本书是“海缆工程技术丛书”的一个分册，系统地介绍了海缆工程路由勘察的目的和内容以及相关的程序流程，并结合实例较为系统地论述了路由勘察的主要技术方法。读者通过本书能够了解海缆路由勘察的相关内容和技术。本书可作为海缆工程技术领域的工具书和教材，供海缆通信专业的工程设计、施工、维护和管理人员使用，也可供从事海缆工程专业的科研教学人员参考。
海底光缆通信系统是国际通信、洲际通信的重要基础设施, 具有超远距离传输、大容量、高可靠等特点, 是实现全球互联的重要通信手段。1988 年, 世界上第一条跨洋海底光缆建成, 经过20 多年的发展, 已在全球语音和数据通信骨干网中占据了主导地位, 其他技术无法与之媲美。目前, 海底光缆已跨越全球六大洲, 总长度超过130 万km, 构成了一张不间断的巨型网络, 提供国际通信90%以上的业务量, 在世界经济发展、文化交流和社会进步的进程中正发挥重要的作用。
截至目前, 我国已经出版的若干研究海底光缆工程、海洋工程勘察等方面的专著和论文专辑, 其中虽然有部分内容涉及了海缆路由勘察, 但尚无完全针对海缆路由勘察技术进行系统介绍的专著。编写组中国家海洋局南海调查技术中心多年来参与了众多类型海缆路由勘察, 例如国际光缆勘察、大型跨海峡超高压电缆路由勘察以及南海国防建设大型海缆路由勘察等, 相关技术人员也因此积累了丰富的经验。本书即是在这一背景下, 专门针对海缆工程路由勘察的特殊性并结合多年的经验形成的成果。
本书是“海缆工程技术丛书” 的一个分册, 系统地介绍了海缆工程路由勘察的目的和内容以及相关的程序流程, 并结合实例较为系统地论述了路由勘察的主要技术方法。读者通过本书能够了解海缆路由勘察的相关内容和技术, 可作为海缆工程各技术领域的工具书和教材, 供海缆通信专业的工程设计、施工、维护和管理人员使用, 也可供从事海缆工程专业的科研教学人员参考。
本书共分12 章。第1 章为概述, 简要介绍了海缆路由勘察的目的、主要技术和相关程序, 回顾了海缆路由勘察发展过程并展望了路由勘察技术的趋势。第2 章为路由勘察的基础技术———导航定位, 首先阐述了导航定位的基础知识, 之后分别对水面导航技术和水下导航技术进行详细的论述。第3 章讲述了地形测量的主要技术, 地形测量作为最基础的勘察内容, 包括陆地测量以及水下地形测量, 书中除了介绍传统陆地测量技术, 还对水下地形测量常用技术多波束水深测量和单波束水深测量从基本原理、系统组成、设备以及实际应用做了全面的描述。第4 章则是探测海底面状况和障碍物中的主要技术———侧扫声呐探测, 分别介绍了传统侧扫声呐和合成孔径声呐相关原理和系统组成, 并总结了侧扫声呐探Ⅵ 测的作业流程和实际应用。第5 章是海底地层剖面探测, 通过对该技术的原理、作业流程和应用的介绍, 解释了通过该探测技术如何获取路由区浅部地层的发射特征、产状特征和层理结构等, 同时结合地质取样和浅部地层的声学反射特征,获取浅部地层的岩性特征分布, 为设计提供依据。第6 章是工程地质取样测试,作为海缆路由勘察不可缺少的重要方法, 详细阐述了工程地质取样测试技术方法, 获取海缆路由区沉积物的物理力学性质指标的原理、过程。第7 章是已有管线探测, 针对海底管线通常具有直径小, 材料声反射强度弱的特点, 介绍了传统利用磁法探测确定管线位置走向和利用管线仪确定埋深的技术方法, 同时也对搭载ROV 平台使用管线追踪系统的新技术进行了说明。第8 章是海洋水文气象环境调查, 通过对潮汐、海流、波浪、风等海洋水文气象环境因子的基础知识介绍, 阐述了通过对水文气象条件各要素的分析评价, 掌握了研究区海洋环境的时空变化特征, 为海缆工程的规划、设计、施工和营运提供了技术保障的过程。第9 章为腐蚀性环境调查, 主要介绍了底层海水及沉积物腐蚀性环境参数测定目的和方法, 然后评价路由区底层海水及沉积物等腐蚀性环境的过程。第10 章是海洋规划和开发活动评价, 主要介绍了海缆勘察过程中海缆路由与国家、省、市等级别的海洋功能区划、海洋开发相关规划的符合性, 评述路由区的渔捞、交通、油气开发、已建海底电缆管道、海洋保护区等海洋开发活动与路由的交叉和影响, 为海缆设计、施工及维护提出相应对策或建议。第11 章和第12 章为实例介绍, 结合深海国际光缆路由勘察和超高压电缆路由勘察两个实例, 对海缆路由勘察的主要技术方法做了回顾和实际综合应用。
本书作者来自国家海洋局南海调查技术中心和中国人民解放军海军工程大学, 他们均是多年从事海缆路由勘察工程和教学的技术骨干, 参与众多类型的海缆路由勘察, 具有丰富的勘察经验。
由于本书的编写时间紧迫, 编写人员的水平有限, 难免有不妥或错误之处, 还望读者批评指正。在本书的编写过程中得到了中国人民解放军海军工程大学相关负责人的大力支持和协助, 中国地质调查广州海洋地质调查局郑志昌教授也对本书的撰写提出了宝贵的建议, 在此一并致谢。
编 者
本书作者来自国家海洋局南海调查技术中心和中国人民解放军海军工程大学, 他们均是多年从事海缆路由勘察工程和教学的技术骨干, 参与众多类型的海缆路由勘察, 具有丰富的勘察经验。
丛书序
前言
第1 章 概述 1
1. 1 海缆路由勘察发展过程 1
1. 1. 1 海底光缆的建设发展 1
1. 1. 2 我国海缆路由勘察发展 3
1. 1. 3 海底光缆的路由勘察发展趋势 4
1. 2 海缆路由勘察相关程序 12
1. 2. 1 海缆路由勘察相关法律法规 12
1. 2. 2 海底管线铺设相关流程 13
1. 2. 3 路由桌面预选研究 15
1. 2. 4 路由勘察 18
1. 2. 5 海域使用论证 19
1. 2. 6 海洋环境影响评价 20
1. 2. 7 铺设施工 21
1. 3 海缆路由勘察方法 22
1. 3. 1 海缆路由勘察内容 22
1. 3. 2 海缆路由勘察主要技术 23
第2 章 导航定位 28
2. 1 概述 28
2. 2 导航定位基础知识 30
2. 2. 1 坐标系与投影 30
2. 2. 2 常用坐标系 38
2. 2. 3 坐标系转换 39
2. 3 水面导航定位 40
2. 3. 1 全球定位系统(GPS) 40
2. 3. 2 北斗卫星导航系统(BDS) 41
2. 3. 3 GLONASS 卫星导航系统 42
2. 3. 4 Galileo 卫星导航系统 43
Ⅷ
2. 3. 5 差分增强系统 43
2. 4 水下导航定位 52
第3 章 地形测量 60
3. 1 登陆段地形测量 60
3. 2 水下地形测量 62
3. 2. 1 单波束水下地形测量 64
3. 2. 2 多波束水下地形测量 66
3. 2. 3 水下地形测量在海缆勘察中的应用 76
第4 章 侧扫声呐探测 87
4. 1 侧扫声呐的基本原理 88
4. 1. 1 基本原理 88
4. 1. 2 侧扫声呐系统组成 90
4. 1. 3 侧扫声呐的几何关系 91
4. 2 合成孔径声呐 92
4. 2. 1 基本原理 93
4. 2. 2 系统组成 95
4. 2. 3 合成孔径声呐与传统侧扫声呐对比 96
4. 3 侧扫声呐作业程序 98
4. 3. 1 外业资料采集 98
4. 3. 2 资料处理及成图 99
4. 4 侧扫声呐测量在海缆勘察中的应用 100
4. 5 主要设备 105
第5 章 海底地层剖面探测 109
5. 1 基本原理 109
5. 2 勘察方案设计 111
5. 3 浅地层剖面探测和单道地震勘探 111
5. 3. 1 外业资料采集 113
5. 3. 2 内业资料处理 115
5. 4 高分辨率多道地震勘探 118
5. 4. 1 外业资料采集 118
5. 4. 2 内业资料处理 120
5. 5 资料解释 123
5. 6 主要设备 125
第6 章 工程地质取样测试 127
6. 1 底质采样 127
6. 1. 1 目的和特点 127
6. 1. 2 一般技术要求 127
6. 1. 3 采样作业 128
Ⅸ
6. 1. 4 样品编录和处理 129
6. 1. 5 主要设备 130
6. 2 工程地质钻探 133
6. 2. 1 目的和特点 133
6. 2. 2 一般技术要求 134
6. 2. 3 钻探船抛锚定位方法 134
6. 2. 4 钻探作业 135
6. 2. 5 采样要求与方法 137
6. 2. 6 钻探编录及成果报告 137
6. 2. 7 主要设备 138
6. 3 工程地质测试 139
6. 3. 1 船上土工试验 139
6. 3. 2 原位测试 140
6. 3. 3 室内测试 157
第7 章 已有管线探测 160
7. 1 磁法探测 160
7. 1. 1 基本原理 160
7. 1. 2 磁法探测管线的主要设备 163
7. 1. 3 磁法测线布设及外业实施 164
7. 1. 4 海底电缆图像定位法 166
7. 2 声呐探测 167
7. 2. 1 海底电缆声呐探测原理 167
7. 2. 2 声呐探测管线的主要设备 167
7. 2. 3 声呐探测测线布设及外业实施 169
7. 2. 4 声呐剖面图像判读方法 169
7. 3 海缆追踪探测方法 170
7. 3. 1 有源海缆追踪系统 171
7. 3. 2 无源海缆追踪系统 172
第8 章 海洋水文气象环境调查 174
8. 1 海洋气象 174
8. 1. 1 风 174
8. 1. 2 雾 182
8. 1. 3 热带气旋 184
8. 2 海洋水文 187
8. 2. 1 潮位 187
8. 2. 2 海流 197
8. 2. 3 波浪 206
8. 2. 4 风暴潮 211
Ⅹ
第9 章 腐蚀性环境调查 213
9. 1 海洋腐蚀环境与海缆防腐 213
9. 1. 1 海水腐蚀环境 213
9. 1. 2 海底沉积物腐蚀环境 215
9. 1. 3 常见海底光缆的类型及腐蚀防护 216
9. 2 腐蚀性环境调查要素及方法 218
9. 2. 1 底层水参数测试 218
9. 2. 2 海底沉积物参数测试 219
9. 2. 3 污损生物调查 219
9. 3 海底腐蚀环境评价及对海缆的影响分析 219
第10 章 海洋规划和开发活动评价 222
10. 1 项目用海与海洋功能区划的符合性分析 222
10. 1. 1 项目所在海域海洋功能区划 222
10. 1. 2 项目用海与海洋功能区划的符合性分析 230
10. 2 项目用海与相关规划的符合性分析 230
10. 3 渔业活动 231
10. 4 海上交通 232
10. 4. 1 港口 232
10. 4. 2 航道 232
10. 4. 3 锚地 233
10. 5 矿产资源开发 238
10. 6 已建海底光(电) 缆管道 240
10. 6. 1 已建海底光(电) 缆管道简述 240
10. 6. 2 项目海缆路由与已建海底光(电) 缆管道交越情况 241
10. 6. 3 已建管线故障情况 241
10. 7 海洋保护区 243
10. 8 国防安全和军事活动 244
第11 章 路由勘察实例———国际光缆路由勘察 245
11. 1 工程背景 245
11. 2 勘察方案设计 247
11. 3 勘察过程 248
11. 3. 1 外业勘察方法 250
11. 3. 2 勘察主要设备 251
11. 4 勘察结果 252
第12 章 路由勘察实例———超高压电缆路由勘察 259
12. 1 工程背景 259
12. 2 方案设计 261
12. 2. 1 工程物探 261
12. 2. 2 工程地质勘察 261
12. 2. 3 腐蚀性参数测定 261
12. 2. 4 海洋水文气象资料收集与观测 261
12. 2. 5 主要勘察设备 262
12. 3 勘察过程 265
12. 4 勘察成果 266
参考文献 271
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