瓊州海峽海底電纜路由沙波穩(wěn)定性分析

吳聰 岑貞錦 蔡馳 黃小衛(wèi) 張維佳 陳奕鈧 李曉駿

摘? ?要：500kV福徐甲線海底電纜路由自南向北橫穿瓊州海峽西口，北起廣東徐聞縣南嶺村，南至海南澄邁縣林詩(shī)村。海纜路由區(qū)海底地形復(fù)雜，沙波密集分布，在瓊州海峽強(qiáng)大的水動(dòng)力條件驅(qū)動(dòng)下，海床穩(wěn)定性較差，易發(fā)生沖刷現(xiàn)象。為防止海纜在洋流沖刷下出現(xiàn)裸露懸空，定期對(duì)路由地形地貌進(jìn)行檢測(cè)并分析路由區(qū)域沖刷及沙波的變化，掌握海纜保護(hù)情況，對(duì)薄弱環(huán)節(jié)及時(shí)采取保護(hù)措施，從而達(dá)到海底電纜安全穩(wěn)定運(yùn)行的目的。本文結(jié)合2015年及2017年海纜路由地形地貌檢測(cè)成果，對(duì)路由區(qū)域沙波穩(wěn)定性分析，掌握沙丘變化趨勢(shì)，從而制定海纜保護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：海底電纜? 沙波? 沖刷? 穩(wěn)定性

中圖分類號(hào)：F426? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）12（a）-0048-03

Abstract： The 500kV Fuxu Line submarine cable route locate from south to north across the west of Qiongzhou Strait， from Nanling Village in Xuwen County， Guangdong Province， to Linshi Village， Chengmai County， Hainan. The submarine cable routing area has complex seabed topography and dense sand waves. Under the strong hydrodynamic conditions of Qiongzhou Strait， the stability of the seabed is poor and it is prone to erosion. In order to prevent the submarine cable from appearing under the ocean current scouring， the terrain and geomorphology of the route are detected regularly and the changes of the routing area and the sand wave are analyzed. The protection of the submarine cable is mastered， and the protective measures are taken in time for the weak link to achieve safety and stability of the submarine cable. The purpose of the operation. Based on the results of the 2015 and 2017 submarine cable route topography test， this paper analyzes the sand wave stability of the routing area and grasps the trend of sand dune change， thus developing the cable protection measures.

Key Words： Submarine cable; Sand wave; Scouring; Stability

1? 沙波的定義

海底沙波在我國(guó)大陸架海域普遍存在，從近岸淺水區(qū)到大陸坡的中、下部均有分布。海底沙波種類較多，大小不一，很多沙波相互疊置，交錯(cuò)分布，在大型的沙波上往往發(fā)育有群生的小型沙波。沙波的分類方法有多種，一般是按照波長(zhǎng)和波高進(jìn)行分類，大體上可分為沙紋、小沙波、沙波、沙丘和沙脊等。表1給出了按波長(zhǎng)和波高分類沙波的波高、波長(zhǎng)和規(guī)模等特征。

2? 路由區(qū)沙波分布特征

根據(jù)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，海纜路由范圍內(nèi)發(fā)育有大量的海底沙波，沙波的高度一般在2～6m之間，波長(zhǎng)一般在100～400m之間，最大波長(zhǎng)達(dá)500m。向流面的坡度長(zhǎng)而緩（斜率一般在2%～6%，最陡可達(dá)12%），背流面的坡度較陡（斜率一般在16%～18%之間）。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。根據(jù)歷次檢測(cè)結(jié)果分析，路由海底存在的不良地質(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。

根據(jù)歷次檢測(cè)的結(jié)果，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（N～E）基本相垂直;形狀大小、長(zhǎng)度、波高呈從北往南逐漸變大的趨勢(shì)。

3? 沙波運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)分析

沙波會(huì)因物質(zhì)來源、水動(dòng)力環(huán)境等不同而形態(tài)和運(yùn)移速度各異。沙波的運(yùn)動(dòng)受水動(dòng)力的影響和控制。在某一海區(qū)，如果水動(dòng)力處于平衡狀態(tài)，則海底沙波也處于平衡狀態(tài)，一旦水動(dòng)力平衡狀態(tài)被打破，海底沙波就會(huì)發(fā)生移動(dòng)。所以將水動(dòng)力不變時(shí)的海底沙波平衡狀態(tài)稱為“假平衡狀態(tài)”或“暫時(shí)平衡狀態(tài)”。

沙波的運(yùn)動(dòng)以推移質(zhì)和躍移質(zhì)砂粒為主。當(dāng)水動(dòng)力變化使得砂粒表面的流速等于或大于起動(dòng)流速時(shí)（圖1的Hjulstrom曲線概括了從粉土到礫的起動(dòng)流速界限，該曲線已被學(xué)術(shù)界認(rèn)同和廣泛應(yīng)用），在不對(duì)稱沙波的迎流坡表面上的砂粒會(huì)因受力平衡的破壞而發(fā)生運(yùn)動(dòng)，砂粒起動(dòng)后，在水動(dòng)力作用下，將沿迎流坡向沙波的波峰運(yùn)移。當(dāng)砂粒躍過波峰后，就會(huì)因背流坡的渦流作用而在背流坡面沉降。迎流坡上的砂粒如此長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)移，便造成沙波移動(dòng)。

針對(duì)路由上分布的沙波、陡坡等危險(xiǎn)地段，為此特意選擇4處有代表性的沙波、陡坡等地貌作為重點(diǎn)分析，重點(diǎn)對(duì)其移動(dòng)趨勢(shì)、沖淤情形加以分析，詳見圖2所示。

4? 結(jié)語

綜上所訴，根據(jù)提取的4處有代表性沙波、陡坎分析結(jié)果，可知總體上沙波整體較穩(wěn)定，移動(dòng)趨勢(shì)不大，同時(shí)，陡坎邊未發(fā)現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。存在潛在危害的沙波主要有兩處，一處位于21.5KP～21.1KP之間，橫跨A相電纜，測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)沙波坡頂（-36.5m等高線）存在明顯沖刷，中間被掏空的程度加劇，應(yīng)注意監(jiān)測(cè)電纜附近的地形地貌沖刷現(xiàn)象。一處位于26.3KP～26KP之間，橫跨于電纜路徑上方，測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)沙波坡頂（-39m等高線）存在明顯沖刷現(xiàn)象，波峰逐漸被沖刷西移，并呈減小的趨勢(shì)，如果繼續(xù)沖刷，勢(shì)必影響該處電纜的埋深。為了確保海纜路由的安全性和使用壽命，對(duì)于沖刷幅度較大的區(qū)域建議采取防沖刷措施。

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