海底油气输送管线是海上油气开发中油气传输的主要方式，是海洋油气生产系统中一个不可缺少的重要组成部分。由于海底管线所处的海洋动力环境非常恶劣，许多不确定因素的相互影响使得海底管线的铺设和运营风险俱增，因冲蚀悬空而造成破坏的报道一直层出不穷。随着我国深海油气资源的不断开发,海底管线在海洋工程中的应用越来越广泛，因此海洋动力作用下海底管线防护问题也越来越引起广大海洋工程技术人员的广泛关注。本文通过分析管线绕流机理，将单向流作用下管线后侧回流区沿水深分为3个流区(底层的负流区、中层的自由剪切层区以及上层的核心区)。针对剪切层区的水流特征，利用射流分析的类似方法，适当的简化控制方程，从理论上探讨了剪切层区的时均速度分布规律。根据动量守恒，推导了管线后侧回流区长度公式。分析了流经管线水流的水面线变化情况。通过物理模型试验，采用Vectrino三维点式流速测量系统，对单向流作用下无导流板以及顶部安装导流板的海底管线周边流场进行了系统的试验观测。以试验资料为基础，讨论了流场流速、紊动强度以及压力变化趋势，并对回流尺度进行了分析，将试验结果与理论计算结果相对比，吻合良好。在理论和试验研究的基础上，对管线周围流场、压力场进行了垂向二维的数值模拟。计算结果与试验结果吻合良好。本文的研究为进一步探讨海底管线冲刷机理及其防护技术奠定了理论基础。