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項目概況及需求

2021年5月份，在多波束測深系統“海卓MS8200”交付的現場培訓環節，我們全程參與了連云港某海域“海上風電樁基沖刷檢測”的外業掃測及內業數據處理工作。該任務計劃使用多波束測深系統，通過對已完成安裝的48臺風電機組進行密集掃測，檢查樁基100米范圍內的沖淤狀況，篩選排查風電機組水下部分的完全隱患。

勘測區域位于江蘇省連云港市東南某海域，主要勘測的風電機組為48臺，南北寬約6500米，東西長約8000米，由西南至東北逐漸變深，淺水區域水深3米左右，深水區域水深可以達到12米左右，風電機組安裝分布圖如下圖1-1所示：

圖1-1 風場風機分布圖

勘測區域調查及難度評估：

■ 1、流速大

風場位于灌河入�？诒卑�,由于該處有新沂河,灌河,五灌河交匯行洪入海,流態比較復雜，流速大，海水含沙量較高。

■ 2、涌浪高

海床受河流及海流沖積影響，呈東北至西南的“葫蘆形”，因而涌浪環境復雜。且測量船只為中小型船舶，抗風浪能力弱，搖擺幅度大。

■ 3、水不深

除了靠東北的兩排水域較深外，其它區域水域低潮位水深3-6米，甚至更淺。

■ 4、經驗少

由于樁基測量非傳統全覆蓋測量，只需要以樁基為圓心直徑100范圍內的數據。如何綜合流速、流向、風向、水深等多種因素確定測量方案，及確保數據質量和測量過程的安全，又能提高測量效率是個全新課題。

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方案及實施

本次風機樁基勘測是在黃海海域，當地水質較為渾濁，海面涌浪在0.4米左右，采用如下方案：

■ 產品組合方案：

（1）MS8200多波束測深采用的是200kHz聲波頻率，且具有渾水測量功能。

（2）搭配海卓POS-S25姿態儀。該產品深度融合了加拿大Applanix公司的組合航姿測量相關技術，采用TrueHeave處理算法，升沉精度精確可靠最高可達2cm ; 支持Fugro Marinestar™ GPS和GNSS服務，可確保在任意位置都能實時獲取優于分米級的定位精度。因而更適合此風場復雜的測量環境。

產品組合方案

■ 測量實施方案

根據測量區的水深分布、聲速變化的調查情況等，把測量區域不均勻分成五個部分，并且在進行區域測量前、測量中、測量后分別進行聲速剖面數據的采集，區域劃分及測線布設。

（1）根據每臺風機的水深情況在風機四個方位上進行測線布設，如下圖2-1所示：

圖2-1 單樁基計劃測線布設

（2）根據聲速的變化情況，把測區分成5部分進行勘測，如下圖2-2所示：

圖2-2 風場勘測區域劃分圖

按照解決辦法，進行整個項目的測量實施。

（1）實施設備安裝方案

圖2-3 現場實施

（2）進入測區進行多波束測量

圖2-4 現場實施

（3）進行多波束測量作業

圖2-5 測量軟件截圖

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成果及優勢

外業測量結束后，首先整理多波束數據、聲速剖面數據、潮位數據，然后對多波束進行內業處理輸出成果數據，完成此次風電樁基勘測任務。

■ 樁基測量成果分析：

（1）樁基損壞及沖刷范圍分析，通過下面的沖刷模型，可以看到樁基周圍存在沖刷，且樁基表面存在磨損現象，如圖3-1所示：

圖3-1 樁基勘測結果模型圖

①受流速流向的影響，沖刷坑在基樁西側和南側較為明顯，圖3-1中的圈1是沖坑較為嚴重的地方，南北長29m，東西寬16.5m，進行不規則面積計算得出該沖刷坑602㎡，沖坑比樁基表面深0.8m，隨著使用年限的增加，沖刷會越來越明顯，是較為嚴重的安全隱患，圖3-2所示為沖坑局部分布圖：

圖3-2 沖坑局部分布圖

②樁基表面也有不同程度的磨損變化，圖3-1中的框1、框2是樁基表面的磨損狀況的建模分析，樁基表面的測深最淺值為6.4m，大部分區域測深值為6.5m，局部地區測深值達到6.8m，通過模型與測深數據的結合展現，可以判斷樁基表面有較大面積的沖刷磨蝕，磨蝕高度達到0.1m，局部地方的沖蝕接近半米。

圖3-3 樁基表面磨損狀態

（2）通過與2020年7月份的測量數據進行對比，也能更好的反映出樁基水下地形的變化情況；

①下圖為2020年7月份多波束測量，通過建模后的圖像，與2021年5月份比較可以明顯看出，在樁基西北方30米處存在一個安裝船樁腿留下的沖淤坑，在我們此次測量中已經可以觀察到被水流沖淤填平了。

圖3-4 2021年5月多波束測量結果模型圖

②通過對兩次數據的疊加計算，我們可以得到間隔10月的樁基水下地形的沖淤變化量。通過觀察下圖可以判斷出：

1）灰色部分是差值在±0.2m以內的沖淤變化；

2）綠色部分較去年升高了0.5m；

3）藍色部分較去年降低了0.8m。

圖3-5 兩次測量結果對比分析模型

通過和上年度測量結果的量化比對，可以準確清晰的檢測到樁基水下地形的變化情況，根據變化量精確的計算出缺陷的危害程度。

經過實測以及數據分析結果的驗證，針對海上風電樁基沖刷檢測工程，MS8200與POS-S25的組合具有獨特的優勢：

1）數據質量高。海卓MS8200多波束測深系統中“良好的信號跟蹤性能”和“獨特的渾水算法”，配上海卓POS-S25穩定獨特的性能，能夠有效的解決該區域浪涌高、流速大帶來的各種復雜問題，具備了整體方案要求的微地形掃描能力，把樁基基礎的細微變化精細準確的表現了出來。

2）展現成果直觀豐富。成熟的應用模型，使用起來簡單方便；歷史結果的疊加對比，可以準確直觀的展現樁基破損變化的尺寸、分布范圍、坑體的體積以及對比變化量等信息。

我們堅信，隨著海卓MS8200多波束測深系統與POS-S25組合的不斷升級和完善，將會為我國海上風電事業做出更多的貢獻。

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