化多端，致使海流的理论研究与其在工程中的应用存在诸多困难。在实际工程中多以海流的实测资料作为分析问题的依据。

第一节海流分类、成因和海流分布一分类、成因与特征

海流：海水水平或垂直地由一个海区向另一个海区的大规模流动。1按成因分类潮流：引潮力，即日、月引力与地月运动离心力之和风海流：风切应力密度流：等压面倾斜产生压差梯度力波浪流：波浪传播至沿岸所产生的沿岸流2按时间特性分类周期性海流：潮流，T=12-24hr

非周期性海流：其他海流3按流动范围分类近岸海流；近海海流；外海海流。4按温度分类寒流；暖流。二、海洋总的环流模式

1、世界大洋表面的环流模式(p316图)在南、北半球10°~25°的范围内，海水由东向西流动，抵达西岸后，各自产生两个分支，分别沿西岸北上和南下。由于地形和地转偏向力的影响，在北半球中以北上分支为强，南下分支弱；在南半球中则相反，北上分支弱，南下分支强。在南北半球40°~45°之间，海水由西向东流动，抵达东海岸后，亦产生南、北两分支，分别沿东海岸北上和南下。上述海水的流动，在南、北半球分别构成两个封闭的循环，其循环方向为：在北半球为顺时针，在南半球为逆时针。在这两个循环水体的中部，相当于副热带高压的位置，由于两相反方向水流的交换和聚集，形成南、北半球副热带幅聚线，表层海水积而下沉，形成下降流。在赤道附近的海洋西岸，由于北半球向西运动海流的南分支和南半球向西运动海流的北分支在这里相遇，汇合而成一股海流，沿赤道由西向东流去。北半球40°~50°之间的东海岸沿岸，向东运动海流的北分支受极地东风的影响，西行穿过海洋，到西岸后顺岸南下，形成一个逆时针运动的小环流。在南极大陆沿岸，由于受极地东风带的影响，海水恒定地自东向西运动。2、太平洋海水的表层环流（p318）北赤道流在北纬10°~25°之间，由东向西流动，流速0.1~0.5m/s，抵亚洲海岸后，一部分折回，汇入赤道逆流。赤道逆流由南、北赤道流的分支汇合而成，沿赤道由西向东运动，流速较小。黑潮由北赤道流抵亚洲大陆后向北的分支（主要分支）组成，沿日本海岸向东北流区，是著名的暖流，其表层最大流速约为0.8~1.0m/s，宽约50海里，深约500~600m，其特点为高温、高盐、水色深蓝。北太平洋流（西风漂流）黑潮在北纬40°~50°之间东折之后称北太平洋流，它由西向东，直抵北美洲海岸，其主流折向南，称加里福尼亚海流。加里福尼亚海流沿美洲海岸南下，与北赤道流相遇，完成北太平洋中主要的循环，即顺时针方向的温水循环。极地流太平洋中最北端由东向西的寒流。亲潮极地流遇亚洲大陆后顺岸南下称亲潮。3、我国近海环流的一般规律(p320)（1）渤海，黄海，东海等边缘海，海流基本是黑潮分支及近岸流构成。A台湾暖流B黄海暖流C沿岸流a辽南沿岸流；b辽东沿岸流；c渤海沿岸流；d苏北沿岸流；e闽浙沿岸流。（2）南海海流主要由季风支配，具有风海流的特点即稳定，但具有鲜明的季节变化。

第二节海流载荷一海流对工程结构和工程活动的影响1.对结构强度的影响2对基础稳定的影响（冲刷，掏空）3对工程系统的性能的影响（选址规划，结构物稳定性，作业可靠性）4对工程活动的影响（拖航，就位）5对腐蚀速度的影响很大（带走腐蚀产物，磨蚀）二海流的流动特征1潮流TidalCurrent

海水在引潮力作用下周期性地水平流动（分半日潮流，混合潮流，全日潮流）。存在往复流，旋转流。海流水质点速度分布特征：方向相同，大小沿水深呈指数分布。2风海流WindCurrent

风对海面的切应力的推动使海水产生的水平运动，在风力、地转偏向力与垂向紊动阻力达到平衡时形成稳定流动，风海流水质点不在同一平面内，呈螺旋形状，即EkmanSpiral（p304或p249）；表层漂流的方向在北半球较风向偏右45°，此偏角不随风向、流速或纬度的改变而变化。方向角β=45°-πZ/D，即水深Z=D(D为摩擦深度，即4.3%表面漂流速度时的深度)时，漂流的流向将与表层相反。三海流速度的确定（沿水深的分布）1实测法2经验法采用指数型式来简化流速分布潮流：

风海流：总流速：d:水深

uWO为风海流的流速(m/s)U为风速(m/s)uWO=KUK为风因子，0.024≤K≤0.050，一般采用K=0.030四海流载荷计算

原理：粘性流体阻力公式；单位长度结构载荷：

总载荷：CD为阻力系数AP为构件迎流面的投影面积海流载荷计算示意图dOXdzZfO’海底铅直园柱结构z潮流流速风海流流速第五章海冰与海冰载荷

第一节海冰分类及结构特征一海冰分类1从存在形态分类族类状按运动状态分按发展过程和冰厚度分按出现的类型分按几何尺度分按外形，外貌特征分浮冰初生冰饼冰皮冰板冰厚冰平整冰重叠冰堆积冰固定冰沿岸冰锚冰搁浅冰海岸冰脚重叠冰堆积冰冰丘冰山

当冰体的直径在3m以下，厚度小于5cm称为饼冰，厚度大于5cm称为冰皮。当冰体厚度为5~15cm时称为板冰。厚冰的厚度大于30cm。2从存在时期来分（我国）

初冰期冰：一个月，冰较薄，冰界小，无重叠，含盐量大，质松易碎。盛冰期冰：50-70天，重叠严重，日变化与月变化小，结构紧密，坚硬，强度高。融冰期冰：15-20天，多浮冰，随风海流漂动，冰质疏松，强度低。所以有“甘走春前一寸冰，不冒春后三尺险”之说。

冰点温度：纯水的冰点是0℃，而海水中因含有溶解盐类，故海水的冰点比纯水冰点低，与含盐量成反比关系。单位体积海水的质量即海水的密度也与含盐量有关。对某一含盐量的海水存在一个可能达到的最大密度。在最大密度状态下的海水，其温度也与含盐量成反比。当含盐量为24.69‰时，海水的冰点温度与最大密度的水温一致；若含盐量大于24.69‰，且海水温度随外界温度逐渐下降，在下降至冰点的过程中，海水的密度在不断增大，由于表层海水密度大于底层的海水密度，从而形成较强的垂直对流，使海水不易立即结冰。而若含盐量小于24.69‰，当外界气温下降至冰点附近时，海水表层的密度并不处于最大密度状态，垂直对流不显著，海水温度一到冰点便即刻结冰。盐度（‰）510152024.692530冰点温度（0℃）-0.27-0.53-0.90-1.07-1.33-1.35-1.63最大密度时的温度（0℃）2.931.880.770.31-1.33-1