基于海底电缆保护的船舶外力破坏风险评估方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及海底输电技术领域，具体涉及一种基于海底电缆保护的船舶外力破坏 风险评估方法。
【背景技术】
[0002] 根据国内外海底电缆运行经验数据表明：渔业活动、航运和海洋工程船舶、自然灾 害是导致海缆损坏的三大原因，其中90%以上的海缆损坏是由船舶锚害引起。船锚对海缆 的破坏方式主要是船锚侵彻海缆上方的敷埋淤泥层直接刺断海缆或船锚侵彻到海缆周围 的海床中，在起锚时钩挂海缆将海缆拖断。500kV海底电缆路由穿越琼州海峡主航道，海上 交通繁忙，近三年来海缆保护区内的年均船舶流量约为26000艘次，其中锚重在1吨及以上 的船舶占总数的69.9%，且抛锚船舶以货船为主。500kV海底电缆保护设计的最大锚重承受 能力为1吨。船锚直接击中海缆或钩挂海缆都将直接造成海缆损坏。
[0003] 现有的对船舶外力破坏风险识别、定级主要采用视频监视、船舶自动识别系统 (AIS)、船舶交通管理系统(VTS)获取船舶大小、吨位、速度信息，并根据船舶位置所对应的 的海底电缆保护方式，保护能力进行查找，人为判断估计船舶外力破坏风险数值。而这种风 险识别、区分方式因人而异，无法形成规范定性的风险识别、定级标准。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于海底电缆保护的船舶外力破坏风险 评估方法，以减少人为因素的影响，提高风险评估的准确性。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
[0006] -种基于海底电缆保护的船舶外力破坏风险评估方法，包括步骤：
[0007] 按照海底电缆垂直方向上距离的远近，将海底电缆附近海域划分为三级监视告警 区域；
[0008] 获取船舶的锚重、船速，以及相对海底电缆的位置，该位置包括平行距离和垂直距 离；
[0009] 根据船舶相对海底电缆的平行距离，确定海底电缆在该距离处的埋设深度，根据 船舶相对海底电缆的垂直距离，确定船舶所在的监视告警区域，根据船速和船舶所在监视 告警区域，确定预警值；
[0010] 根据船舶相对海底电缆的垂直距离、船舶所在监视告警区域、船舶的锚重、预警 值，以及海底电缆在所述平行距离处的埋设深度，查找预设的风险指数模型，得出海底电缆 被船舶损坏的风险指数。
[0011] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于:本发明以海底电缆保护方式和现状为 基础，结合影响海底电缆船舶外力破坏风险的船舶吨位、锚重、船舶所处相对海底电缆横 向、纵向位置区域、船速等因素，研究分析了各个因素间相互关系，并利用各个因素之间的 相互关系搭建了"抵抗船锚损害安全指数"、"船锚损害海缆概率指数"、"船锚损害海缆风险 指数"数学模型，最终提出利于日常工作人员进行风险识别、定级的"船舶外力破坏风险 值"。本专利采用现代数学方法和风险指数模型，可实现将影响船舶外力破坏风险的各个因 素进行整合，转化成一套数学分析模型，对规范、系统性的识别、定级船舶危害风险，提前预 控，采取有效控制措施具有重要意义。
【附图说明】
[0012]图1为本发明基于海底电缆保护的船舶外力破坏风险评估方法的流程示意图； [0013]图2为海缆路由埋深区域划分示意图；
[0014] 图3为监视告警区域划分示意图。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步的说明。
[0016] 本发明基于海底电缆保护的船舶外力破坏风险评估方法，如图1所示，包括如下步 骤。
[0017] 步骤S101、按照海底电缆垂直方向上距离的远近，将海底电缆附近海域划分为三 级监视告警区域；
[0018] 步骤S102、获取船舶的锚重、船速，以及相对海底电缆的位置，该位置包括平行距 离和垂直距离；
[0019] 步骤S103、根据船舶相对海底电缆的平行距离，确定海底电缆在该距离处的埋设 深度，根据船舶相对海底电缆的垂直距离，确定船舶所在的监视告警区域，根据船速和船舶 所在监视告警区域，确定预警值；
[0020] 步骤sl04、根据船舶相对海底电缆的垂直距离、船舶所在监视告警区域、船舶的锚 重、预警值，以及海底电缆在所述平行距离处的埋设深度，查找预设的风险指数模型，得出 海底电缆被船舶损坏的风险指数。
[0021 ]下面以琼州海峡500kV南北走向的海底电缆为例，详细介绍本评估方法。
[0022]本评估方法的技术思路及基本原理如下：
[0023] (1)对500kV海底电缆路由区域海底地质状况进行梳理分类。
[0024] (2)工程阶段结合500kV海底电缆路由区域海底地质而采取的四种机械保护方式 的不同保护现状进行分析。
[0025] (3)通过构建"抵抗船锚损害安全指数"反映了海缆机械保护与船锚的直接联系， 即反映海底电缆抵抗船锚的能力的差别。
[0026] (4)通过构建"船锚损害海缆概率指数"反映船舶航行过程在相对海底电缆东西向 不同位置抛锚损害海缆概率以及威胁海缆安全的差别。
[0027] (5) "抵抗船锚损害安全指数"主要考虑了海缆保护掩埋情况及船舶锚重关系因 素，"船锚损害海缆概率指数"则主要考虑了船舶相对海缆东西向位置的因素，为了综合海 缆自身保护水平及船舶的影响因素，更全面反映船锚损害海缆的风险，提出并构建了 "船锚 损害海缆风险指数"，在一定程度上，根据海缆埋深水平，结合海缆运维经验，较充分地考虑 了船舶吨位、锚重、相对海缆位置的因素，从纵向海缆埋深区域和横向海缆监视告警区上对 海缆路由所处周边海域进行风险区块的划分，反映了不同区域船舶损伤海缆风险的差别。
[0028] (6)为了在利于实施海蓝路由船舶动态监视在"船锚损害海缆风险指数"中融入船 舶速度因子，形成"船舶外力破坏风险数值"，便于识别船舶的风险信息和风险等级，并针对 不能风险等级提出相对应的处置措施。
[0029 ] 500kV海底电缆路由区域海底地质状况如表1所示：
[0030] 表1 500kV海底电缆路由区域海底地址分类概述
[0031]
[0032]
[0033] 500kV海底电缆机械保护现状：
[0034] 500kV海底电缆在工程设计可行性研究评审时就确定了 "尽量采用全程埋设，对中 央深槽海床覆盖层较薄和南部有珊瑚礁分布的地方，可采取掩埋及增加其它保护措施，如 套管保护、加盖碎石、砼预制件保护等方法"的设计原则;通过开展冲埋分析及DNV(挪威船 级社)海底电缆冲埋保护研究，在预初步设计评审后确定了采用BPI(电缆掩埋指数)的量化 指标对电缆实施保护;在施工及后续保护工作中，经评审确定采用BPI = 1.5作为保护水平 目标，完成后可以抵抗1吨锚重并具有1.5的安全系数，针对不同的地质条件及环境，采取了 冲埋保护、抛石保护、套管保护和水泥沙包覆盖等机械保护措施。
[0035] (1)冲埋保护
[0036]对于地质较软的地段(土壤不排水抗剪强度一般为40千帕），利用水喷式埋设机进 行冲埋保护，根据DNV报告确定的不同土壤硬度，埋深一般应达到1.3米。海底电缆在2009年 4-9月进行了大量的冲埋保护工作，由于施工方的原因，施工一度中断，2011年3月对海底电 缆进行了二次冲埋，经过冲埋后，三根电缆共有60.2公里达到了预期目标。
[0037] (2)抛石保护
[0038]对于路由中央深槽区和林诗岛近岸侧海床较硬、不能挖沟冲埋的地段采取抛石保 护。为确保抛石施工的安全性、石坝的长期稳定性和抗锚能力，开展了块石冲击力计算、堤 坝稳定性分析以及抛石堤坝抗锚能力分析等研究，最终确定采取内外两个层堆成石坝保护 电缆，其中内层区域为颗粒直径为1-2英寸的石块，外层区域为颗粒直径为2-8英寸的石块， 石坝斜面比例为1:2.5,设计外形为梯形。通过建模计算，石坝最大可以承受1吨的锚重以不 大于2.5米/秒的下降速度垂直抛锚以及水平拖锚。2011年8月-12月开展了抛石保护施工， 三根电缆抛石总长度为22.625公里。
[0039] (3)套管保护
[0040] 由于南岭侧的近岸段地质坚硬，冲埋深度较浅，而且具备人工作业条件，采用安装 管壁厚度为25毫米的铸铁套管保护，三根电缆共计3.053公里。
[0041] (4)挖沟覆盖
[0042] 对于浅滩段到海缆终端支架的登陆段，因处于潮间带，船只无法进入作业，采用挖 沟或沙土覆盖砂浆袋对电缆实施保护。此段共计2.7公里，其中南岭侧1.2公里(沙土回填）， 林诗岛侧1.5公里(砂衆袋）。
[0043] 1.抵抗船锚损害安全指数（以下简称"安全指数"）
[0044] 500kV海底电缆路由全线根据所处海床地质环境的不同，分区段分别采取了冲埋 保护、抛石保护、套管保护、挖沟覆盖四种防外力破坏保护方式。
[0045] 根据2013年度500kV海底电缆埋深检测数据，海缆路由埋深分为六个部分，ΚΡ0.5-KP2.5范围内海缆平均埋深约0.45m;KP2.5-KP3.2范围内海缆埋深0.3m-0.9m不等，变化剧 烈；KP3.2-KP5范围内海缆平均埋深0.5m左右;KP5-KP10.5范围内海缆平均埋深2m左右； KP10.5-KP11.5范围内海缆埋深0.5m-3m不等，变化剧烈;KP11.5-KP29范围内海缆平均埋深 lm左右。
[0046]因为船锚损伤海缆的破坏方式，船锚须侵彻海缆上方的保护层与海缆直接接触后 造成海缆损坏。所以，在不考虑诸多复杂因素影响的情况