三峡库区深潜水问题及对策
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作者:张乘凤，王致维，黄仕祥
摘 要：三峡常年库区和回水变动段受175米蓄水影响形成了水深超过百米的局部河段，一旦需要深水救助，深潜水装备相关技术问题亟待解决。本文通过回顾“2018年10.28重庆万州公交车坠江事件”，指出目前三峡库区面对沉船、沉物打捞时深潜水方面存在的问题，再通过对目前潜水装备的现状及三峡库区水文条件的分析，提出了库区深潜水救助的相关措施。
关键词：三峡库区;深潜水;建议对策
中图分类号：U698 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2019）11-0031-04
1三峡库区深潜水存在问题
海洋救助打捞问题一直属于海上安全作业的重要部分，其发展与研究已经取得了很大的突破。不仅有大深度氦氧饱和潜水，更有先进的常压潜水等救助体系。随着海洋救助装备、技术的研究和积累，目前已经形成了较为成熟的救助技术，很大程度上可以应用于水深过大的三峡库区河段，这也是内河大深度打捞可以依靠和改进的技术手段。但是，内河毕竟不同于海洋，库区的水文、地貌给打捞作业带来了很大的困难。面对三峡库区的水文地理条件，如何把大深度打捞技术安全、高效的应用在三峡库区175m水深下沉船、沉物的打捞将成为本文需要研究的重要课题。
以“2018年10月28日重庆万州公交车坠江事件”的水上救助为例，由于万州河段成库后，河底从原有石质变成淤泥土包状，公交车坠江后，被水下淤泥包裹，在河底与周围形态无法辨识，导致多次搜寻探测的失败;最后发现落水公交车位于落水点上游5米、水深约71米处。深潜水开展75m水下探摸作业，潜水员因氧气和水下低温等原因，每次短时间作业后必须浮出水面进行换气。这时，至少需要进入减压舱减压作业2小时。并且，由于一个潜水员一昼夜只可进行一次增减压潜水，否则会对身体造成不可逆的损伤，所以每一次的探摸作业就需要大量的潜水员进行交替作业，每人作业时间很短，作业效率低下。再者，由于江面搜救船舶无减压舱等设备，减压舱需从上海转运至万州江岸边，这些因素对于潜水作业均会产生较大的不利影响。
2目前潜水装备及需求现状
2.1潜水装具
普通潜水装具主要有面罩、头盔、潜水服、潜水脐带、气瓶组件、减压系统、呼吸系统以及潜水的辅助器材等。普通的潜水装具可分为轻潜水装具和重潜水装具。
重潜水装具是由水面脐带进行连续供气，故又称为通风式潜水装具。重装适宜于作业量较大和潜水时间较长的水下作业， 其主要特点是：在空气中装具自身重量大，在水中可具有一定的负浮力，故水下稳性好，抗流能力较强;能够一定程度抵抗水压，减少水压过大对人造成的伤害，并且，呼吸省力，保暖性能好。
轻潜水装具按照空气来源也可分为气体自携式和脐带供气式两种。自携式潜水装具适合水下灵巧式操作、运动操作、小空间操作的情况。它的特点是能够由潜水员迅速到达复杂或者狭小空间进行水下的技术作业。由于装具轻，潜水员可以充分发挥自身的灵活性、机动性特点。但是，由于轻装潜水为了潜水员的机动性等特点，所以自携式供气的气体量较少。而脐带式轻潜水则是由水面供气，克服了自携式气体不足的限制，但同时也放弃了一部分的机动性。总体来看，脐带式轻潜水装具属于较为成熟的轻潜水装具，它适合中小劳动量、浅水域的水下作业。
目前在国内浅水作业（40m以下）的潜水公司用的大部分是国产的潜水面罩和头盔，以MZ-30（面罩）型和ZT-30（头盔）为主。深水作业用的基本上是进口的头盔和面罩，如KMB面罩（头盔）系列。
2.2供气系统
供气系统里有空气压缩机、储气罐、过滤器等，空气压缩机有低压空气压缩机和高压空气压缩机两种。目前，国内潜水市场使用的低压供气系统主要是国产的，国内的生产厂家也比较多。而国内潜水市场使用的高压供气系统则根据不同潜水公司的经济实力和使用需求，既有使用我国的，也有使用进口的，目前使用进口的相对比例会高一些。从高压空压机的对比来看，进口机不但体积小而轻便，且连续性和稳定性也明显优于国产机器，但同时价格也会明显高于国内机器。
2.3减压系统
芜湖潜水装备制造厂是国内减压系统制造的领先企业，芜湖潜水装备制造厂从70年代末就从事减压舱的生产，在后续的10年间，国内基本只有九江船用机械厂和芜湖潜水装备厂从事减压舱生产; 90年代中起，又有2到3家开始生产，但数量不多，目前国内市场总计约220余套，其中60%以上是由芜湖潜水装备厂生产的，该厂目前占市场年需求量的80%以上。目前国内生产的减压舱系统和国外的水平相比已相差不远，只是在少量加工工艺上仍达不到国外的先进水平，但由于国内的生产成本相对较低，且总体性能还比较好，因此目前国内使用的减压系统基本上全是国产的。
2.4饱和潜水系统
国内目前还没有制造饱和潜水装备的公司， 目前唯一的一套在使用的饱和潜水设备是上海打捞局在2006年重新修复起用的法国产200m饱和潜水系统。
2.5水下作业工具
目前我们所使用的水下作业工具几乎都是进口的，国内只是在水下作业工具，如：切割焊接设备、水下风动钻孔紧固工具、水下测量工具等方面进行简单的生产制造。潜水装具的研发方面跟国外确实有很大的差距，特别是在现代海工工程发展特别快的当代，则更显示出我们在水下作业工具研制方面的不足。
2.6不同水位设备需求表：
3三峡库区水文条件对深潜水的影响
潜水作业属于水下救助打捞作业中最为重要的中心环节。但是，在进行打捞作业之前，我们首先要做的是：①了解出事船舶的具体信息，包括船上人员信息、船舶的型号、尺寸、吨位、载重等，为下一步的潜水救助做准备。②了解出事水域的气象水文条件，特别是水底的土质、流速、浑浊度等条件。③金属探测设备等对船舶进行大致定位，再通过水下机器人详细定位，进一步收集水文信息、沉船状态、所需的救助方式，为下一步的潜水救助提供数据支撑。④进行人员潜水作业。潜水员完成下水摸探报告，合理的制定打捞方案调集打捞设备。⑤开始对应的进行水下救助操作。但是三峽库区的水文条件特殊，属于内河大深度救助，加上水下暗流过快，给潜水员的救助工作带来了很多的困难。困难主要体现在以下的几个方面： 3.1库区水深
三峡库区的水位能够达到175 m，局部水域水深接近200m，在这样一个深度进行潜水作业，常规的潜水设备无法实现，需要使用特种设备。根据我国潜水行业的标准，潜水员携自携式呼吸器（SCUBA）进行潜水作业的最大深度只有30m;脐带式空气潜水的最大深度为60m;脐带式混合气潜水（氦氧）的最大潜水深度为120m。按照GB26123-2011 空气潜水的安全要求，空气潜水的下潜深度在10-20m可进行反复潜水，但每次潜水的间隔时间必须大于2小时，且两次水下工作时间之和不得大于6小时;当下潜深度在20～45m之间，12h内一般只能进行单次潜水作业;当下潜深度在45～60m之间，水下的工作时间在“适宜时间”以内，12h内也只能进行单次潜水作业;如果水下工作时间超过了“适宜时间”，则下次潜水作业必须间隔一天;当下潜深度超过60 m时，必须做到隔天潜水1次。当执行类似于三峡库区的大深度长时间潜水作业时，就应该首先考虑使用氦氧饱和潜水装具或者引进常压潜水系统进行此类潜水作业。
3.2库区水流急
需要救助水域的水流速度大小与各类装具潜水员能否进行下水作业直接相关。目前三峡库区的年平均水流速度在2.5 m/s左右，最大流速在4m/s左右，这一水流速度远超过国内外所规定的潜水水域的流速标准。目前，我国的潜水行业标准规定，SCUBA使用地点的水流速度不得超过0.5m/s。当前，我国虽在脐带式潜水装具和饱和潜水等方面，对水流速度没有明确的要求，但根据国内外的经验，上述轻重型潜水设备所适用的水域的水流速度一般不能超过1.5m/s，否则潜水员根本无法控制自己不被水流影响，尤其是轻装潜水装具。这种水流条件下潜水员不但不能进行正常作业，还会对其生命安全构成很大的威胁。 再者，GB26123-2012中规定，混合气潜水不应进行反复潜水，水流速度应不大于0.5m/s。水流速度超出上述限制条件，因特殊情况需要潜水时，应评估现场具体条件，采取更有效的安全防护措施，确保潜水员安全。
3.3庫区水下能见度差
水下能见度也是影响潜水员作业的重要因素之一。良好的水下能见度能使潜水员在进行水下摸探、了解事故整体状况、确定救助措施时更加简单和明确，并且，在水下救助过程中更容易实现对危险源的识别，降低救助的风险;也能为潜水员绑扎、固定沉船沉物创造条件。目前，三峡库区水质浑浊，潜水头灯在深水下照射的能见度不到一米，这给潜水员开展上述工作带来了诸多不便，使自身安全在一定程度上受到了较大的威胁。
3.4库区水流的流态紊乱
三峡库区水深过大，河道相对长江其他河段较窄，水流条件十分复杂，每个层面的水流速度都存在很大的差异，水面时有泡水、漩水等出现。这意味着潜水员在水下作业时要花费更大的体力，同时也存在很大的作业危险，这些都使得其在水下的有效作业时间大大减少。同时，大深度潜水的“脐带”更容易被漩水等影响造成缠绕等不可预知的危险情况。
4解决问题建议及对策
目前，在国家对三峡库区打捞力量和国家海上专业救捞力量的机构设置、职责定位、设备配备没有大变化的前提下，笔者建议从以下几方面考虑解决三峡库区深潜水存在的困难和问题：
4.1引进ROV
引进适合三峡库区特点的有缆遥控水下机器人（Remotely Operated Vehicle，ROV），便于在水流过急、水下环境复杂水域替代人员，先一步下水搜寻，确定出事船舶位置，为潜水人员进一步下潜提供前期侦查。ROV通常分为观察型和作业型，目前常见ROV一般由机器人、地面的机器人操控设备和脐带缆线等组成，这个系统的操作过程是使用地上缆线将地面操控系统和水下机器人的本体连接，地面操控系统通过脐带缆线将控制指令发送给机器人本体，并收集机器人拍摄到的视频信息和传感器信息。其作业距离取决于缆线的长度，一般为50-300米。
观察型ROV通常是指轻型ROV，它的主要功能是探测水下物体的状况并向水面发回反馈的图像。根据功能要求，轻型观察型ROV主体主要配备云台摄像系统（或水声图像系统）、水下灯及水下推进和控制系统。
比如国内深之蓝公司开发了最大潜深200m的河豚型小型ROV。此型ROV配有推进器、摄像头、水下灯、压力传感器和磁罗径等，设计用于管道检查、水下（河流、湖泊、海洋等）探索等。
还有江苏科技大学海洋装备研究院研发的可以在300 m水深所使用的观察型ROV。采用高清晰度数字广角自动变焦彩色摄像机和外置云台、2个40W强光LED水下灯、300m水下零浮力光电复合缆，可进行180°全方位拍摄高清晰度彩色视频图像和照片，并进行储存与实时传输;配有深度传感器、姿态和电子罗盘等传感设备，还预留了拓展空间。
4.2水下环境成像研究
为了保障潜水员的人身安全，在三峡库区深水域开展水下浑水环境成像技术的研究。由于本身水下能见度就低，加上三峡库区水深过大，能见度进一步降低，还有漩水和分层流速，这些因素导致水底浑浊度进一步加大。在水质如此浑浊的情况下，传统的由潜水员直接下潜完成的水下沉船位置确定、目视摸探、进一步确定救助措施等难以实施，所以目前各国都在开展浑水环境下成像技术的研究。
水下综合成像技术包含了普通成像技术和三维成像技术。我们认为应该在ROV上搭载普通高清水下摄像探测，另外再配合以多波束测深系统为主的水下三维成像技术，结合起来，更好地确定探测水域的地貌。
多波束测深系统具有高精度、高效率的优点。它的探测结果是条带状的水深图以及条带状水下地貌图，该结果可以全面了解探测区水底地形，但无法直观地判读水底情况。
普通高清成像技术，其成像结果是水下小范围的直观成像，无法全面、高效地了解整个探测区的水底环境。当发生事故时，我们面对出事水域，可以释放ROV先采用三维多波束测深系统进行目标水域的水下地形描绘，结合当地相关部门的水文资料，分析出几个可能的目标点。再结合普通高清成像技术进行定点的小范围清晰成像，确定目标船只、提供进一步的待救助信息。 4.3氦氧饱和潜水装具
4.3.1引进氦氧饱和潜水装备，解决大深度潜水作业的实际困难。
上海打捞局参与救助“万州公交坠江事件”的潜水人员称，我国饱和潜水技术起步于1975年，并在近50年来迅猛发展。2006年进行了93米商业饱和潜水作业、2010年进行了483米饱和潜水作业、2014年进行了300米饱和潜水实海作业，目前饱和潜水技术已由研究摸索阶段步入实际应用阶段。
4.3.2饱和潜水的系统组成：
一个潜水钟、甲板加减舱系统、生命系统、潜水钟释放回收系统、氦气回收净化系统。
（1）甲板加减舱系统。主要由潜水员生活居住的舱室、一个中转的舱室、以及逃生的通道和供潜水人员逃生的救生舱、以及进行常压居住时的生活空间、连接的通道。
（2）生命支持系统。生命支持系统是指为了监控、保证整个潜水系统中人员的生命安全和健康指數所设置的各种系统，比如：供氧系统、卫生系统和呼吸系统。
（3）潜水钟释放回收系统。该系统是为了进行潜水钟的下潜上浮作业而设立的辅助设备，它类似于水下的“电梯”，通过船上装置释放潜水钟主绞车下水，再配备有液压滑车、潜水钟导架等保证潜水钟的安全释放和回收。
潜水钟的释放回收：潜水员在不执行潜水任务时待在缓冲仓中，缓冲仓可以保持和潜水作业水域同样大小的压力，减少潜水员多次增减压对身体造成的危害。当需要作业时，潜水员从缓冲仓直接进入潜水钟，然后关闭潜水钟的舱门，通过潜水钟吊放系统直接把潜水员送至作业水底。工作一定时间后，潜水员再通过潜水钟返回船上休息，通过同样的方式再输送一批潜水员下潜工作，周而复始，直到水下作业结束。
氦氧饱和潜水是我们目前能够让人员在深水进行复杂作业的最合适潜水系统。它不仅能够满足深潜水需求，并且还能够长时间地进行水下工作，不需要频繁地进行上船减压，进一步减小了增减压对潜水员的危害，它还可以满足常压潜水装具所不具备的使用人手进行精巧性工作。
4.4 常压潜水的使用
常压潜水装具是近年来广泛应用于水下大深度潜水。它是利用船体作为潜水平台，架设水面控制室、吊放系统、水下中继器等，常压潜水装具利用中性缆与中继器连接，通过常压潜水系统（ADS）进而与水面控制室进行联系。常压潜水装具属于重型深潜装具，下水之后可以接近0阻力，能够较好地抵抗水下水流的阻力。但是工作的工具是各种机械手，比如：爪式夹持器、水下灵巧手、液压工具等。
同样作为大深度潜水，常压潜水装具的优势在于：
（1）常压装具比较重，可以有效抵挡水下的暗流，减少潜水人员的水下作业难度。
（2）遇到紧急水下救援，常压潜水装具可以实现快速下潜，长时间作业，对环境的适应能力更强。而氦氧饱和潜水则需要多名潜水员在加压仓进行加压、适应水下压力之后才可以进行潜水操作，并且，需要多名潜水员交替工作。
4.5 水下照明
引进半导体（LED）水下照明，便于在水下能见度差的水域开展水下作业。LED作为第四代新型高效固体光源，由半导体材料进行固体封装后电致发光。目前在生活中基本取代传统光源，在水下探测设备中也在逐步推广。由于其在水下能够发出较传统照明更强的穿透力光，方便获得更好的照明效果。
4.6 队伍建设
促进潜水人员队伍建设，加快高级潜水人员培养。潜水员能否潜入三峡库区湍急、浑浊的水流中，是确保救援成功的关键。因此，在大力增配新设备、研发新技术的同时，还要注重对潜水员队伍、尤其是高级潜水员的潜水能力培养，使其能适合新技术、新设备的要求。
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