航道疏浚中大面積海底疑似爆炸物的探測(cè)方法與實(shí)踐

孫海軍，祝緒陽(yáng)

（中國(guó)港灣工程有限責(zé)任公司，北京 100027）

隨著世界各國(guó)對(duì)海洋基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的全面發(fā)展，戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期遺留下來(lái)的水雷、炸彈等爆炸物成為海洋工程建設(shè)的隱患，海洋工程中水下爆炸物的探測(cè)逐漸成為施工安全評(píng)估的一項(xiàng)重要內(nèi)容[1]。

在石油天然氣、地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查中得到廣泛應(yīng)用的磁法探測(cè)技術(shù)，由于受周圍建筑物、輸變電線和通信電纜等各種干擾，在工程地質(zhì)勘查中未能得到發(fā)揮，測(cè)量效率和準(zhǔn)確性受到嚴(yán)重影響[2]。而在海洋工程勘測(cè)中，上述干擾可以排除，因此對(duì)于海底管線的探測(cè)、水下爆炸物的探測(cè)、沉船探測(cè)等特殊的勘測(cè)任務(wù)，均可以采用磁法探測(cè)技術(shù)。

1 磁法探測(cè)的基本原理

遺留在海底的未爆炸彈一般由鋼、鐵性物質(zhì)組成，在地球磁場(chǎng)作用下被磁化的炸彈就變?yōu)橐粋€(gè)有磁性的物體，與周圍物質(zhì)的磁性差異很明顯。通過(guò)地面觀測(cè)磁場(chǎng)的分布，便可以發(fā)現(xiàn)鐵質(zhì)物體的位置并推算出鐵質(zhì)物體的埋置深度[3-5]。

2 工程實(shí)例

在中緬原油管道項(xiàng)目航道疏浚工程（圖1）中，發(fā)現(xiàn)施工區(qū)域海底存在大量二戰(zhàn)時(shí)期遺棄的未爆炸彈。這些爆炸物掩埋在海底泥沙之中，一旦受到外力撞擊或擠壓，仍有爆炸的可能。在航道設(shè)計(jì)選線無(wú)法進(jìn)行調(diào)整的情況下，為確保疏浚施工船舶的安全和航道的航行安全，需對(duì)整個(gè)航道疏浚施工區(qū)域海底的疑似爆炸物予以勘測(cè)和清除。

圖1 航道施工位置示意圖Fig.1 Location diagram of harbor channel construction

采用磁法探測(cè)確定施工區(qū)域海底存在的鐵磁性疑似爆炸物（包括危險(xiǎn)爆炸物和鐵磁性障礙物）的分布情況和精確位置，為海底疑似爆炸物清除方案的制定提供科學(xué)的依據(jù)。

2.1 磁法探測(cè)內(nèi)容和技術(shù)要點(diǎn)

由于未爆炸彈的等效鐵磁重量較水雷小，其探測(cè)更為困難，這就要求磁力儀拖體盡可能地接近海底泥面。但離海底越近，探頭損壞可能性越大，風(fēng)險(xiǎn)越高。為確保磁探儀器的安全和工程的順利進(jìn)行，首先對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行多波束測(cè)量和測(cè)掃聲吶掃海，以便了解測(cè)區(qū)水深和海底障礙物分布情況。

2.1.1 多波束掃海測(cè)量

為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，采用的有效掃測(cè)寬深比不大于5倍，多波束測(cè)量的測(cè)線間距設(shè)定為50 m，測(cè)線沿航道走向布設(shè)，以獲得最佳的測(cè)量效果。

外業(yè)采用QINSY8.0軟件的實(shí)時(shí)采集模塊進(jìn)行。在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，同時(shí)采集定位和測(cè)深數(shù)據(jù)及其它傳感器數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)顯示測(cè)量船航跡和條帶圖像。

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理采用QINSY8.0軟件的后處理模塊進(jìn)行，主要步驟有：對(duì)船姿數(shù)據(jù)、水深數(shù)據(jù)、導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，刪除不良數(shù)據(jù)；對(duì)水深數(shù)據(jù)進(jìn)行聲速（SVP）、潮位改正；對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行合并操作，生成格網(wǎng)數(shù)據(jù)及1 m間距的XYZ數(shù)據(jù)；將生成的XYZ文件在Hypack軟件中進(jìn)行所需成圖比例尺的抽稀排序。

最終將航道施工區(qū)域的測(cè)深數(shù)據(jù)繪制為水深圖。對(duì)于局部地區(qū)，根據(jù)需要使用多波束采集的數(shù)據(jù)構(gòu)建海底地形的3D影像圖，以更直觀的方式顯示海底地形特征。

2.1.2 側(cè)掃聲納掃海

海底面狀況側(cè)掃采用美國(guó)EdgeTech公司生產(chǎn)的4200-FS型側(cè)掃聲吶系統(tǒng)進(jìn)行。該系統(tǒng)主要有甲板聲吶圖像處理器和拖曳載體等組成。

選用側(cè)掃量程為100 m檔（即左右各100 m），測(cè)線布設(shè)間隔為80 m，測(cè)線布設(shè)方向?yàn)楹降乐鬏S線方向。

2.1.3 磁法探測(cè)

1） 儀器選型

目前國(guó)內(nèi)引進(jìn)較多的美國(guó)GEOMETRIC公司的銫光泵磁探儀G882，在獲得低的噪聲水平同時(shí)，達(dá)到0.01 nT分辨率，系統(tǒng)的采樣速率達(dá)10 Hz，具有完善的軟、硬件接口，可組成一高性能磁測(cè)系統(tǒng)。同時(shí)對(duì)銫光泵磁探儀G882進(jìn)行了改裝，除可帶配重外還安裝了定深翼（見(jiàn)圖2），更適合于深水作業(yè)及加密掃測(cè)。

圖2 安裝定深翼的G882磁探儀Fig.2 Magnetic anomaly detection G882 installed with depth locating wings

2） 工作流程

磁法探測(cè)的工作流程如圖3所示。

圖3 磁法探測(cè)的工作流程Fig.3 Working processof magnetic detection

3） 探測(cè)作業(yè)方式

圖5 疏浚三區(qū)疑似爆炸物分布狀態(tài)示意圖Fig.5 Distribution of the suspected explosivesin dredging area 3

為減少船磁對(duì)高精度磁測(cè)的影響，一般采用拖曵式作業(yè)方式，如圖4。海上作業(yè)中，盡可能控制水下拖體的入水深度，既保證不漏測(cè)目標(biāo)，又可提高檢測(cè)信噪比。

圖4 作業(yè)示意圖Fig.4 Theoperation schematic diagram

4） 磁法探測(cè)成果

通過(guò)磁法探測(cè)發(fā)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)航道疏浚范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)疑似爆炸物點(diǎn)1 574個(gè)，疑似危險(xiǎn)爆炸物的大?。ㄒ源磐看笮》从常┎痪?，主要分布在航道設(shè)計(jì)疏浚三區(qū)、四區(qū)、五區(qū)和六區(qū)，其中822個(gè)疑似點(diǎn)相對(duì)集中分布在三區(qū)4個(gè)條帶狀區(qū)域內(nèi)，716個(gè)零散點(diǎn)分布在三區(qū)其他范圍（圖5），其余36個(gè)點(diǎn)分布在四、五、六區(qū)。

在疑似爆炸物相對(duì)集中分布的條帶狀區(qū)域外，疑似爆炸物呈彌散狀分布。

2.2 不同探測(cè)手段分析

磁法探測(cè)成果與多波束掃海3D影像比對(duì)，疑似爆炸物點(diǎn)在多波束掃海3D影像圖中未見(jiàn)明顯凸起，說(shuō)明疑似爆炸物已淤入海底泥面或與海底泥面淤平。

磁法探測(cè)成果與測(cè)掃聲吶掃海成果比對(duì)，磁法探測(cè)成果中的磁異常密集區(qū)域，其海底泥面在測(cè)掃聲像圖中表現(xiàn)為大量的硬質(zhì)點(diǎn)，但未見(jiàn)這些點(diǎn)有明顯高出海底，說(shuō)明其已基本與海底泥面淤平。

測(cè)掃聲吶在掃海區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)的垃圾物，經(jīng)與磁探數(shù)據(jù)比對(duì)，這些垃圾物均無(wú)鐵磁性質(zhì)。

通過(guò)磁法探測(cè)確定了每個(gè)疑似爆炸物點(diǎn)的精確坐標(biāo)和磁異常量，為后續(xù)清除作業(yè)提供了重要依據(jù)。

3 結(jié)語(yǔ)

本航道疏浚工程遇到的海底疑似爆炸物為二戰(zhàn)時(shí)間的遺棄軍火物，具有數(shù)量大、分布廣、磁異常量較小等特點(diǎn)。這與以往較為常見(jiàn)的水雷數(shù)量小、位置容易確定、磁異常量大的特點(diǎn)截然相反，探測(cè)的工作量大，施工難度大。本工程通過(guò)磁法探測(cè)與多波速測(cè)量和側(cè)掃聲吶相結(jié)合的探測(cè)方式，對(duì)海底疑似爆炸物的位置和磁異常量進(jìn)行了精確勘測(cè)，通過(guò)磁法探測(cè)確定了每個(gè)疑似爆炸物點(diǎn)的精確坐標(biāo)和磁異常量，為后續(xù)清除作業(yè)提供了重要依據(jù)。