技术案例！海卓MS8200多波束测深系统在海上风电桩基检测中的应用

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项目概况及需求

2021年5月份，在多波束测深系统“海卓MS8200”交付的现场培训环节，我们全程参与了连云港某海域“海上风电桩基冲刷检测”的外业扫测及内业数据处理工作。该任务计划使用多波束测深系统，通过对已完成安装的48台风电机组进行密集扫测，检查桩基100米范围内的冲淤状况，筛选排查风电机组水下部分的完全隐患。

勘测区域位于江苏省连云港市东南某海域，主要勘测的风电机组为48台，南北宽约6500米，东西长约8000米，由西南至东北逐渐变深，浅水区域水深3米左右，深水区域水深可以达到12米左右，风电机组安装分布图如下图1-1所示：

图1-1 风场风机分布图

勘测区域调查及难度评估：

■  1、流速大

风场位于灌河入海口北岸,由于该处有新沂河,灌河,五灌河交汇行洪入海,流态比较复杂，流速大，海水含沙量较高。

 ■ 2、涌浪高海床受河流及海流冲积影响，呈东北至西南的“葫芦形”，因而涌浪环境复杂。且测量船只为中小型船舶，抗风浪能力弱，摇摆幅度大。■ 3、水不深除了靠东北的两排水域较深外，其它区域水域低潮位水深3-6米，甚至更浅。■ 4、经验少

由于桩基测量非传统全覆盖测量，只需要以桩基为圆心直径100范围内的数据。如何综合流速、流向、风向、水深等多种因素确定测量方案，及确保数据质量和测量过程的安全，又能提高测量效率是个全新课题。

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方案及实施

本次风机桩基勘测是在黄海海域，当地水质较为浑浊，海面涌浪在0.4米左右，采用如下方案： ■  产品组合方案：（1）MS8200多波束测深采用的是200kHz声波频率，且具有浑水测量功能。

（2）搭配海卓POS-S25姿态仪。该产品深度融合了加拿大Applanix公司的组合航姿测量相关技术，采用TrueHeave处理算法，升沉精度精确可靠最高可达2cm ; 支持Fugro Marinestar™ GPS和GNSS服务，可确保在任意位置都能实时获取优于分米级的定位精度。因而更适合此风场复杂的测量环境。

产品组合方案

 ■  测量实施方案根据测量区的水深分布、声速变化的调查情况等，把测量区域不均匀分成五个部分，并且在进行区域测量前、测量中、测量后分别进行声速剖面数据的采集，区域划分及测线布设。

（1）根据每台风机的水深情况在风机四个方位上进行测线布设，如下图2-1所示：

图2-1 单桩基计划测线布设

（2）根据声速的变化情况，把测区分成5部分进行勘测，如下图2-2所示：

图2-2 风场勘测区域划分图

按照解决办法，进行整个项目的测量实施。（1）实施设备安装方案

图2-3 现场实施

（2）进入测区进行多波束测量

图2-4 现场实施

（3）进行多波束测量作业

图2-5 测量软件截图

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成果及优势

外业测量结束后，首先整理多波束数据、声速剖面数据、潮位数据，然后对多波束进行内业处理输出成果数据，完成此次风电桩基勘测任务。 ■  桩基测量成果分析：

（1）桩基损坏及冲刷范围分析，通过下面的冲刷模型，可以看到桩基周围存在冲刷，且桩基表面存在磨损现象，如图3-1所示：

图3-1 桩基勘测结果模型图

①受流速流向的影响，冲刷坑在基桩西侧和南侧较为明显，图3-1中的圈1是冲坑较为严重的地方，南北长29m，东西宽16.5m，进行不规则面积计算得出该冲刷坑602㎡，冲坑比桩基表面深0.8m，随着使用年限的增加，冲刷会越来越明显，是较为严重的安全隐患，图3-2所示为冲坑局部分布图：

图3-2 冲坑局部分布图

②桩基表面也有不同程度的磨损变化，图3-1中的框1、框2是桩基表面的磨损状况的建模分析，桩基表面的测深最浅值为6.4m，大部分区域测深值为6.5m，局部地区测深值达到6.8m，通过模型与测深数据的结合展现，可以判断桩基表面有较大面积的冲刷磨蚀，磨蚀高度达到0.1m，局部地方的冲蚀接近半米。

图3-3 桩基表面磨损状态

（2）通过与2020年7月份的测量数据进行对比，也能更好的反映出桩基水下地形的变化情况；

①下图为2020年7月份多波束测量，通过建模后的图像，与2021年5月份比较可以明显看出，在桩基西北方30米处存在一个安装船桩腿留下的冲淤坑，在我们此次测量中已经可以观察到被水流冲淤填平了。

图3-4 2021年5月多波束测量结果模型图

②通过对两次数据的叠加计算，我们可以得到间隔10月的桩基水下地形的冲淤变化量。通过观察下图可以判断出：1）灰色部分是差值在±0.2m以内的冲淤变化；2）绿色部分较去年升高了0.5m；

3）蓝色部分较去年降低了0.8m。

图3-5 两次测量结果对比分析模型

通过和上年度测量结果的量化比对，可以准确清晰的检测到桩基水下地形的变化情况，根据变化量精确的计算出缺陷的危害程度。

经过实测以及数据分析结果的验证，针对海上风电桩基冲刷检测工程，MS8200与POS-S25的组合具有独特的优势：1）数据质量高。海卓MS8200多波束测深系统中“良好的信号跟踪性能”和“独特的浑水算法”，配上海卓POS-S25稳定独特的性能，能够有效的解决该区域浪涌高、流速大带来的各种复杂问题，具备了整体方案要求的微地形扫描能力，把桩基基础的细微变化精细准确的表现了出来。2）展现成果直观丰富。成熟的应用模型，使用起来简单方便；历史结果的叠加对比，可以准确直观的展现桩基破损变化的尺寸、分布范围、坑体的体积以及对比变化量等信息。

我们坚信，随着海卓MS8200多波束测深系统与POS-S25组合的不断升级和完善，将会为我国海上风电事业做出更多的贡献。

产品/技术问题解答

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