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江苏海洋大学在淤泥质海底航道边坡稳定性声学检测与预警研究方面取得新进展
来源: | 作者:秘书处 | 发布时间: 2021-11-12 | 60 次浏览 | 分享到:

海运承担了我国90%以上的进出口贸易运量。随着“海上丝绸之路”战略的实施,海底航道安全保障日益突出。江苏960公里的海岸多是淤泥质浅滩,实现“海上苏东”,拓展海运,确保在淤泥质海底人工疏浚深水航道安全成为不可回避的挑战,也是国务院批复的国家规划战略《江苏沿海地区发展规划》中30万吨航道建设工程的关键技术之一。

淤泥质海底航道失稳滑塌是人工开挖航道斜坡自身求得稳定状态的一种自然调整过程,即使坡度很缓,航道也可能产生失稳滑塌,改变航道几何形状,导致港口堵塞。由于淤泥质海域海水具有良好的导电性、极强的吸热能力和极差的透光性使得雷达、红外线望远镜、卫星遥感技术等依赖于激光、电磁波传播的探测技术束手无策,无法对海底沉积层进行高效探测。此外,人们较难接近海底,尤其是在恶劣的海况下,对淤泥质海底航道失稳滑塌的监测一直缺乏有效的方法,绝大多数是事后借助于测深的方法或者多波速扫描的方法查看滑塌情况,但对哪里可能出现滑塌,以及何时出现滑塌难以提出有效的证据,以便及时预测预警和采取预防措施。

江苏海洋大学张存勇博士课题组在江苏省重点研发计划项目(BE2018676)资助下利用声学遥测技术实现了淤泥质海底航道边坡失稳滑塌预测预警。航道边坡沉积物在其失稳滑塌的不同发育周期内,边坡所受的应力发生变化,相应地沉积物微结构发生变化,进而导致其声速也相应发生变化,因而在一定程度上形成了具有鉴别特征的“声学指纹”。本项目创造性地提出利用“声纹”技术探测淤泥质海底航道边坡失稳滑塌过程,攻克了航道边坡稳定性实时监测、全周期声纹识别和预测预警3个关键技术,建立了淤泥质海底航道边坡失稳滑塌过程全周期声学图谱,利用声纹特征以图谱的方式直观、定量地反映了航道边坡失稳滑塌过程的内部变化,实现了由静态浅地层剖面声学图像到动态变化过程监测。设计开发了一个淤泥质海底航道边坡失稳滑塌预测预警系统,实现了航道边坡失稳滑塌预测预警,并在我国淤泥质海岸人工深水航道-连云港30万吨级航道得到成功应用,对航道安全运营以及防灾预灾起到了重要作用。研究成果已在国内外期刊发表研究论文11篇,代表性SCI论文2篇,获授权发明专利3个,软件著作权1个。

[1]Zhang Cunyong. Slope instability detection for muddy submarine channels using sub-bottom profile images based on bidimensional empirical mode decomposition. Geo-Marine Letters41, 1 (2021). DOI: 10.1007/s00367-020-00681-5

[2]Zhang Cunyong. Fractal analysis of muddy submarine channel slope instability from sub-bottom profile images, Marine Georesources& Geotechnology (2021) DOI: 10.1080/1064119X.2021.1933278

[3]一种淤泥质海底航道边坡稳定性实时监测方法,专利号:ZL2018111827266

[4]一种淤泥质海底航道失稳滑塌全周期声纹识别方法,专利号:ZL2018111825453

[5]一种淤泥质海底航道失稳滑塌预测预警方法,专利号:ZL2018111827285

[6]淤泥质海底航道边坡失稳滑塌预测预警系统(软件著作登记号:2020SR1205532)