| ■新闻缘起 11月18日，上海交通大学在2008国际深海技术研讨会上宣布：中国首座海洋深水试验池———上海交通大学海洋工程国家重点实验室海洋深水试验池投入试运行，其规模、功能和装备水平居世界前列。 该试验池长50米、宽40米、最大工作水深10米，并有一个直径5米、深40米的中央深井，具备模拟风、浪、流及各种复杂海洋环境的技术能力，可满足海上平台建设、深海资源开发等海洋工程领域的模拟试验需要。 据介绍，深水试验池是发展深海工程技术不可或缺的大型核心科研设施，该试验池的建成也标志着中国成为世界具备海洋工程深水综合试验研究能力的三个国家之一。（据新华网） 11月18日，国内首座海洋深水试验池在上海交通大学的海洋工程国家重点实验室投入试运行，并由于人工生成各种风浪、海流的本领而被媒体誉为“仿真海洋”。不过，制造如此“风生水起”效果的机关究竟何在？又是怎么兴风作浪的？ ———“仿真海洋”——— 提起“仿真海洋”，或许很多人会首先联想到水族馆里布满珊瑚和海藻、饲养着色彩斑斓鱼类的海水展池。不过，在上海交通大学闵行校区的海洋工程国家重点实验室，刚落成的海洋深水试验池里可没有任何海洋生物能供观赏，只有各种工程模型做“临时住户”，“仿真”的则是海洋中的各种大风、波涛和水下洋流。 作为一项室内工程，深水试验池体量惊人。“水立方”的北京奥运会主泳池长50米，宽25米，水深3米，而深水试验池的两条边分别有50米和40米长，主体部分最深10米，最大容积几乎是奥运会主泳池的6倍。 ———种种疑问———深水试验池机关何在？ 深水试验池之所以说“最大”，是因为钢制池底是可以整体升降的，用以调出各种试验所需的不同水深，也便于安装、检修各种实验设备。不过，起吊2000平方米的钢制池底，对吊车也是个不小的负担吧？ “池底升降不需要吊车，而是靠浮力作用。”实验室主任李润培教授介绍说，试验池的整个池底其实并不是一块钢板，而是由多个比水清的空心浮箱组成。上浮时只需将抱紧装置放开，下降则是通过电机拉动浮箱底部的6根拉杆，到了所需位置就启动抱紧装置将池底固定住。整套机械装置和浮力设计，都是经过精心计算、设计和施工而成的。 在水池中央，还有一个直径5米的圆柱形垂直深井，最大工作深度可达40米。如果用1∶100的模型进行试验，最多可模拟4000米的深海环境。深井内壁都是用高强度、高抗渗材料制成，倾斜度被严格控制在千分之一以内，底部也可以上下调节。 由于海水腐蚀性较大，密度又不易控制均匀，因此整个“仿真海洋”中都是经过净化的普通自来水。在试验结果分析中，还需要通过换算消除淡水与海水的密度差。 一池清水怎样兴风作浪？ 站在池边，人们或许会为深水试验池的巨大容积而惊叹，然而它毕竟只是一泓池水。造出辽阔海洋中的狂风大作、巨浪汹涌，全靠池内的各种“机关”。 32部圆筒状风机，实验时既可安放在池边，也可装在有升降功能的大跨度拖车上，它们的职责是模拟各种方向、高度和强度的海风，甚至能造出飓风的效果。不过，虽说“无风不起浪”，风对海浪的形成功不可没，但水池中的波涛可不是它们“吹”出来的。 在试验池的北侧和东侧池壁上，共装有两台多单元造波机，222块造波板各由一台电机独立驱动。运行时，每块板都被造波程序布置了一份“乐谱”，使它们能按照计算机的“指挥棒”随时变化自己的角度、转速，水中生成的各种波浪形态就是它们配合下的“协奏曲”。 “海浪的产生并非完全有规律可循，因此我们开发造波程序时也加入了一些随机因子，以尽可能模拟大自然中的不规则波。”试验池造波系统负责人、上海交通大学海洋工程国家重点实验室研究员汪学锋说。 汪学锋介绍，借助两台造波机的叠加效果，这套设备能造出接近自然海浪的三维波，包括最高可达0.5米规则波浪。对1∶100的模型而言，这就相当于50米高的巨浪，足以模拟最恶劣的海况。 与大海中不同，波浪在封闭水池中会来回荡漾，把造波机生成的水波搅得一团糟，使试验难于预测、分析。为此，两台造波机对面的池壁各延伸出一段坡度平缓、底部采用消波结构的消波滩。 “就像潮水打在沙滩上一样，水波到达消波滩后也会迅速消解能量。”汪学锋说，打在滩头的水则会直接流入落水槽中，以免干扰后续波浪。 而为制造水下“暗流涌动”的效果，试验池从上到下还安装有6层喷水造流设备，通过水流的外循环来模拟剪切流等复杂海流情况。 国际“座次”能排几号？ “目前全世界真正能做综合性深海工程试验的，只有荷兰MARIN水池、挪威MAR鄄INTEK水池和我们三家。”李润培表示，上海交大海洋深水试验池的规模、功能和装备水平完全能与荷兰MARIN研究所上世纪90年代末建成、当今世界最先进的海洋深水池媲美。 作为这个“顶级俱乐部”的新成员，上海交大海洋深水试验池虽然还未完成全部的调试工作，但已经接到了多项国内外的试验预约。“在完成国家科研、试验任务的基础上，我们也会开放一定的商业使用，使设备资源能充分发挥价值。”李润培说。 据汪学锋介绍，除了两台造波机及其控制程序，试验池中的风、浪、流等子系统大部分都是自主研发的。“我们设计的造波程序，不仅可用于模型的抗风浪试验，也能用来研究波浪本身的生成机理。” 目前，研究人员还在开发能生成更高波浪的造波程序，这样可用比例较小的大体积模型，进一步提高模拟能力。 尽管我国已成为世界造船大国，但船舶设计能力和技术储备的不足仍是困扰整个船舶产业的瓶颈，深海海洋工程技术更是与世界先进水平有一定差距。李润培说，实验室当前正在重点开展深海平台、大深度潜水器、海底管道检测与维修、浮式生产储油系统（FP鄄SO）、船舶及海洋结构物设计制造等我国船舶与海洋工程行业急需的关键技术的研发，而试验池的落成，无疑将为这些研发项目提供最优良的“演兵场”。 ■延伸阅读 深水试验池价值几何？ 建筑规划需要沙盘，飞机设计要有风洞，而海洋工程、船舶和深潜器的模型测试也需在特殊设计的水池中进行。 “试验池主要是进行深海海洋工程的运动及受力模拟试验，也就是测试海上平台、船舶和深潜器等在风、浪、海流作用下的反应和抵抗能力。”李润培介绍说，“尽管如今计算机模拟日益发达，但实物模型测试仍不可替代。” 通过隔水管、钻杆等与海底相连的钻井平台，每天都会面临海面风浪和水下洋流的考验，无处不在的海流同时也是海底钻探、管道铺设等工程的重要难题。在工程设计中，试验池可以创造最接近实际深海环境的测试条件，为设计工作和行业标准制定提供宝贵数据。 李润培说，随着能源压力的不断加大，从浅海走向深海正成为当今海洋油气开发的趋势。我国为保障国家能源安全和保护、利用海洋国土资源，也急需深海海洋工程技术及装备的支撑。而作为我国海洋工程研发的“国家队”，上海交大海洋工程国家重点实验室原有的海洋工程水池只有5米水深，也缺乏模拟深海复杂环境的能力。 2005年，国家发改委、上海市政府、上海交通大学和中国海洋石油总公司联合投资1.2亿元，将海洋深水试验池列入国家高技术产业发展项目计划重点建设。据介绍，试验池除了测试海洋平台和船舶抵抗恶劣海洋环境的性能，还能满足石油、天然气、多金属结核等深海资源开发工程的模拟试验需要，并作为深海潜水器、水下管线工程等技术的测试平台。 |
