琼州海峡西口海底电缆埋深变化特征及其原因研究

郭 强 吴 聪 岑贞锦 张维佳 蔡 驰

（中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局海口分局， 海南 海口 570100）

0 引言

随着海洋可再生能源开发和海岛开发进程加快，海底电缆所扮演的角色日趋重要。海流冲刷作用下，海底电缆埋深容易变浅，增强了其受到破坏的风险。针对大海流下冲刷严重的海底电缆路由区域，分析其导致海缆埋深变化的原因，对解决如何加强海缆防冲刷保护的问题有重要意义。

海底电缆敷设在海床上，一般采用冲埋和抛石等方式进行保护。琼州海峡西口海域水流流速大，地形变化复杂，海底底质分布多样，研究该海域海底电缆埋深变化特征及其发生原因，对海底电缆的运维安全有重要意义。海南联网海底电缆路由工程是我国第一个500kV 超高压、长距离、大容量的跨海联网工程。海底电缆路由敷设时采用冲埋保护方式，电缆埋深1.5m~2m。在2012 年进行了抛石石坝保护措施，加强水流冲刷保护能力。吴庆华等[1]在2010 年和2013 年对海南联网运行进行埋深检测，结果显示路由和保护总体情况良好，2013 年埋深较2010 年总体变深，抛石坝总体稳定，没有明显变化。赵德平等[2]利用2010 年和2015 年海缆检测数据，分析了海缆路由区地形变化及其对海缆的潜在影响，结果显示：除了个别区域淤积外，大部分区域处于冲刷状态，冲刷幅度大部分区域小于1m；随着地形不断被冲刷，海缆裸露的风险增大，受破坏的风险进一步增加。何才豪等[3]对比了2011 年和2013 年的海底电缆路由埋深检测结果，给出了冲埋、抛石、铸铁套管三种保护方式的埋深变化。以上研究成果初步反映了琼州海峡西口海底电缆路由区在采用了抛石保护措施后的冲刷现状，但是对海底电缆埋深变化的原因分析有所欠缺。

本文在前人研究的基础上，综合对比了2013 年以及2016 年的海底电缆路由埋深检测数据，进一步分析了海缆联网海底电缆路由海缆埋深变化趋势和冲刷现状，探讨了海南联网海底电缆路由冲刷原因。

1 海缆路由区埋深变化及原因分析

1.1 海缆路由区埋深变化特征

图1~图3 分别表示J1(A)、J2(B)、J3(C)三根海缆在2013 年和2016 年的埋深沿程变化情况。2013 年和2016 年检测到的冲刷点是没有做抛石保护的区段，并且多数位于海缆所在海域南部严重冲淤区域，该区域还有一个特点就是海床坡度大。

对比2013 年的海缆路由埋深检测结果，2016 年海缆埋深平均下降了0.27m，海缆裸露、悬空长度增加了275m，海缆整体处于受冲刷的状态，总体埋深减小，自我保护能力减弱。在KP5~KP12（KP 表示与北侧登陆点的距离，下同）、KP25~KP30 间，三相海缆埋深变浅最为明显。

图1 2013 年和2016 年J1(A)海缆埋深沿程变化

图2 2013 年和2016 年J2(B)海缆埋深沿程变化

图3 2013 年和2016 年J3(C)海缆埋深沿程变化

1.2 海缆路由埋深变浅原因分析

图4 表示海缆路由区冲刷趋势。根据前人研究成果[1]、[2]，三相海缆的埋深在KP5~KP12、KP25~KP30 间变浅最为明显，这与海缆路由区地形地貌分析结果吻合。KP5~KP12、KP25~KP30 内的区域，海床处于冲淤平衡但略有冲刷的状态，等深线逐步在向岸移动，该处的海缆路由埋深逐步被冲刷。在KP5~KP12 存在水下沙坝，其中KP7.6 至KP9.1 区域均处于冲刷状态，极个别小面积出现淤积现象，冲淤幅值较小；KP9.1 至KP10.5 区域处于淤积状态。KP10.5 至KP12.1 区域处于冲刷状态，大部分区域冲刷幅值小于1.5m，这一区域呈现小幅值的冲刷趋势，与埋深变化趋势一致。

图4 海缆路由冲刷趋势示意图

琼州海峡西口海底沙波较多，且水流流速大、流向复杂，随着时间积累，海床冲淤平衡但略有冲刷，海缆裸露段长度增加。海缆路由范围内发育有大量的海底沙波，向流面的坡度长而缓，背流面的坡度较陡。多数沙波呈明显的不对称，在部分较大沙波的向流面上发育有次一级沙波。海床存在的不良地质现象包括沙波、沙堤沙丘、冲刷槽、冲刷脊和丘状突起、陡坡、滑坡、珊瑚礁、浅埋岩石、软弱地层等。由于海缆路由区陡坡和槽底的地形起伏多变，有冲刷沟槽和丘状突起分布，并存在大面积的鱼鳞状冲刷坑和沙波地形，地形横截剖面呈锯齿状；沙波基本在整个路由都出现，脊部大体上呈南北向，与琼州海峡的潮流方向基本相垂直。因此，海底沙波和地形变化是造成海缆裸露、悬空的主要原因。

通过2013 年、2016 年的海缆埋深检测数据，海缆埋深整体呈现变浅的趋势，海缆的裸露长度逐渐增加，分析海底电缆路由以及相应结构物的建设，改变原有局部流场的平衡，局部水流强度和涡旋的出线，容易产生局部冲刷。海底电缆路由前后流速不一，存在压差引起较大的剪切力，容易使海缆下方发生冲刷。海缆路由区中央深槽区域流速比近岸流速要大，南侧流速比北侧流速大。在南侧深水区段和海南侧区段容易出现强流剖面，这是该区段出现大幅值冲刷的又一个主要原因。

2 结论

本文对比了2011 年、2013 年、2016 年的海底电缆路由埋深检测数据，并结合海流走航观测数据以及历年地形检测数据，进一步分析了海缆联网海底电缆路由海缆埋深变化趋势和冲刷现状。得到以下结论：（1）对比2013 年的海缆路由埋深检测结果，2016 年海缆埋深平均下降了0.27m，海缆裸露、悬空长度增加了275m，海缆整体处于受冲刷的状态，总体埋深减小，自我保护能力减弱。（2）海缆路由区南侧流速比北侧流速大。在南侧深水区段和海南侧区段容易出现流速较大的剖面，海流冲刷作用更强，并且由于在南侧深水区段和海南侧区段中存在较大沙波，在海流作用下，发生较大幅值的冲刷，使海缆裸露和悬空更容易发生。

针对地形变化大和水流流速大的海缆区段，在海缆后期运维过程中应加强埋深跟踪检测，能够为海底电缆防冲刷保护提供更有力的数据支撑。