海上风电场水下打桩噪声研究

论文摘要

随着现代经济社会的发展和人民生活水平的提高,人们对电力的需求量也越来越大。传统化石能源存在着不可再生、存量少以及污染严重等不足,仅靠这些传统的化石能源难以满足社会高质量发展的需要。而海上风电具有清洁、绿色、低碳等可持续发展的特点,很好地补充了传统能源的短板,因此各国对于海上风电场的建设发展已越来越重视。我国沿海地区风能资源丰富,集中分布着很多海上风电场,但这些海域也存在许多珍稀海洋动物,如福建、广东、广西沿岸的中华白海豚,辽宁海域的斑海豹等,一些海上风电场的建设临近珍稀海洋物种自然保护区。海上风电场在施工中将产生不同种类的水下噪声,其中对海洋生物影响最为严重的是水下打桩噪声。水下打桩噪声随桩径增大而增强,具有强度大、持续时间长、噪声污染严重等特点。研究结果表明,打桩噪声会使听觉敏感的海洋哺乳动物和鱼类的行为发生改变,掩蔽其通信,导致听觉损伤甚至死亡,对这些海洋生物的生态环境造成极大影响。目前部分海上风电场采用的单桩桩基桩径已增至7.8 m,施工中打桩所产生的噪声源强将越来越大。但现有大直径桩（>6m）打桩噪声公开的数据较少,难以对大直径桩水下打桩噪声进行准确的声源级估计。因此迫切需要对海上风电场水下打桩噪声声源级进行评估分析,以满足水下声学生态环境的科学研究需要,并为海上风电场科学施工及环境评估提供依据,确保我国海上风电场科学合理的布局和发展。本文通过收集整理国内外打桩噪声的数据和我国海上风电场施工打桩现场水下噪声的实测数据,分析海上风电场水下打桩噪声声源级和桩径之间的关系,初步推算出了适合我国浅海域风电场水下打桩噪声声源级估计的经验公式,为我国海上风电场在水下打桩施工中对周边海域生态声环境的影响评估和保护提供指导。具体研究内容和结果包括:1、收集并整理海上风电场施工桩基的发展进程,阐述打桩施工流程方案,简要概括国内外水下打桩噪声监测方法,总结了海上风电场打桩噪声声源级及其对海洋生物影响的研究现状。2、以大连海上风电场八桩和单桩两种桩径的打桩噪声监测数据为例,分析其时域和频域的声学特性,结合施工海域环境因素,拟合传播曲线,计算声源级。对两种桩径的打桩噪声进行对比,为研究声源级和桩径间的关系提供了大、小两种桩径的实测数据,用以验证声源级估计的经验公式。3、研究了海上风电场打桩噪声声源级与桩径间的关系,给出经验公式。通过课题组近年来对我国海上风电场打桩噪声的监测与分析以及国内外打桩施工水下噪声数据可以看出:随着海上风电场所采用的大直径桩基的增多而对大直径单桩施工声源级评估的需求也增加,而之前国外文献中用于对此类打桩噪声声源级估计的经验公式尚存在“过估计”的情况。为了更准确有效地进行施工过程中的海洋声环境影响评估,需要对施工打桩特别是大直径桩基打桩噪声声源级重新进行评估。本文基于搜集到的国内外海上风电场水下打桩噪声数据,用MATLAB中的cftool拟合工具箱对水下打桩噪声声源级和桩径数据进行曲线拟合,将拟合结果与英国Nedwell和Wyatt[31-32]的经验公式相对比,并用课题组在我国大连等海域实测的水下打桩噪声数据加以验证,得出较适合我国浅海海上风电场水下打桩噪声声源级估计的经验公式;桩径在0～5 m内,拟合结果与实测数据基本吻合;桩径超过5 m时,拟合结果略高于实测数据,桩径为6.5 m时,估计值比实测值高6.5 dB,但误差仍小于Nedwell和Wyatt的经验公式估计结果。4、分析了水下打桩噪声对不同海洋生物的影响。海洋生物受水下噪声影响程度及范围与打桩噪声声源级,声传播特性和海洋生物听阈特性等有关。根据本文得出的经验公式并结合施工海域的水深等环境条件,可以在打桩施工前估计声源级并给出对不同海洋生物的影响范围。本文以打桩噪声均方根声源级230 dB,传播损失因子15～22为例,给出鲸豚类,鳍足类及鱼类的打桩施工影响范围估计。5、针对海上风电场大直径打桩施工所产生的水下噪声源,论文最后还总结了几种主要降噪方法,并从工程实用性上对这几种方法进行比较,为声学保护海洋生物提供选择依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景和意义
•     1.1.1 国内外海上风电场发展概况
•     1.1.2 海上风电场桩基基础发展概况
•     1.1.3 打桩施工主要技术方案
•   1.2 海上风电场打桩声源研究概况
•     1.2.1 打桩噪声产生机理及监测方法
•     1.2.2 打桩噪声研究进展
•   1.3 论文组织结构
• 第二章 水下打桩噪声数据采集与分析
•   2.1 水下打桩噪声数据监测
•     2.1.1 监测环境
•     2.1.2 监测过程
•   2.2 水下打桩噪声数据分析
•     2.2.1 八桩承台监测结果及分析
•     2.2.2 单桩监测结果及分析
•   2.3 总结与讨论
• 第三章 水下打桩噪声声源估计
•   3.1 水下打桩噪声声源估计经验公式
•   3.2 水下打桩噪声声源估计经验公式修正——桩径范围为0～5m
•   3.3 水下打桩噪声声源估计经验公式修正——桩径范围为0～6.5 m
•   3.4 总结和讨论
• 第四章 海上风电场水下打桩噪声控制
•   4.1 海上风电场水下打桩噪声的影响
•   4.2 海上风电场水下打桩噪声的控制实例
•     4.2.1 澳大利亚的打桩协议简述
•     4.2.2 英国打桩协议
•     4.2.3 其他国家的打桩相关协议
•   4.3 打桩减噪措施
•   4.4 总结与讨论
• 第五章 总结与展望
• 附录
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间获得的成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张然

导师: 许肖梅

关键词: 海上风电场,打桩噪声,声源级估计

来源: 厦门大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,工业通用技术及设备,电力工业

单位: 厦门大学

分类号: TB56;TM614

总页数: 80

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