一种计算海缆敷设产生的海水悬浮泥沙源强的方法

技术领域

本发明属于海上风电工程技术领域，具体涉及一种计算海缆敷设产生的海水悬浮泥沙源强的方法。

背景技术

随着国内对新能源需求的快速增长，广东、福建、浙江、上海、江苏、辽宁等近岸海域的海上风电项目迅速增多，且正在由近岸向深远海发展。海上风电工程施工涉及的海底电缆敷设作业会扰动水底，即海底电缆敷设时海缆沟开挖作业会扰动水底，由此产生的悬浮泥沙高浑浊水团在水动力条件作用下输移和扩散，加大周边水体悬浮泥沙的浓度，影响海洋水环境质量和水生态系统健康，威胁水生动植物生存，因而海缆敷设产生的施工悬浮泥沙的扩散规律和对海洋生态环境的影响是海上风电项目环境影响评价关注的重点之一，也得到许多学者的关注，准确掌握海洋工程施工引起的悬浮泥沙扩散源强对于研究悬浮泥沙扩散规律和对海洋生态环境的影响具有重要意义。

对于挖泥船疏浚、疏浚物倾倒和吹填溢流等定点作业施工引起的悬浮泥沙扩散源强，国内外一些学者开展了现场观测研究工作，为后续很多学者开展类似工程悬浮泥沙扩散模拟提供了类比依据。但是对于海上风电工程施工涉及的海缆沟开挖作业，现阶段国内外尚未有针对其引起的悬浮泥沙源强开展现场观测，均采取经验公式计算，缺乏现场观测数据作为支撑。

发明内容

本发明提供一种计算海缆敷设产生的海水悬浮泥沙源强的方法，该方法可解决海上风电项目海缆敷设悬浮泥沙源强确定困难问题，对于研究海洋工程施工活动实际产生的环境影响具有重要意义。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种计算海缆敷设产生的海水悬浮泥沙源强的方法，包括以下步骤：

S1、将浊度仪固定在海缆沟开沟设备上，海缆敷设开始后浊度仪实时监测海缆沟附近海水的悬浮泥沙浊度；

S2、根据海水的悬浮泥沙浊度与悬浮泥沙浓度的关系式，得到海水实时的悬浮泥沙浓度；

S3、将实时的所述悬浮泥沙浓度与海缆沟开沟设备的喷射流量相乘，计算得到实时的海缆敷设产生的海水悬浮泥沙源强。

进一步地，步骤S1中：海缆沟开沟设备为水力喷射式埋设犁，将浊度仪通过支架固定在水力喷射式埋设犁的雪橇板上，且浊度仪靠近水力喷射式埋设犁的开沟刀。

进一步地，步骤S2中：通过进行海水的悬浮泥沙浊度和悬浮泥沙浓度的标定实验，获得海水的悬浮泥沙浊度与悬浮泥沙浓度的关系式。

进一步地，步骤S2中：所述标定实验包括现场标定和室内标定两种方式。

进一步地，步骤S2中：所述现场标定，具体是先将浊度仪现场监测的海水多个所述悬浮泥沙浊度数据分别与同一水层同步采集的相应水样的悬浮泥沙浓度相对应，再对海水的所述悬浮泥沙浊度进行标定，获得海水的悬浮泥沙浊度与悬浮泥沙浓度的关系式。

进一步地，步骤S2中：所述室内标定，具体是在标定槽内放一定量的清水，之后将采集的海缆敷设处海域底质淤泥分多次放入标定槽的清水中，并不断搅动，每放一次海域底质淤泥后通过浊度仪测量混合均匀后水体的悬浮泥沙浊度，并取此时标定槽内浊度仪附近一定量的水样，用称重法计算悬浮泥沙浓度，随着水体悬浮泥沙浊度增大，如此进行数次同样操作，获得海水的悬浮泥沙浊度与悬浮泥沙浓度的关系式。

进一步地，步骤S2中：所述室内标定，具体是将采集的海缆敷设处海域底质淤泥全部放入标定槽内，之后向标定槽内分多次加清水，并不断搅动，每加一次清水后通过浊度仪测量混合均匀后水体的悬浮泥沙浊度，并取此时标定槽内浊度仪附近一定量的水样，用称量法计算悬浮泥沙浓度，随着水体悬浮泥沙浊度减小，如此进行数次同样操作，获得海水的悬浮泥沙浊度与悬浮泥沙浓度的关系式。

进一步地，步骤S2中：所取的标定槽内浊度仪附近的水样容量为500-600mL。

进一步地，步骤S2中：根据海水的悬浮泥沙浊度与悬浮泥沙浓度的关系式，得到海水实时的悬浮泥沙浓度，具体是将标定获得的海水悬浮泥沙浊度与悬浮泥沙浓度的关系式输入浊度仪的数据处理系统，根据实时监测的海缆沟附近海水的悬浮泥沙浊度，浊度仪的数据处理系统自动计算得到海水实时的悬浮泥沙浓度；或者，根据标定获得的海水悬浮泥沙浊度与悬浮泥沙浓度的关系式，人工计算得到海水实时的悬浮泥沙浓度。

进一步地，步骤S3中：所述喷射流量通过水力喷射式埋设犁的高压水泵设计流量提供。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

本发明中计算海缆敷设产生的海水悬浮泥沙源强的方法，包括以下步骤：S1、将浊度仪固定在海缆沟开沟设备上，海缆敷设开始后浊度仪实时监测海缆沟附近海水的悬浮泥沙浊度；

S2、根据海水的悬浮泥沙浊度与悬浮泥沙浓度的关系式，得到海水实时的悬浮泥沙浓度；S3、将实时的悬浮泥沙浓度与海缆沟开沟设备的喷射流量相乘，计算得到实时的海缆敷设产生的海水悬浮泥沙源强；该方法仅需将浊度仪固定在海缆沟开沟设备上，海缆沟开沟设备带动浊度仪实时移动，即可实现海缆沟开沟过程中海缆沟附近海水的悬浮泥沙浊度的实时监测，因而方便浊度的实时监测，通过监测结果与理论分析，可计算得到海缆敷设产生的悬浮泥沙源强，克服了外海水深、海缆敷设速度快、海流流速大、海缆沟位置不易定位等导致的传统采样方式不易操作的困难，因此该方法操作简单，实施方便，投资较小，可解决海上风电项目海缆敷设悬浮泥沙源强确定困难的问题，对于研究海洋工程海缆沟开挖作业施工活动实际产生的环境影响具有重要意义。

本发明采用浊度仪监测海水的悬浮泥沙浊度，通过标定实验得到海水的悬浮泥沙浊度与悬浮泥沙浓度的关系式，由悬浮泥沙浊度转换为悬浮泥沙浓度，机理简单，监测方便，为开沟作业施工实际产生的环境影响提供现场实测数据。

本发明的方法可适用于各种需要确定开沟产生的悬浮泥沙源强的水域，计算结果可类比用于类似工程悬浮泥沙源强的确定。

附图说明

图1为本发明中水力喷射式埋设犁的实景图。

图中附图标记说明：1、雪橇板，2、开沟刀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。

一种计算海缆敷设产生的海水悬浮泥沙源强的方法，包括以下步骤：

S1、如图1所示，将浊度仪通过支架固定在水力喷射式埋设犁的雪橇板1上，且浊度仪靠近水力喷射式埋设犁的开沟刀2，以使浊度仪的探测电极靠近海缆沟位置，海缆敷设开始后浊度仪实时监测海缆沟附近海水的悬浮泥沙浊度，其中水力喷射式埋设犁为牵引式高压射水埋设犁；

S2、通过进行海水的悬浮泥沙浊度和悬浮泥沙浓度的标定实验，获得海水的悬浮泥沙浊度与悬浮泥沙浓度的关系式；

S3、将标定获得的海水的悬浮泥沙浊度与悬浮泥沙浓度的关系式输入浊度仪的数据处理系统，根据实时监测的海缆沟附近海水的悬浮泥沙浊度，浊度仪的数据处理系统自动计算得到海水实时的悬浮泥沙浓度；或者，根据标定获得的海水的悬浮泥沙浊度与悬浮泥沙浓度的关系式，人工计算得到海水实时的悬浮泥沙浓度；

S4、将实时的悬浮泥沙浓度与水力喷射式埋设犁的喷射流量相乘，计算得到实时的海缆敷设产生的海水悬浮泥沙源强。

其中，步骤S2中：标定实验包括现场标定和室内标定两种方式。

在第一种实施方式中，步骤S2中选用现场标定方式，具体是先将浊度仪现场监测的海水的多个悬浮泥沙浊度数据分别与同一水层同步采集的相应水样的悬浮泥沙浓度相对应，再对海水的悬浮泥沙浊度进行标定，获得海水的悬浮泥沙浊度与悬浮泥沙浓度的关系式；步骤S3中，海缆敷设结束后先将浊度仪取下，再将标定获得的海水的悬浮泥沙浊度与悬浮泥沙浓度的关系式输入浊度仪的数据处理系统，根据实时监测的海缆沟附近海水的悬浮泥沙浊度，浊度仪的数据处理系统自动计算得到海水实时的悬浮泥沙浓度；或者，根据标定获得的海水的悬浮泥沙浊度与悬浮泥沙浓度的关系式，人工计算得到海水实时的悬浮泥沙浓度。

在第二种实施方式中，步骤S2中选用其中一种室内标定方式，具体是在标定槽内放一定量的清水，之后将采集的海缆敷设处海域底质淤泥分多次放入标定槽的清水中，并不断搅动，每放一次海域底质淤泥后通过浊度仪测量混合均匀后的悬浮泥沙浊度，并取此时标定槽内浊度仪附近600mL的水样，用称重法计算悬浮泥沙浓度，随着悬浮泥沙浊度增大，如此进行数次同样操作，获得海水的悬浮泥沙浊度与悬浮泥沙浓度的关系式。

在第三种实施方式中，步骤S2中选用另一种室内标定方式，室内标定具体是将采集的海缆敷设处海域底质淤泥全部放入标定槽内，之后向标定槽内分多次加清水，并不断搅动，每加一次清水后通过浊度仪测量混合均匀后的悬浮泥沙浊度，并取此时标定槽内浊度仪附近600mL的水样，用称量法计算悬浮泥沙浓度，随着悬浮泥沙浊度减小，如此进行数次同样操作，获得海水的悬浮泥沙浊度与悬浮泥沙浓度的关系式。

一般海上风电项目所在海域水深均超过10m，海底压强大，埋设机通过后的海缆沟附件浊度大，因此选择的浊度仪需要有足够的量程并能耐高压，本发明中浊度仪的型号为AQUAlogger310TY，该浊度仪采用光学后向散射传感器，量程大于10000FTU，耐压大于1000m，可满足所有海域海上风电项目海缆敷设时浊度测量。

本发明中，浊度仪的探测电极需尽量靠近海缆沟位置，同时为保护和固定浊度仪的探测电极，浊度仪需安装固定在水力喷射式埋设犁的雪橇板1上，其中雪橇板1紧贴海床面前进，且浊度仪置于水力喷射式埋设犁的开沟刀2旁边，浊度仪外侧设置支架保护，浊度仪在支架上可随时取出。

本发明的原理如下：悬浮泥沙源强指单位时间内产生的悬浮泥沙质量kg/s，由悬浮泥沙浓度kg/m

综上，该方法操作简单，实施方便，仅需将浊度仪固定在水力喷射式埋设犁的雪橇板1上，即可实现海缆开沟悬浮泥沙浓度的实时监测，最后经过计算可得到海缆敷设产生的悬浮泥沙源强，可解决海上风电项目海缆敷设悬浮泥沙源强确定困难的问题，对于研究海洋工程海缆沟开挖作业施工活动实际产生的环境影响具有重要意义。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。