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海管外调查作业中的测线布设原则

发布时间:2021-05-17 21:55:12 点击:1688
 ⒈测线布设原则
  在执行海管外调查作业任务前,需设计调查方案,完成测线布设工作。测线布设应根据调查区域环境、调查目的及调查区范围确定。通常来讲,将整个海底管道调查工程划分为近岸段、路由段、近平台段等进行分区作业。近岸段水深较浅,潮汐作用强,渔业活动频繁,存在冲刷潜在危害;近平台段海底环境复杂,海底工程设施复杂,涡流影响大。因此,近岸段和近平台段属于重点调查区段,测线布置时要适当提高密度。
  主测线按照一定间距平行海管中轴线布设,与等深线和岸线垂直,用于多波束测量和侧扫声呐测量;垂直管道路由的测线为横测线或联络测线,主要用于海底浅地层剖面探测。在北部湾某单点系泊海底输油管道测量中,为满足多波束和侧扫声纳全覆盖的测量要求,结合单点系泊系统的实际现状,以海管路由为中心,平行管道路由方向,均匀布设多波束和侧扫声呐测线(Zi);垂直于管道路由方向,布设浅地层剖面横向测线(SBPi)。为保证测线调查质量,每条测线应对适当提前上线、延迟下线。为查明单点系泊管汇区的地形地貌特征,可围绕单点系泊布设环形测线(Si)。测线具体布设示意图如图1所示。

  ⒉多波束测深
  多波束测深系统主要用于海底地形的测量,能够方便地获取海底管道路由区及平台区的水深地形资料,宏观反映海底管道走向、出露或悬空管道特征。多波束测深系统基本原理是向海底发射一个由数百个单波束组成的扇形波束,波束到达海底后发生反射、散射等过程,回波被换能器接收,利用传播时长、声速等参数计算距海底的距离,通过走航式调查方法实现对水深的连续观测,利用Caris等软件对水深数据进行处理,制作三维地形图,从而直观地反映海底地形特征。SONIC2024多波束测深系统频率为200~400kHz,频率在线连续可调;波束数目为256个,覆盖宽度在10°~160°内连续可调;最大测深量程达500m,可完全满足海底管道调查过程中的水深、海底地形测量精度要求。
  图2清晰展示了SONIC2024多波束测深系统在海底管道路由区的调查效果。多波束测深系统调查结果表明,在北部湾某单点系泊海底输油管道系统中,自登陆点至单点系泊(SPM)的管道路由调查区,海底地形整体平坦、水深没有剧烈变化,同时还反映出管沟、土垅、锚链沟、礁石等人工和自然地貌类型。

  在近岸登陆段,受潮流、人工开挖管沟的影响,海底起伏凹凸不平,表现为崎岖海底地形(图2a);在中间段,海底地形平坦,海底管道基本处于埋藏状态(图2b);在近单点系泊处,在管沟一侧发现有未回填形成的高土垅(图2c)。此外,在锚链的影响下,海底底部形成了数条锚沟,海底地形局部有较大起伏变化(图2d)。
  ⒊侧扫声呐
  侧扫声呐用于获得海底表面的声反射信息,形象直观地显示海底管道的出露、悬空情况。其基本原理是,换能器发射出的高频声波信号在到达海底后发生反射,目标面向换能器的一侧声波信号将被反射,换能器将接收到的海底反射信号按信号强度的强弱还原,以图像形式表现出来,形成具有地理参照,形象直观的高分辨率声呐图像。KLEIN3000侧扫声呐系统频率为100,500kHz,单频脉冲,波束开角水平0.7°(100kHz)/0.21°(500kHz),垂直40°;波束倾角向下5°、10°、15°、20°、25°可调,最大距离在100kHz时达600m,在500kHz时达150m,额定深度1500m,是目前国内外常用的侧扫声呐系统。
  研究发现,KLEIN3000侧扫声呐系统对海底管道调查区中的回填碎石、管道管沟、软泥区等地貌类型的探测精度高、探测效果显著。通过对侧扫声呐图像进行分析,结合多波束调查结果,可以确定管道路由区内的自然地貌形态和人工地貌形态(图3)。
 

  ⒋浅地层剖面
  浅地层剖面系统能够反映海底浅层地层结构信息,确定海底管道的平面位置和埋藏深度,对查明管道的埋藏、出露、悬空情况均适用。系统基于声波反射原理,在沿着与海底管道轴向垂直的测线方向上进行走航式测量,仪器探头发出的高频声波脉冲信号在海底沉积物与管道之间的界面上形成反射,换能器接收反射信号后,以模拟或数字信号的方式存储输出。
  在地层剖面上,海底管道会呈现出规则的、开口向下的抛物线状记录,抛物线的顶点即为海底管道的顶部,基于这种特性,地层剖面可以清晰地展现出管道在海底地层中的相对位置和埋藏情况。SES2000参量阵浅地层剖面系统的换能器发射两组频率不同的高频声波,由于高声压条件下声波传播的非线性,这两组声波互相作用,产生一种新的、频率低、穿透性强的声波,称为次频(4,5,6,8,10,12,15kHz),参量阵技术就是利用这种次频来穿透地层,提供高分辨率和强地层穿透性的剖面数据。SES2000参量阵浅地层剖面系统探测精度较高,目前在海底管道外检测中得到了广泛应用。
  
  根据调查区海底管道的技术参数和铺设施工完工方法定义,完全埋藏型管道埋藏深度大于0.5m,浅埋藏型管道埋藏深度小于0.5m,裸露型管道埋藏深度为0m,管道部分或是全部裸露在海底。根据SES2000参量阵浅地层剖面系统测量分析结果,考虑到管道直径大小和埋藏方式的不同,在研究区识别出完全埋藏型、浅埋藏型和裸露型3种管道赋存状态(图4)。

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