淺談長河段內(nèi)河航道水深測(cè)量技術(shù)要點(diǎn)

吳泳

摘 要：結(jié)合A航道的水深測(cè)量實(shí)施過程，淺談長河段內(nèi)河航道水深測(cè)量的技術(shù)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：內(nèi)河航道 長河段 水深測(cè)量 技術(shù)要點(diǎn)

航道測(cè)量一般包含控制測(cè)量、地形測(cè)量、水深測(cè)量等工作內(nèi)容；其中水深測(cè)量尤為關(guān)鍵，是航道測(cè)量的中心環(huán)節(jié)，其質(zhì)量的高低直接決定航道圖質(zhì)量的優(yōu)劣。與水深測(cè)量相關(guān)的概念較多：水位控制、水尺、水位觀測(cè)記錄、動(dòng)吃水、深度基準(zhǔn)面、水位（潮位）改正、深度基準(zhǔn)面換算等，從業(yè)人員容易混淆而不得要領(lǐng)，在內(nèi)外業(yè)過程中往往會(huì)因此而導(dǎo)致工作失誤。本文結(jié)合A航道的水深測(cè)量實(shí)施過程，淺談長河段內(nèi)河航道水深測(cè)量的技術(shù)要點(diǎn)。

1.概況

A航道位于珠三角區(qū)域，航道里程約24km，屬內(nèi)河航道，主航道水深約為4.0米至9米，受潮水影響較為明顯。本次測(cè)量為常規(guī)性測(cè)量，目的是為航道的日常維護(hù)及管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；測(cè)圖比例為1：2000，采用1980西安坐標(biāo)系統(tǒng)（中央子午線114度，3度分帶）及1985國家高程基準(zhǔn)；測(cè)量內(nèi)容包括：水深測(cè)量、沿岸地形測(cè)量、航標(biāo)等通航設(shè)施測(cè)量、與航道有關(guān)的建筑物測(cè)量等，本文單談其水深測(cè)量部分的工作內(nèi)容。在A航道水深測(cè)量中使用的主要測(cè)量儀器設(shè)備有：信標(biāo)機(jī)、單頻測(cè)深儀（集成測(cè)深軟件的一體機(jī)）、聲速剖面儀、鋼制檢查板等。

2.水深數(shù)據(jù)采集

水深數(shù)據(jù)采集在控制測(cè)量完成后與沿岸地形同步開展，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集前，一般先進(jìn)行的工作：水尺布設(shè)、測(cè)深計(jì)劃線布設(shè)、動(dòng)吃水測(cè)定、聲速測(cè)定、定位系統(tǒng)精度檢驗(yàn)、測(cè)深儀精度檢驗(yàn)等。

2.1水尺（水位站）布設(shè)

水尺為臨時(shí)水尺，用于水深數(shù)據(jù)采集時(shí)同步觀測(cè)記錄水位。水尺應(yīng)按《水運(yùn)工程測(cè)量規(guī)范》（以下稱《規(guī)范》）第7章的要求進(jìn)行布設(shè)。在實(shí)施A航道的水深測(cè)量中，我們按平均3km的密度布設(shè)了8條水尺，其位置是在前期踏勘時(shí)初步選定，在實(shí)施控制測(cè)量時(shí)計(jì)劃好主要水準(zhǔn)點(diǎn)和工作水準(zhǔn)點(diǎn)的問題，水尺零點(diǎn)以不低于圖根水準(zhǔn)測(cè)量的要求測(cè)定。

2.2測(cè)深計(jì)劃線設(shè)計(jì)

測(cè)深計(jì)劃線是水深數(shù)據(jù)采集時(shí)搭載測(cè)深設(shè)備的船舶計(jì)劃行走的路線，其是根據(jù)測(cè)圖比例，按《規(guī)范》第8章的要求在測(cè)深軟件中繪制。A航道的測(cè)圖比例為1：2000，按《規(guī)范》“圖上10mm”的要求，垂直于等深線（即垂直于水流方向）每20m布設(shè)一條主測(cè)深線，測(cè)深檢查線沿水流方向布設(shè)。

2.3定位系統(tǒng)精度檢驗(yàn)

在求得WGS84轉(zhuǎn)1980西安坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)后，將信標(biāo)機(jī)（或 GNSS）接收天線架設(shè)于測(cè)區(qū)內(nèi)已知點(diǎn)（一般為E級(jí)或以上的控制點(diǎn)）上進(jìn)行DGPS靜態(tài)數(shù)據(jù)采集，時(shí)間不少于1小時(shí)，采集頻率為每秒一組數(shù)據(jù)。采集完成后按《規(guī)范》附錄G的公式估算定位中誤差，須滿足《規(guī)范》表8.1.5的要求方可使用。

2.4動(dòng)吃水測(cè)定

動(dòng)吃水是指當(dāng)測(cè)量船以一定的航速進(jìn)行測(cè)量作業(yè)時(shí)，船體的下沉（上升）會(huì)使固定在船體上的測(cè)深儀換能器也跟著下沉（上升），如下沉（上升）值小于0.05m則可忽略不計(jì)。在A航道，我們采用《規(guī)范》附錄L.3的RTK定位法測(cè)定測(cè)深儀換能器動(dòng)吃水改正數(shù)，結(jié)果為3.8cm，所以不需要改正。

2.5聲速測(cè)定

眾所周知，測(cè)深儀是利用聲波反射原理測(cè)量水深的，而聲波的傳輸會(huì)受水體的溫度、渾濁度、含鹽度等因素影響，因此需在測(cè)區(qū)內(nèi)進(jìn)行聲速測(cè)定并設(shè)置。在A航道測(cè)量時(shí)，我們采用了聲速剖面儀進(jìn)行聲速測(cè)定，并將測(cè)定值在測(cè)深儀內(nèi)設(shè)置好。

2.6測(cè)深儀精度檢驗(yàn)

采用帶深度繩（可選有深度標(biāo)記的鋼絲繩）的鋼制檢查板，在測(cè)區(qū)內(nèi)選較深且水底較為平坦的地方（如碼頭港池）進(jìn)行測(cè)深儀精度檢驗(yàn)。按《規(guī)范》附錄J的要求進(jìn)行操作：測(cè)深儀設(shè)置好參數(shù)、調(diào)至正常測(cè)深狀態(tài)后，將檢查板沿?fù)Q能器下沉1m、2m……，對(duì)比下沉深度與測(cè)深儀顯示深度。

2.7 水位觀測(cè)記錄

在水深數(shù)據(jù)采集正式開始前10分鐘開始、結(jié)束10分鐘后結(jié)束，水位數(shù)據(jù)精確至厘米。在A航道水深測(cè)量時(shí)，為保證水位數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，減少返工，采用雙站觀測(cè)方案，即距離作業(yè)地點(diǎn)最近的兩把水尺同時(shí)觀測(cè)記錄水位。水位觀測(cè)記錄的要求見《規(guī)范》7.2章節(jié)。

2.8水深數(shù)據(jù)采集過程

在完成上述工作并確認(rèn)符合《規(guī)范》的要求后，可進(jìn)入數(shù)據(jù)采集。搭載定位系統(tǒng)及測(cè)深系統(tǒng)的測(cè)量船舶應(yīng)沿計(jì)劃主測(cè)線勻速行進(jìn)，速度不宜過快，實(shí)際測(cè)線偏離計(jì)劃主測(cè)線超圖上距離5mm應(yīng)補(bǔ)測(cè)；測(cè)深定位點(diǎn)間距從《規(guī)范》表8.3.1的要求。測(cè)深檢查線在變換水位站前進(jìn)行施測(cè)。岸邊、灘涂等淺水區(qū)域，采用“信標(biāo)機(jī)（GNSS系統(tǒng)）+測(cè)深桿”作業(yè)；橋底、樹木遮擋嚴(yán)重等信標(biāo)機(jī)（GNSS系統(tǒng)）無法正常工作區(qū)域，采用“全站儀+測(cè)深儀”作業(yè)。

3.深度基準(zhǔn)面的復(fù)核及確定

深度基準(zhǔn)面是航道圖水深的起算基面，能否合理取值，直接影響航道圖的可讀性，關(guān)系圖載水深的合理性。在內(nèi)河航道中，深度基準(zhǔn)面采用航行基準(zhǔn)面；按通常的做法，航行基準(zhǔn)面一般采用航道的設(shè)計(jì)最低通航水位，該水位多與航道等級(jí)及維護(hù)尺度時(shí)一并確定；但河床的情況并非一成不變，隨著人類活動(dòng)、自然等因素的影響，早年確定的設(shè)計(jì)最低通航水位可能會(huì)與現(xiàn)時(shí)的實(shí)際狀況不符。因此，在航道測(cè)量過程中因?qū)υ捎玫脑O(shè)計(jì)最低通航水位進(jìn)行簡單的復(fù)核，常用的復(fù)核方法：①收集相連航道最新的設(shè)計(jì)最低通航水位，與測(cè)區(qū)原采用的設(shè)計(jì)最低通航水位對(duì)比；②水深數(shù)據(jù)采集時(shí)水位觀測(cè)記錄與設(shè)計(jì)最低通航水位對(duì)比；③通過一個(gè)完整高低潮歷程的水面比降聯(lián)合觀測(cè)，計(jì)算河流的水面比降，與原設(shè)計(jì)最低通航水位對(duì)比。上述的復(fù)核方法中，前兩者主要用于復(fù)核整條（段）航道設(shè)計(jì)最低通航水位，后者主要用于復(fù)核分段比降采用是否合理。

4.內(nèi)業(yè)處理

水深測(cè)量內(nèi)業(yè)所涉及的工作內(nèi)容較多，本文只談水位改正及基準(zhǔn)面換算部分。

4.1水位改正

水深數(shù)據(jù)采集完成后，在測(cè)深軟件內(nèi)按《規(guī)范》的要求進(jìn)行取樣、剔除假水深，即可進(jìn)行水位改正。A航道水深測(cè)量時(shí)，每測(cè)段水深數(shù)據(jù)采集均采用了距離作業(yè)地點(diǎn)最近的兩把水尺同時(shí)觀測(cè)記錄水位；因此，每測(cè)段的水位都是按照“單站+聯(lián)合水位+單站”的方案進(jìn)行改正，具體方法：各臨時(shí)水尺的上下游各1公里的區(qū)域內(nèi)用該水尺的水位觀測(cè)值對(duì)瞬時(shí)水深數(shù)據(jù)進(jìn)行單站改正。兩把水尺之間（除了單站改正區(qū)）的中間區(qū)域則用兩水尺水位觀測(cè)值的平均值對(duì)水深數(shù)據(jù)進(jìn)行改正。該方法省去水位曲線圖繪制、水位改正數(shù)量取等工作步驟，操作簡便；與《規(guī)范》的方法對(duì)比，實(shí)際改正后誤差較??；但在實(shí)施過程中，臨時(shí)水尺的間距不宜過大。

4.2基準(zhǔn)面換算

圖載水深是以深度基準(zhǔn)面（設(shè)計(jì)最低通航水位）起算，高為負(fù)值，低為正值。在長河段航道中，基礎(chǔ)資料通常只是推算某特征位置的設(shè)計(jì)最低通航水位，如航道的起點(diǎn)、訖點(diǎn)。除特征位置外，其余的位置需自行推算并換算。在A航道水深測(cè)量中，其基礎(chǔ)資料只有起訖點(diǎn)的設(shè)計(jì)最低通航水位，起點(diǎn)為-0.86m，訖點(diǎn)為-0.21m，比降為0.65m/24km，約2.708cm/km。圖上水深點(diǎn)標(biāo)示精度為分米，按改正偏差不超0.05m（即航道里程不超1.846km）去劃分改正段可滿足要求。為便于計(jì)算，24km的A航道按1.5km劃分為16個(gè)改正段，深度基準(zhǔn)面取值：靠近起點(diǎn)段≈-0.86+0.75×2.708÷100≈-0 . 8 4 m，靠近訖點(diǎn)段≈- 0 . 2 1 -0.75×2.708÷100≈-0.23m，其余段（起點(diǎn)往訖點(diǎn)推）≈上一段的值+1.5×2.708÷100。

5.結(jié)束語

A航道水深測(cè)量外業(yè)數(shù)據(jù)采集采用的作業(yè)方法較為傳統(tǒng)，需多工種、多儀器設(shè)備相互配合作業(yè)，但其涉及的與長河段航道水深測(cè)量相關(guān)的概念較為全面，具有一定的代表性。隨著GNSS系統(tǒng)、CORS系統(tǒng)、無人測(cè)量船等應(yīng)用的逐漸深入，水深測(cè)量逐漸向無驗(yàn)潮站、無船舶駕駛?cè)说姆较虬l(fā)展；可以預(yù)見，在相關(guān)技術(shù)成熟后，水深測(cè)量將更加快捷、智能、高精度。

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