瓊州海峽西口海底電纜埋深變化特征及其原因研究

郭 強(qiáng) 吳 聰 岑貞錦 張維佳 蔡 馳

（中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司廣州局海口分局， 海南 ?？?570100）

0 引言

隨著海洋可再生能源開發(fā)和海島開發(fā)進(jìn)程加快，海底電纜所扮演的角色日趨重要。海流沖刷作用下，海底電纜埋深容易變淺，增強(qiáng)了其受到破壞的風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)大海流下沖刷嚴(yán)重的海底電纜路由區(qū)域，分析其導(dǎo)致海纜埋深變化的原因，對(duì)解決如何加強(qiáng)海纜防沖刷保護(hù)的問題有重要意義。

海底電纜敷設(shè)在海床上，一般采用沖埋和拋石等方式進(jìn)行保護(hù)。瓊州海峽西口海域水流流速大，地形變化復(fù)雜，海底底質(zhì)分布多樣，研究該海域海底電纜埋深變化特征及其發(fā)生原因，對(duì)海底電纜的運(yùn)維安全有重要意義。海南聯(lián)網(wǎng)海底電纜路由工程是我國第一個(gè)500kV 超高壓、長(zhǎng)距離、大容量的跨海聯(lián)網(wǎng)工程。海底電纜路由敷設(shè)時(shí)采用沖埋保護(hù)方式，電纜埋深1.5m~2m。在2012 年進(jìn)行了拋石石壩保護(hù)措施，加強(qiáng)水流沖刷保護(hù)能力。吳慶華等[1]在2010 年和2013 年對(duì)海南聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行進(jìn)行埋深檢測(cè)，結(jié)果顯示路由和保護(hù)總體情況良好，2013 年埋深較2010 年總體變深，拋石壩總體穩(wěn)定，沒有明顯變化。趙德平等[2]利用2010 年和2015 年海纜檢測(cè)數(shù)據(jù)，分析了海纜路由區(qū)地形變化及其對(duì)海纜的潛在影響，結(jié)果顯示：除了個(gè)別區(qū)域淤積外，大部分區(qū)域處于沖刷狀態(tài)，沖刷幅度大部分區(qū)域小于1m；隨著地形不斷被沖刷，海纜裸露的風(fēng)險(xiǎn)增大，受破壞的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步增加。何才豪等[3]對(duì)比了2011 年和2013 年的海底電纜路由埋深檢測(cè)結(jié)果，給出了沖埋、拋石、鑄鐵套管三種保護(hù)方式的埋深變化。以上研究成果初步反映了瓊州海峽西口海底電纜路由區(qū)在采用了拋石保護(hù)措施后的沖刷現(xiàn)狀，但是對(duì)海底電纜埋深變化的原因分析有所欠缺。

本文在前人研究的基礎(chǔ)上，綜合對(duì)比了2013 年以及2016 年的海底電纜路由埋深檢測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步分析了海纜聯(lián)網(wǎng)海底電纜路由海纜埋深變化趨勢(shì)和沖刷現(xiàn)狀，探討了海南聯(lián)網(wǎng)海底電纜路由沖刷原因。

1 海纜路由區(qū)埋深變化及原因分析

1.1 海纜路由區(qū)埋深變化特征

圖1~圖3 分別表示J1(A)、J2(B)、J3(C)三根海纜在2013 年和2016 年的埋深沿程變化情況。2013 年和2016 年檢測(cè)到的沖刷點(diǎn)是沒有做拋石保護(hù)的區(qū)段，并且多數(shù)位于海纜所在海域南部嚴(yán)重沖淤區(qū)域，該區(qū)域還有一個(gè)特點(diǎn)就是海床坡度大。

對(duì)比2013 年的海纜路由埋深檢測(cè)結(jié)果，2016 年海纜埋深平均下降了0.27m，海纜裸露、懸空長(zhǎng)度增加了275m，海纜整體處于受沖刷的狀態(tài)，總體埋深減小，自我保護(hù)能力減弱。在KP5~KP12（KP 表示與北側(cè)登陸點(diǎn)的距離，下同）、KP25~KP30 間，三相海纜埋深變淺最為明顯。

圖1 2013 年和2016 年J1(A)海纜埋深沿程變化

圖2 2013 年和2016 年J2(B)海纜埋深沿程變化

圖3 2013 年和2016 年J3(C)海纜埋深沿程變化

1.2 海纜路由埋深變淺原因分析

圖4 表示海纜路由區(qū)沖刷趨勢(shì)。根據(jù)前人研究成果[1]、[2]，三相海纜的埋深在KP5~KP12、KP25~KP30 間變淺最為明顯，這與海纜路由區(qū)地形地貌分析結(jié)果吻合。KP5~KP12、KP25~KP30 內(nèi)的區(qū)域，海床處于沖淤平衡但略有沖刷的狀態(tài)，等深線逐步在向岸移動(dòng)，該處的海纜路由埋深逐步被沖刷。在KP5~KP12 存在水下沙壩，其中KP7.6 至KP9.1 區(qū)域均處于沖刷狀態(tài)，極個(gè)別小面積出現(xiàn)淤積現(xiàn)象，沖淤幅值較小；KP9.1 至KP10.5 區(qū)域處于淤積狀態(tài)。KP10.5 至KP12.1 區(qū)域處于沖刷狀態(tài)，大部分區(qū)域沖刷幅值小于1.5m，這一區(qū)域呈現(xiàn)小幅值的沖刷趨勢(shì)，與埋深變化趨勢(shì)一致。

圖4 海纜路由沖刷趨勢(shì)示意圖

瓊州海峽西口海底沙波較多，且水流流速大、流向復(fù)雜，隨著時(shí)間積累，海床沖淤平衡但略有沖刷，海纜裸露段長(zhǎng)度增加。海纜路由范圍內(nèi)發(fā)育有大量的海底沙波，向流面的坡度長(zhǎng)而緩，背流面的坡度較陡。多數(shù)沙波呈明顯的不對(duì)稱，在部分較大沙波的向流面上發(fā)育有次一級(jí)沙波。海床存在的不良地質(zhì)現(xiàn)象包括沙波、沙堤沙丘、沖刷槽、沖刷脊和丘狀突起、陡坡、滑坡、珊瑚礁、淺埋巖石、軟弱地層等。由于海纜路由區(qū)陡坡和槽底的地形起伏多變，有沖刷溝槽和丘狀突起分布，并存在大面積的魚鱗狀沖刷坑和沙波地形，地形橫截剖面呈鋸齒狀；沙波基本在整個(gè)路由都出現(xiàn)，脊部大體上呈南北向，與瓊州海峽的潮流方向基本相垂直。因此，海底沙波和地形變化是造成海纜裸露、懸空的主要原因。

通過2013 年、2016 年的海纜埋深檢測(cè)數(shù)據(jù)，海纜埋深整體呈現(xiàn)變淺的趨勢(shì)，海纜的裸露長(zhǎng)度逐漸增加，分析海底電纜路由以及相應(yīng)結(jié)構(gòu)物的建設(shè)，改變?cè)芯植苛鲌?chǎng)的平衡，局部水流強(qiáng)度和渦旋的出線，容易產(chǎn)生局部沖刷。海底電纜路由前后流速不一，存在壓差引起較大的剪切力，容易使海纜下方發(fā)生沖刷。海纜路由區(qū)中央深槽區(qū)域流速比近岸流速要大，南側(cè)流速比北側(cè)流速大。在南側(cè)深水區(qū)段和海南側(cè)區(qū)段容易出現(xiàn)強(qiáng)流剖面，這是該區(qū)段出現(xiàn)大幅值沖刷的又一個(gè)主要原因。

2 結(jié)論

本文對(duì)比了2011 年、2013 年、2016 年的海底電纜路由埋深檢測(cè)數(shù)據(jù)，并結(jié)合海流走航觀測(cè)數(shù)據(jù)以及歷年地形檢測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步分析了海纜聯(lián)網(wǎng)海底電纜路由海纜埋深變化趨勢(shì)和沖刷現(xiàn)狀。得到以下結(jié)論：（1）對(duì)比2013 年的海纜路由埋深檢測(cè)結(jié)果，2016 年海纜埋深平均下降了0.27m，海纜裸露、懸空長(zhǎng)度增加了275m，海纜整體處于受沖刷的狀態(tài)，總體埋深減小，自我保護(hù)能力減弱。（2）海纜路由區(qū)南側(cè)流速比北側(cè)流速大。在南側(cè)深水區(qū)段和海南側(cè)區(qū)段容易出現(xiàn)流速較大的剖面，海流沖刷作用更強(qiáng)，并且由于在南側(cè)深水區(qū)段和海南側(cè)區(qū)段中存在較大沙波，在海流作用下，發(fā)生較大幅值的沖刷，使海纜裸露和懸空更容易發(fā)生。

針對(duì)地形變化大和水流流速大的海纜區(qū)段，在海纜后期運(yùn)維過程中應(yīng)加強(qiáng)埋深跟蹤檢測(cè)，能夠?yàn)楹５纂娎|防沖刷保護(hù)提供更有力的數(shù)據(jù)支撐。