摘 要：使用多波束测深系统和侧扫声呐系统自主对海底电缆路由开展地形地貌检测。通过与之前3次外委海缆检测数据对比，发现海床面整体存在冲刷，少部分抛石石坝垮塌，发现3处疑似海缆裸露点，在路由个别地段沙波存在位移和冲刷趋势。可为后续发现海缆保护工作提供数据支持。 关键字：多波束；侧扫声呐；路由检测；裸露；悬空
Application of multi-beam and side-scanning sonar in the detection of submarine cable routing in Hainan Power Grid Interconnection
Abstract: The multi-beam sounding system and the side-scanning sonar system are used to independently detect the topography of the submarine cable routing.Comparing with the previous three times of the submarine cable test data, it is found that there is a scouring of the seabed surface as a whole, and a small number of riprap dams collapsed. It is found that there are three suspected bare-earth cable points, and there are displacement and sco
uring trends in the sand waves in individual routes.It will provides data support for subsequent discovery of submarine cable protection work.
Keywords: multi-beam, side-scan sonar, route detection, exposed, dangling
1、项目简介
海南联网系统是连接大陆电网与海南电网的唯一电力联络通道，系统包括敷设于琼州海峡西侧31km的超高压充油纸绝缘海底电缆。琼州海峡是南海最繁忙的航道之一，附近渔业生产频繁；受狭管效应影响，海峡内海流流速较高，可达3.84kn。为及时掌握海底电缆状态，需要定期对海底电缆本体及路由地形地貌开展检测。本次测区位于琼州海峡西口，北起广东徐闻县许家寮村附近（20°15'15"N,109°56'53"E），南至海南澄迈县林诗岛附近（19°59'15"N,109°56'46"E）。测区所在位置示意图如图1所示。
本次检测是在前3次外委水下机器人开展的海缆埋深检测基础上，开展海底电缆路由障碍物情况、抛石保护石坝外观、本体裸露悬空等海缆路由地形地貌测量，获取海底电缆路由深水区全覆盖高精度地形地貌数据。检测数据最终整合形成检测数据库，和前3次检测数据进
安全带插扣行对比，充实海缆缺陷库，掌握海缆缺陷和隐患变化情况并提出下一步海缆埋深检测、防外力破坏等相关工作的建议。
图1、 海南联网海底电缆测区位置
2、检测设备及作业内容
本次检测多波束系统采用Soinc 2022，该系统最大斜距量程500m，工作频率200～400kHz，波速宽度Across Track方向1.0°&400kHz/1.0°&200kHz，波速宽度Across Track
方向2.0°&400kHz/2.0°&200kHz；每次发射256个波速，每秒最多发射60次波速。侧扫声呐系统采用EdgeTeach 4200MP，该系统可选择100/400kHz，脉冲长度：100kHz时20ms，400kHz时10ms；工作范围：100kHz时每侧最大500m，400kHz时每侧最大150m。纵向分辨率：100kHz时200m范围内为2.5m，400kHz时100m范围内为0.5m；横向分辨率：100kHz时为8cm，400kHz时为2cm。
本次主要开展水下地形地貌扫测，项目历时95天，期间共完成地形测量36.64平方公里，侧扫声呐扫测298公里。作业时多波束测线之间保证最少有50%的重叠，大于规范要求的10；侧扫作业时保持航速4～5节，期间指挥驾驶员保持直线航行，确保测线之间有效重叠。
3、检测结果松梢斑螟
3.1地貌检测结果
（1）根据侧扫声呐影像初步判断，海缆路由上方大部分石坝都存在散塌状，且逐渐被泥沙覆盖，保存较好的石坝总长度大致有2520m。从目前看，石坝在预防海缆路由的冲刷作用
上，还是起到一定效果，但由于海床面整体存在冲刷，所以石坝周围的海床难免存在被掏空的情形，这样会影响石坝的长期效用。保存较好的石坝主要位于：A相海缆KP18.25～KP18.73、KP25.143～KP26.651；B相海缆KP14.984～KP15.635、KP24.721～KP24.794、KP24.842～25.091、KP25.194～KP25.257；C相海缆KP25.192～KP25.243。
（2）2015 年的21 处裸露点和3 处悬空段中，本次检测发现疑似裸露点共计3处，均位于B 相海缆：
●裸露点1（见图2）距林诗岛终端站1.1km，位于19°59'51.862"N，109°56'50.9686"E处，长度大致为21m疑似B相海缆物体，初步怀疑为埋深较浅或裸露的海缆测。
●裸露点2核桃剥壳机（见图3）距林诗岛终端站1.48km，位于20°00'5.2308"N，109°56'52.5896"E处，有明显回波，疑似B相电缆裸露痕迹，长度约40m。
●裸露点3（见图4）距林诗岛终端站1.54km，位于20°00'5.4406"N，109°56'52.5433"E处，石坝边缘有细长的电缆路由痕迹，疑似B相电缆裸露痕迹，长度约20m。
图2、裸露点1 地貌图 图3、裸露点2地貌图
图4、裸露点3地貌图
（3）通过侧扫声呐扫测，未发现明显的海缆悬空迹象。
（4）其它地物检测结果显示大部分地物为渔民临时所放捕鱼网具，如虾笼、网绳、浮标等；海缆路由北侧多处不明痕迹呈椭圆型，长度从30～100m不等，在顶点的线状物回波较强，长度不等，现有资料无法解析，不排除为渔民残留在海底网绳。其它有些线状地物现有手段无法说明其类型及正确评估危害，其姿态主要附着于海床面，如果不刻意受外力作用的情形下，对海缆危害不大。
3.2地形检测结果
（1）海缆路由海底地形复杂，从两岸向海峡中央逐渐变深，在水深大于50m的海域分布一条东西走向的深槽，槽底的水深在80～110m之间；海缆路由北侧地形变化平缓，无明显的沟壑及斜坡等不良地形；海缆路由南侧地形破碎，沙波、斜坡、陡坎较多，地形高低起伏变化大。
图5、海底电缆路由地形图
（2）路由上的沙波整体表现较稳定，移动趋势较小，但个别地段，如位于KP21.5～KP21.1之间的沙坡（横跨A 相电缆，-36.5m），存在明显冲刷，中间被掏空的程度加剧。另有位于KP26.3～KP26之间的沙坡（横跨于电缆路径上方，-38m，见图4.5），存在明显冲刷，波峰逐渐被冲刷西移，并呈减小的趋势，如果继续冲刷，势必影响该处电缆的埋深。
图6、沙波冲刷典型对比图（左图为2015 年等值线图、右图为2017 年等值线图）
（3）2015～2017年间海缆路由区整体处于冲刷的状态，平均冲刷厚度达0.7m，最大冲刷区域位于路由北侧KP12.1～KP10.6，检测到的冲刷最大达6.1m；而从淤积情况来看，淤积区域大概位于最大冲刷区域的北侧KP10.6～KP10.1和东南侧，大部分区域淤积幅度大于邬婧婧1m，个别地段淤积厚度达2.1m。同时，废旧电路板提金技术2013～2015年间，KP12.2～KP10.6区段，水深变化范围15～80m，海缆路由处于冲刷状态，大部分区域冲刷幅度小于1.5m，个别地段冲刷达4m。
4、结论和建议
（1）通过本次检测可以确认，相比水下机器人开展海缆检测操作，多波束、侧扫声呐操作和数据处理相对简单，同样能够及时发现海缆路由地形地貌变化情况，为海缆后续保护工作提部分必要的数据支持。
（2）嵌入式软件开发综合前3次检测结论发现，海缆路由KP12.2～KP10.6区段（2016 年埋深检测发现了3段裸露和2段悬空），水深变化范围大（15～80m），海缆路由处于冲刷状态，在后续进
行海缆冲埋、抛石等保护时可多加防范，针对性的在该区段提高防范等级，降低该区段海缆裸露的风险。
（3）侧扫声呐扫测的部分地物现有手段无法说明其类型及正确评估危害，其姿态主要附着于海床面，如果不刻意受外力作用的情形下，对海缆危害不大，建议维持现状。
（4）针对海缆已出现裸露悬空状况，分析是石坝基础建成后，坝体会对海流起到约束作用，改变了水流的方向，容易产生湍流和漩涡，会对坝体周围地形造成局部冲刷现象，加上琼州海峡较大的海流速度，加剧了冲刷的变化。石坝的使用寿命难以预测，建议采取海底防冲刷措施，常见的有：水泥压块、沙包堆磊、混凝土沉排垫、打防护支撑桩、安装仿生海草等。
（5）水下机器人、水下视频及带电埋深检测可对海底电缆的细节进行更准确清晰的检测，建议继续开展研究及应用。
参考文献：
[1]2010年海底电缆综合检测技术研究与应用技术报告，2011年7月
[2]2013年500kV海南联网工程海底电缆综合检测项目综合检测报告，2013年7月
[3]2016年500kV福港线海底电缆路由埋深检测项目检测报告，2016年4月
[4]500kV福港线海底电缆路由自主检测项目竣工总报告（含3个专题分析报告），2017年9月
[5]贾玉明，侧扫声纳在琼州海峡海底电力电缆路由测定中的应用 广东输电与变电技术，2011年1月
