水声测量设备的布放方法

魏伟荣 孙奇伟 吴家喜 唐军

（1.中海石油（中国）有限公司南海深水天然气开发项目组，深圳，518000）

（2.昆明船舶设备研究试验中心，昆明，650051；3.第七一五研究所，杭州，310012）

在水文、水声测量工作中，要将各种测量设备放置到水中的适当位置，以便测量设备能在预定的深度位置工作。了解水中测量设备的布放方法、影响因素，能有针对性采取相应措施，提高作业效率。

1 布放方法

1.1 自由垂放

自由垂放是一种使用广泛、便捷的放置方式，如图1所示，这一方式所需辅助工具只有缆索和重锤。重锤用于提供负浮力，为减小水流冲击造成垂直位置偏离影响，重锤的密度要大，具有流线形，一般采用铅鱼。在缆索出水点上方放置GPS天线，可测出该点大地坐标，根据缆索水中长度可知放置深度。

图1 自由垂放示意图

1.2 船底布放

在工作船底布放水声设备，一般采用两种方式，均需改造工作船体的结构。一种方式是钢管穿透形式，如图2所示。在工作船底开一个洞，将一根长钢管从船底贯穿到船的主甲板上，钢管下端口焊接在船底，保证工作船不漏水，钢管的内径由水声设备的大小决定。通过导杆从上向下将固定在导杆头上的水声设备送至水中，导杆可通过插销固定在工作船上。这种布放方式现场操作方便，且当工作船航行时，水声设备在水下深度基本保持不变。布放的深度取决于导杆的强度和船速，船速越慢、导杆越粗，布放深度就可越大。船速越快，导杆伸出越长，越易折弯导杆。

图2 钢管穿透形式示意图

另一种方式是闸阀、活塞形式，如图3所示。当船体不容许从主甲板到底层甲板贯穿时采用该形式，它由闸阀、活塞、活塞缸等构成。船底打有通孔，孔上装有闸阀和活塞缸。布放时，闸阀打开，将活塞向下顺着活塞缸顶出船底，活塞的下端面安装有水声设备。为防止漏水，活塞上有 O 形密封圈。回收时，将活塞收回到适当位置后，闸阀关闭。活塞的运动一般采用丝杆传动。为避免进水，在闸阀没有关闭前，限位装置限制活塞完全从活塞缸中抽出。

图3 闸阀、活塞形式示意图

1.3 拖曳布放

拖曳布放是当水声设备较大或者要求深度较深，而同时要求船处于航行状态的一种布放方式，如图4所示。当船速较高时，为达到较深位置，拖曳缆应采用钢缆，用于产生较大负浮力。通过调整钢缆长度和配重大小来控制深度。

图4 拖曳布放示意图

在其它条件不变的情况下，配重越大，深度越深，但配重太大不便于现场操作。为减小配重的重量，增加布放深度，可利用流体力学升力定理，将配重由水滴流线型改成具有向下压差的附压型，效果较为明显，如图5所示。

图5 附压型配重拖曳布放示意图

一般来说拖曳体水平投影运动轨迹由工作船的航行轨迹决定，深度变化由拖曳缆的长度和工作船的航行速度决定。如果在拖曳体上安装舵用来调节深度，对于附压型拖曳体来说，由于拖曳缆和水阻力的作用，拖曳体最大深度增加不明显，但向上、往浅处的调节作用大而迅速。拖曳缆在水中拖动时会产生抖动，抖动会增加水阻力，从而影响拖曳体深度。在拖曳缆上增加绳须可减小抖动。

1.4 浮标布放

浮标有漂移浮标、水下浮标和锚定浮标等。如图6所示。漂移浮标和锚定浮标受风浪影响大，为减小风浪影响，需要选择好动力学参数（如固有频率、质量、浮力等）。漂移浮标和水下浮标由于在设计时已确定好了重心、浮心的相对位置，水中姿态也就确定了。布放这两种浮标可采用抛投方式。浮标上一般要有打捞环或者一段打捞绳，以方便回收。水下浮标回收的关键取决于锚释放器，如图6所示。

图6 各种浮标图

锚定浮标布放时，如先投放锚，然后释放浮标，布放位置较为精确，因为此时锚已着底，在重力和吸附力作用下，不会轻易移动位置。如果按如图 7所示，先释放浮标，船离开一定距离后再投放锚，这种布放方式工作效率较高，操作也较为方便，但布放位置不够精确，因为锚在下落过程中会因水流等原因偏离释放点位置。

图7 锚定浮标的锚后投放入水示意图

2 一种锚定浮标布放的实施过程

图8所示为一种锚定浮标，它主要由浮标、锚用耐压筒、联接电缆等组成。浮标由浮筒、浮力块、加长杆和挂环等组成，它具有正浮力。锚用耐压筒由耐压筒体、声学换能器、脚板和挂环等组成，它具有负浮力。该浮标布放包括：将锚用耐压筒布放到水底预定位置，将浮标布放到水面，浮标与锚用耐压筒间通过联接电缆相连。

布放程序步骤如下：（1）工作船开至预定布放水域，将安装在电缆绞车上的联接电缆的一端连接在锚用耐压筒上，电缆上的承重网通过卸扣连接到锚用耐压筒的挂环上；（2）用船上的吊车将锚用耐压筒从船甲板吊移至船边安装的电缆绞车的导向轮附近，然后缓慢下放，当电缆绞车完全承重后，解脱船上的吊车挂钩；（3）用电缆绞车通过联接电缆将锚用耐压筒向水底下放，当联接电缆另一端的承重网露出电缆盘后，将承重网移动至电缆上的预定位置，用胶带固定承重网；（4）给船上的吊车挂上快速脱钩挂钩；（5）用快速脱钩挂钩将水中的电缆及锚用耐压筒吊住，并由一名工作人员看护快速脱钩挂钩的拉绳；（6）电缆绞盘继续完全释放电缆；（7）将电缆接头连接到浮标上；（8）将多余的电缆盘绕好后，用绳系在浮标下端；（9）工作人员通过联接电缆将浮标放到水中；（10）快速脱钩挂钩拉绳启动，浮标向脱钩点移动，浮标布放完毕。

3 结束语

4 种布放方法中，自由垂放方式结构简单，操作方便，成本较低；船底布放方式需对船体进行改造，成本较高，但使用时操作方便；拖曳布放和浮标布放需要船上有专门机械，布放过程较为复杂，需要的工作人员较多。

确定布放方法后，应制定相应的布放程序。布放细节应根据所布放水声测量设备的结构形状、重量等因素决定。一些大型设备的布放需要采用水上吊车、船用绞车、快速释放钩和自动脱钩装置等，有时工作船也需要进行适当改造以适应布放需要。