海底電纜工程海域使用動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)探討*

魏 巍，馬 媛，蘇東甫，李團(tuán)結(jié)，張志強(qiáng)，錢立兵

（1．國家海洋局南海工程勘察中心 廣州 510300；2．中國海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 青島 266001；3．國家海洋局海洋咨詢中心 廣州 510300）

海底電纜工程海域使用動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)探討*

魏 巍1，2，馬 媛1，蘇東甫3，李團(tuán)結(jié)1，張志強(qiáng)1，錢立兵1

（1．國家海洋局南海工程勘察中心 廣州 510300；2．中國海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 青島 266001；3．國家海洋局海洋咨詢中心 廣州 510300）

海底電纜鋪設(shè)施工既是重要的用海方式，也是常見的海洋工程類型。對(duì)海底電纜鋪設(shè)施工的動(dòng)態(tài)監(jiān)測更是海域使用動(dòng)態(tài)監(jiān)測的重要內(nèi)容，但常用的衛(wèi)星遙感監(jiān)測與地面監(jiān)測等手段無法滿足此類涉海工程海域使用動(dòng)態(tài)監(jiān)測的需求。文章基于海底電纜鋪設(shè)施工的工程特性分析，在總結(jié)相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)海底電纜鋪設(shè)施工海域使用動(dòng)態(tài)監(jiān)測的內(nèi)容與特點(diǎn)進(jìn)行分析，并對(duì)現(xiàn)場監(jiān)督與監(jiān)測、綜合工程地球物理探測、調(diào)查走訪等動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行了探討。

動(dòng)態(tài)監(jiān)測；海底電纜工程；海域使用管理；探討

海底電纜是指鋪設(shè)于海底用于通信、電力輸送的電纜，包括海底通信光纜、海底輸電電纜等。近年來伴隨著我國海洋經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，海底電纜工程建設(shè)項(xiàng)目也以前所未有的規(guī)模和速度不斷涌現(xiàn)。鋪設(shè)海底電纜既是重要的用海方式［1］，又是常見的海洋工程類型［2］。我國現(xiàn)行的涉海法律、法規(guī)要求對(duì)包括海底電纜鋪設(shè)在內(nèi)的海洋工程建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施海域使用及環(huán)境影響實(shí)施監(jiān)視、監(jiān)測和監(jiān)督管理［3－6］。國家海洋局從2006年開始建設(shè)國家海域使用動(dòng)態(tài)監(jiān)視監(jiān)測管理系統(tǒng)［7］，對(duì)海底電纜鋪設(shè)施工的動(dòng)態(tài)監(jiān)測是該系統(tǒng)的重要內(nèi)容［8］。

海底電纜工程被世界各國公認(rèn)為最復(fù)雜困難的大型工程，其投資巨大、工藝復(fù)雜。該類工程進(jìn)入鋪設(shè)施工階段后，其項(xiàng)目用海行為發(fā)生的海域隨鋪纜船沿施工路由不斷離岸延伸，速度可達(dá)每天十余千米。現(xiàn)有的衛(wèi)星遙感監(jiān)測與地面監(jiān)測等手段無法承擔(dān)此類海域使用動(dòng)態(tài)監(jiān)測任務(wù)，難以滿足政府對(duì)海域使用實(shí)時(shí)監(jiān)督和科學(xué)管理的需求。因此，開展海底電纜鋪設(shè)施工期間海域使用動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)探討，對(duì)提高各級(jí)海洋管理部門和其他涉海部門的綜合決策能力和辦事效率，依法維護(hù)國家海域所有權(quán)和海域使用權(quán)人的合法權(quán)益，保護(hù)海洋資源和環(huán)境具有重要意義。

海域使用動(dòng)態(tài)監(jiān)測是一個(gè)全新的工作領(lǐng)域，有著鮮明特點(diǎn)，在監(jiān)測實(shí)施、業(yè)務(wù)組織、系統(tǒng)開發(fā)等方面都需要進(jìn)行大量的探索與創(chuàng)新［9］。海域使用動(dòng)態(tài)監(jiān)測工作有著強(qiáng)烈的實(shí)踐需求，也有較為綜合的理論要求?，F(xiàn)今針對(duì)海底電纜鋪設(shè)施工前的路由勘察、環(huán)境影響評(píng)價(jià)及海域使用論證等工作已經(jīng)擁有了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，形成了較為成熟的法律法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程，但海底電纜鋪設(shè)施工期間的動(dòng)態(tài)監(jiān)測工作剛剛起步，仍面臨著許多理論和實(shí)踐問題，有待進(jìn)一步研究探討。

1 海底電纜鋪設(shè)施工簡介

海底電纜是鋪設(shè)于海底的線狀設(shè)施，其直徑在60 mm左右［10］，長度取決于連接的兩端登陸點(diǎn)間的距離，單根無中繼段海底光纜最大距離已經(jīng)可達(dá)400 km［11］。海底電纜一般由外被層、鎧裝層、護(hù)層、抗壓管和光纖單元 （導(dǎo)體）等部分組成，根據(jù)鋪設(shè)海區(qū)的深度分為淺海型 （水深小于500 m）和深海型 （水深大于500 m）。

海底電纜的鋪設(shè)施工過程可分為以下幾個(gè)步驟：鋪設(shè)前掃海清障、鋪設(shè)作業(yè)、鋪后監(jiān)測與復(fù)埋。其中，鋪設(shè)作業(yè)分為埋設(shè)和敷設(shè)。在淺海區(qū)，由于易受到養(yǎng)殖、捕撈、拋錨等人為因素?fù)p壞，一般采用埋設(shè)方式；在深海區(qū)，受外界因素影響較小，一般采用敷設(shè)方式，即直接將海底光纜布放在海底。根據(jù)埋設(shè)區(qū)海底底質(zhì)的類型，埋設(shè)手段包括為犁式埋設(shè)、水噴式埋設(shè)與機(jī)械挖掘式埋設(shè)［12］。當(dāng)埋設(shè)電纜交越其他在用海底管線時(shí)，在距離交越點(diǎn)500 m以外，會(huì)將埋設(shè)犁回收至鋪纜船的甲板，將鋪設(shè)光纜用硬塑料套管進(jìn)行保護(hù)后敷設(shè)于現(xiàn)有光纜之上，交越的角度盡量控制在90°，且不低于45°，然后在離開交越點(diǎn)500 m以外后，埋設(shè)犁重新下放工作。鋪后監(jiān)測與復(fù)埋，是在由于不利的地質(zhì)條件、水下設(shè)備故障等因素導(dǎo)致在鋪設(shè)施工中海底電纜未能達(dá)到埋設(shè)要求的區(qū)域，利用ROV（遙控水下機(jī)器人）進(jìn)行檢查，并利用ROV上高壓水槍沖埋的方式進(jìn)行埋復(fù)。

2 動(dòng)態(tài)監(jiān)測的內(nèi)容與目的

海洋管理必須依靠監(jiān)測的資料與數(shù)據(jù)才能產(chǎn)生正確的管理行為和較好的行為后果［13］。海底電纜鋪設(shè)施工海域使用動(dòng)態(tài)監(jiān)測是專業(yè)勘察監(jiān)測單位以相對(duì)獨(dú)立的第三者身份，依據(jù)相關(guān)法律規(guī)范、有關(guān)政策以及批復(fù)文件等，對(duì)發(fā)生在中華人民共和國內(nèi)水、領(lǐng)海和其他管轄海域內(nèi)的海底電纜鋪設(shè)施工時(shí)間、位置、工藝及對(duì)利益相關(guān)者解決方案的落實(shí)進(jìn)行監(jiān)測監(jiān)控，并將監(jiān)測監(jiān)控的數(shù)據(jù)完整、安全和及時(shí)傳遞給海洋管理部門，為海域使用動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)與決策提供技術(shù)支撐。

海底電纜鋪設(shè)海域使用動(dòng)態(tài)監(jiān)測，能夠促使海纜鋪設(shè)項(xiàng)目嚴(yán)格按照海域使用論證和環(huán)境影響評(píng)價(jià)及其批復(fù)文件的要求，進(jìn)行建設(shè)并落實(shí)到位，防止其隨意改變項(xiàng)目用海的方式、位置，預(yù)防對(duì)利益相關(guān)者造成重大損害，避免對(duì)海洋環(huán)境和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的影響。這種運(yùn)用專業(yè)、高效的動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)手段，對(duì)海底電纜鋪設(shè)過程中用海行為進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，改進(jìn)管理的意見和建議的過程，是提高行政效能、保證涉海政府管理部門決策科學(xué)化的重要舉措。

3 監(jiān)測方法及特點(diǎn)

根據(jù)海纜鋪設(shè)施工過程中不同的用海行為特點(diǎn)，采取人員監(jiān)督或設(shè)備探測等不同類型的監(jiān)測方法，選擇多元的監(jiān)測手段，可大幅提高海域使用動(dòng)態(tài)監(jiān)測的科學(xué)化、規(guī)范化的水平。

3.1 施工現(xiàn)場監(jiān)督與監(jiān)測

施工現(xiàn)場檢驗(yàn)與監(jiān)測是指監(jiān)測技術(shù)人員登臨海底電纜鋪設(shè)船，對(duì)整個(gè)施工過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測與監(jiān)督。深入現(xiàn)場實(shí)施檢查、監(jiān)測海底電纜鋪設(shè)，是海域使用動(dòng)態(tài)監(jiān)測的不可或缺的重要環(huán)節(jié)?，F(xiàn)場監(jiān)督與監(jiān)測方法主要包括人員現(xiàn)場監(jiān)督記錄與設(shè)備水上水下定位等。

人員現(xiàn)場監(jiān)督記錄為監(jiān)測人員采用現(xiàn)場監(jiān)視、拍照、錄像等手段，對(duì)海纜鋪設(shè)所采用的施工設(shè)備、工藝與施工進(jìn)度進(jìn)行詳細(xì)記錄，并形成監(jiān)測檔案，以核實(shí)海纜鋪設(shè)是否落實(shí)用海方式控制要求，其施工工藝以及技術(shù)手段是否符合海域使用批復(fù)的要求，海纜鋪設(shè)船是否發(fā)生批復(fù)鋪設(shè)海纜以外的其他用海行為。若在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)有違背批復(fù)的海域使用行為應(yīng)及時(shí)上報(bào)相關(guān)海洋管理部門。

設(shè)備水上、水下定位為監(jiān)測技術(shù)人員利用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)對(duì)海纜鋪設(shè)船的航跡進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控記錄，采用水下聲學(xué)定位系統(tǒng)對(duì)海纜鋪設(shè)的水下設(shè)備 （如埋設(shè)犁）的水下活動(dòng)開展定位記錄，以監(jiān)督海纜船鋪設(shè)行為是否超出批復(fù)的用海海域。此外，由于水下聲學(xué)定位系統(tǒng)使用技術(shù)難度及經(jīng)濟(jì)成本都較高，可利用 “主要因素分析管理”等方法，統(tǒng)籌整個(gè)施工全過程，抓住主要矛盾，在鋪設(shè)光纜與在用光纜管道交越等關(guān)鍵控制點(diǎn)采用，既不影響海纜鋪設(shè)項(xiàng)目的順利實(shí)施，同時(shí)滿足海域使用管理的需求。

施工現(xiàn)場監(jiān)督與監(jiān)測的數(shù)據(jù)與成果應(yīng)及時(shí)以航次簡報(bào)的形式上報(bào)海洋管理部門，航次簡報(bào)應(yīng)包括航次編號(hào)、項(xiàng)目名稱、項(xiàng)目編號(hào)、施工單位、施工船只、監(jiān)測單位、測量時(shí)間、測量基準(zhǔn)、測量設(shè)備、測量人員、項(xiàng)目施工進(jìn)度、項(xiàng)目施工工藝及設(shè)備、施工船航行描述、施工船作業(yè)過程簡述、相關(guān)照片、其他附件、結(jié)論與建議等內(nèi)容。在施工結(jié)束后應(yīng)編入項(xiàng)目動(dòng)態(tài)監(jiān)測報(bào)告中。

3.2 綜合工程地球物理探測

由于大型海纜工程的路由長度普遍較長，往往會(huì)達(dá)到幾千千米，因此可根據(jù)海纜鋪設(shè)施工進(jìn)度，分階段在完成鋪設(shè)的路由區(qū)，綜合采用水深測量 （單波束、多波束）、側(cè)掃聲吶探測、淺地層剖面探測等工程地球物理技術(shù)手段，核實(shí)海底電纜的埋設(shè)位置、深度，了解和掌握海纜開挖、填埋施工后海底地貌變化狀況，以及對(duì)其交越的其他海底管線等構(gòu)筑物的影響。

綜合工程地球物理探測的測線布設(shè)及實(shí)施過程可參照相關(guān)規(guī)范執(zhí)行［14］。綜合工程地球物理探測的時(shí)效性應(yīng)予以保證，同時(shí)在內(nèi)水、領(lǐng)海及其他管轄海域內(nèi)可根據(jù)具體的施工工藝，采用不同的監(jiān)測方式 （全程檢測與監(jiān)督抽查）、不同的監(jiān)測比例尺，但在內(nèi)水與領(lǐng)海范圍應(yīng)強(qiáng)制采用全程監(jiān)測的方式。同時(shí)，在綜合工程地球物理探測實(shí)施工程中，應(yīng)保證監(jiān)測儀器設(shè)備滿足各監(jiān)測項(xiàng)目的要求、計(jì)量設(shè)備應(yīng)經(jīng)過法定計(jì)量檢定部門的檢定后使用、監(jiān)測人員應(yīng)經(jīng)過行業(yè)管理部門的培訓(xùn)后持證上崗。

綜合工程地球物理探測應(yīng)形成工程地球物理動(dòng)態(tài)監(jiān)測報(bào)告及相關(guān)圖件，編入項(xiàng)目動(dòng)態(tài)監(jiān)測報(bào)告中，并上報(bào)海洋行政主管部門。

3.3 調(diào)查走訪

該方法是利用實(shí)地走訪或征求意見函的手段，考察海域使用者對(duì)于海域使用協(xié)調(diào)方案與對(duì)策措施的落實(shí)情況，確定其是否對(duì)相關(guān)利益者造成不良影響。調(diào)查走訪的過程中，若發(fā)現(xiàn)重大問題，應(yīng)及時(shí)反饋給施工單位，并上報(bào)管理部門。

調(diào)查走訪應(yīng)形成調(diào)查走訪監(jiān)測報(bào)告，并編入項(xiàng)目動(dòng)態(tài)監(jiān)測報(bào)告中，同時(shí)上報(bào)給海洋行政主管部門。

4 結(jié)束語

在海底電纜鋪設(shè)用海行為管理中引入動(dòng)態(tài)監(jiān)測工作，使動(dòng)態(tài)監(jiān)測成為海纜海域使用管理的重要支撐，對(duì)工程實(shí)施的全過程進(jìn)行監(jiān)測評(píng)估，是海域使用管理逐步制度化和規(guī)范化的必然要求。本文初步探討了我國海纜鋪設(shè)施工動(dòng)態(tài)監(jiān)測的目的與特點(diǎn)，提出了現(xiàn)場監(jiān)督與監(jiān)測、綜合工程地球物理探測、調(diào)查走訪3種主要?jiǎng)討B(tài)監(jiān)測方法。3種監(jiān)測方法的綜合利用，可有力推動(dòng)海纜用海管理向科學(xué)化和規(guī)范化轉(zhuǎn)變。在未來海纜海域使用管理中，如何建立的動(dòng)態(tài)監(jiān)測組織管理機(jī)制、如何開展動(dòng)態(tài)監(jiān)測評(píng)估工作、如何為動(dòng)態(tài)監(jiān)測提供制度保障等將是研究的重點(diǎn)。

［1］ 國家海洋局．海域使用分類體系［Z］．北京：國家海洋局，2008．

［2］ 國務(wù)院．防治海洋工程建設(shè)項(xiàng)目污染損害海洋環(huán)境管理?xiàng)l例［R］．北京：國家海洋局，2006．

［3］ 第九屆全國人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)．中華人民共和國海域使用管理法［Z］．2001．

［4］ 國務(wù)院．鋪設(shè)海底電纜管道管理規(guī)定［R］．北京：國務(wù)院，1989．

［5］ 國務(wù)院．國務(wù)院關(guān)于全國海洋功能區(qū)劃的批復(fù)［R］．北京：國務(wù)院，2002．

［6］ 國家海洋局．建設(shè)項(xiàng)目海洋環(huán)境影響跟蹤監(jiān)測技術(shù)規(guī)程［R］．北京：國家海洋局，2002．

［7］ 國家海洋局．國家海域使用動(dòng)態(tài)監(jiān)視監(jiān)測管理系統(tǒng)總體實(shí)施方案［R］．北京：國家海洋局，2006．

［8］ 國家海洋局．國家海域使用動(dòng)態(tài)監(jiān)視監(jiān)測管理系統(tǒng)建設(shè)與管理的意見［R］．北京：國家海洋局，2006．

［9］ 付元賓，趙建華，王權(quán)明，等．我國海域使用動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)（SDMS）模式探討［J］．自然資源學(xué)報(bào)，2008，23（2）：185－193．

［10］ 吳俊，趙四新．海底光纜竊聽與反竊聽技術(shù)分析［J］．學(xué)術(shù)研究，2006（1）：89－91．

［11］ 姬可理，張文軒．海底光纜結(jié)構(gòu)與發(fā)展海底光纜［J］．海底光纜，2006（5）：62－64．

［12］ 趙玉生，郭勝利，董秀春．淺談海底光纜敷設(shè)技術(shù)及專用施工設(shè)備［C］∥中國電子學(xué)會(huì)通信學(xué)分會(huì)．全國第十三次光纖通信暨第十四屆集成光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集．北京：電子工業(yè)出版社，2007：201－206．

［13］ 鹿守本．海洋管理通論［M］．北京：海洋出版社，1997．

［14］ 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局．GB／T17502－2009海底電纜管道路由勘察規(guī)范［S］．北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009．

國家海洋局南海分局局長基金項(xiàng)目 （0801）．