瓊州海峽西口海底電纜埋深變化特征及其原因研究

郭 強 吳 聰 岑貞錦 張維佳 蔡 馳

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

0 引言

隨著海洋可再生能源開發和海島開發進程加快，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，增強了其受到破壞的風險。針對大海流下沖刷嚴重的海底電纜路由區域，分析其導致海纜埋深變化的原因，對解決如何加強海纜防沖刷保護的問題有重要意義。

海底電纜敷設在海床上，一般采用沖埋和拋石等方式進行保護。瓊州海峽西口海域水流流速大，地形變化復雜，海底底質分布多樣，研究該海域海底電纜埋深變化特征及其發生原因，對海底電纜的運維安全有重要意義。海南聯網海底電纜路由工程是我國第一個500kV 超高壓、長距離、大容量的跨海聯網工程。海底電纜路由敷設時采用沖埋保護方式，電纜埋深1.5m~2m。在2012 年進行了拋石石壩保護措施，加強水流沖刷保護能力。吳慶華等[1]在2010 年和2013 年對海南聯網運行進行埋深檢測，結果顯示路由和保護總體情況良好，2013 年埋深較2010 年總體變深，拋石壩總體穩定，沒有明顯變化。趙德平等[2]利用2010 年和2015 年海纜檢測數據，分析了海纜路由區地形變化及其對海纜的潛在影響，結果顯示：除了個別區域淤積外，大部分區域處于沖刷狀態，沖刷幅度大部分區域小于1m；隨著地形不斷被沖刷，海纜裸露的風險增大，受破壞的風險進一步增加。何才豪等[3]對比了2011 年和2013 年的海底電纜路由埋深檢測結果，給出了沖埋、拋石、鑄鐵套管三種保護方式的埋深變化。以上研究成果初步反映了瓊州海峽西口海底電纜路由區在采用了拋石保護措施后的沖刷現狀，但是對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上，綜合對比了2013 年以及2016 年的海底電纜路由埋深檢測數據，進一步分析了海纜聯網海底電纜路由海纜埋深變化趨勢和沖刷現狀，探討了海南聯網海底電纜路由沖刷原因。

1 海纜路由區埋深變化及原因分析

1.1 海纜路由區埋深變化特征

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 年檢測到的沖刷點是沒有做拋石保護的區段，并且多數位于海纜所在海域南部嚴重沖淤區域，該區域還有一個特點就是海床坡度大。

對比2013 年的海纜路由埋深檢測結果，2016 年海纜埋深平均下降了0.27m，海纜裸露、懸空長度增加了275m，海纜整體處于受沖刷的狀態，總體埋深減小，自我保護能力減弱。在KP5~KP12（KP 表示與北側登陸點的距離，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 表示海纜路由區沖刷趨勢。根據前人研究成果[1]、[2]，三相海纜的埋深在KP5~KP12、KP25~KP30 間變淺最為明顯，這與海纜路由區地形地貌分析結果吻合。KP5~KP12、KP25~KP30 內的區域，海床處于沖淤平衡但略有沖刷的狀態，等深線逐步在向岸移動，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 區域均處于沖刷狀態，極個別小面積出現淤積現象，沖淤幅值較小；KP9.1 至KP10.5 區域處于淤積狀態。KP10.5 至KP12.1 區域處于沖刷狀態，大部分區域沖刷幅值小于1.5m，這一區域呈現小幅值的沖刷趨勢，與埋深變化趨勢一致。

圖4 海纜路由沖刷趨勢示意圖

瓊州海峽西口海底沙波較多，且水流流速大、流向復雜，隨著時間積累，海床沖淤平衡但略有沖刷，海纜裸露段長度增加。海纜路由范圍內發育有大量的海底沙波，向流面的坡度長而緩，背流面的坡度較陡。多數沙波呈明顯的不對稱，在部分較大沙波的向流面上發育有次一級沙波。海床存在的不良地質現象包括沙波、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；沙波基本在整個路由都出現，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 年的海纜埋深檢測數據，海纜埋深整體呈現變淺的趨勢，海纜的裸露長度逐漸增加，分析海底電纜路由以及相應結構物的建設，改變原有局部流場的平衡，局部水流強度和渦旋的出線，容易產生局部沖刷。海底電纜路由前后流速不一，存在壓差引起較大的剪切力，容易使海纜下方發生沖刷。海纜路由區中央深槽區域流速比近岸流速要大，南側流速比北側流速大。在南側深水區段和海南側區段容易出現強流剖面，這是該區段出現大幅值沖刷的又一個主要原因。

2 結論

本文對比了2011 年、2013 年、2016 年的海底電纜路由埋深檢測數據，并結合海流走航觀測數據以及歷年地形檢測數據，進一步分析了海纜聯網海底電纜路由海纜埋深變化趨勢和沖刷現狀。得到以下結論：（1）對比2013 年的海纜路由埋深檢測結果，2016 年海纜埋深平均下降了0.27m，海纜裸露、懸空長度增加了275m，海纜整體處于受沖刷的狀態，總體埋深減小，自我保護能力減弱。（2）海纜路由區南側流速比北側流速大。在南側深水區段和海南側區段容易出現流速較大的剖面，海流沖刷作用更強，并且由于在南側深水區段和海南側區段中存在較大沙波，在海流作用下，發生較大幅值的沖刷，使海纜裸露和懸空更容易發生。

針對地形變化大和水流流速大的海纜區段，在海纜后期運維過程中應加強埋深跟蹤檢測，能夠為海底電纜防沖刷保護提供更有力的數據支撐。