Sonic 2026多波束測(cè)深系統(tǒng)在小浪底水利樞紐的應(yīng)用

范少英　張冉　石亞龍

摘? 要：與傳統(tǒng)測(cè)設(shè)技術(shù)相比，多波束測(cè)深系統(tǒng)具有高精度、高分辨率的優(yōu)點(diǎn)。將Sonic 2026多波束測(cè)深系統(tǒng)應(yīng)用于小浪底水利樞紐近壩區(qū)的水下地形測(cè)量工作，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)覆蓋面寬、分辨率高，且能完成對(duì)垂直壁面的掃測(cè)工作;以進(jìn)水塔上孔洞的實(shí)際尺寸為基準(zhǔn)，測(cè)量誤差最大為0.33m。

關(guān)鍵詞：Sonic 2026;多波束測(cè)深系統(tǒng);小浪底水利樞紐

中圖分類號(hào)：P229 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）07-0177-03

Abstract： The multiple-beam system has advantages in more accuracy and higher resolution compared with traditional sounding technology. Sonic 2026 multiple-beam system is applied to the underwater terrain surveys of near dam region in Xiaolangdi Hydro Project. The result shows that， the multiple-beam system has features of wide covers and high resolution， and it is capable of doing the measurement of vertical walls. The maximum measuring error is 0.33m， compared with actual sizes of holes on the intake tower wall.

Keywords： Sonic 2026; multiple-beam system; Xiaolangdi Hydro Project

1 概述

多波束測(cè)深系統(tǒng)是一種高精度、高分辨率、高效率的一種水下地形測(cè)量新技術(shù)，將傳統(tǒng)測(cè)深技術(shù)從原來的點(diǎn)、線擴(kuò)展到面，具有覆蓋范圍大、精度高、速度快、記錄數(shù)字化、成圖自動(dòng)化的優(yōu)點(diǎn)[1-2]，在河道、水庫和海洋等水下探測(cè)和地形測(cè)繪等工作中發(fā)揮著重要作用。

Sonic系列多波束測(cè)深系統(tǒng)是美國(guó)R2SONIC公司研發(fā)的淺水多波束測(cè)深系統(tǒng)，其中的Sonic 2024多波束測(cè)深系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用廣泛，如碼頭測(cè)深[1]、港池航道測(cè)量[3]、河道地形測(cè)量[4]、靜態(tài)庫容測(cè)量[5]等，均取得了良好效果。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，硬件和軟件性能的提升，Sonic系列多波束系統(tǒng)不斷更新升級(jí)。新研制的Sonic 2026多波束測(cè)深系統(tǒng)與Sonic 2024相比，更能適應(yīng)渾水條件下的水下地形測(cè)量。文章將結(jié)合Sonic 2026多波束測(cè)深系統(tǒng)在小浪底水利樞紐進(jìn)水塔前水下地形測(cè)量中的實(shí)際應(yīng)用，介紹多波束測(cè)深系統(tǒng)的性能指標(biāo)和精確度。

2 多波束測(cè)深系統(tǒng)組成及技術(shù)參數(shù)

多波束測(cè)深系統(tǒng)包括三個(gè)主要部分：發(fā)射陣、接受陣和干端聲吶接口模塊，由用戶通過PC機(jī)或便攜式計(jì)算機(jī)的圖形用戶界面控制，設(shè)置聲吶參數(shù)，并通過應(yīng)用軟件采集并顯示深度、圖像和其他傳感器數(shù)據(jù)，其技術(shù)參數(shù)如表1所示。

3 水下地形測(cè)量的應(yīng)用

3.1 研究區(qū)域概況

小浪底水利樞紐位于黃河中游，上距三門峽水利樞紐130km，下距花園口水文站128km，控制流域面積69.4萬km2，占黃河流域面積的92.3%，控制黃河流域近100%的泥沙[6]。小浪底水庫總庫容126.5億m3，其中攔沙庫容75.5億m3，是一座集防洪、防凌、減淤、供水、灌溉和發(fā)電為一體的綜合性水利工程[7]。至2019年5月，小浪底干流呈三角洲淤積形態(tài)，三角洲頂點(diǎn)距壩10.32km。小浪底水利樞紐近壩區(qū)的水下淤積形態(tài)，直接關(guān)系到進(jìn)水塔閘門的啟閉運(yùn)用安全，對(duì)掌握壩前漏斗的形成過程，保持塔前“門前清”和延長(zhǎng)水庫使用壽命等具有重要的指導(dǎo)作用。目前小浪底水利樞紐漏斗區(qū)的水下地形監(jiān)測(cè)主要采用斷面法，設(shè)備主要為英國(guó)GeoSwath條帶測(cè)深儀和加拿大320B雙頻測(cè)深儀[8]。為更全面、直觀了解小浪底水利樞紐近壩區(qū)的泥沙沖淤形態(tài)，特采用Sonic 2026多波束測(cè)深系統(tǒng)進(jìn)行水下地形測(cè)量工作。

3.2 水下地形測(cè)量

測(cè)量過程中，將多波束測(cè)深系統(tǒng)的換能器通過連接架固定在測(cè)船左舷。由于測(cè)量區(qū)域主要為近壩區(qū)，因此測(cè)線布設(shè)為距壩最近的黃河漏斗區(qū)01斷面。在進(jìn)行測(cè)量作業(yè)時(shí)所用主要設(shè)備如表2所示。完成測(cè)量水上作業(yè)后，對(duì)掃測(cè)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、聲速剖面校正、潮汐改成、線模式編輯等一系列處理，處理后的數(shù)據(jù)以三維點(diǎn)云圖的形式在Blue view軟件上進(jìn)行展示（見圖1）。

3.3 測(cè)量結(jié)果分析

經(jīng)過對(duì)掃測(cè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的分析，Sonic 2026多波束測(cè)深系統(tǒng)的單條測(cè)線掃測(cè)寬度達(dá)277.8m（見圖2），并可通過波束角的調(diào)整對(duì)該距離內(nèi)的垂直壁面進(jìn)行掃測(cè)。

在小浪底水利樞紐近壩區(qū)水下地形的三維點(diǎn)云圖中，進(jìn)水塔壁面上的孔洞邊緣清晰可見，塔前的水下地形呈明顯的漏斗狀，而壩前的泥沙淤積形態(tài)則基本呈平淤狀，與條帶測(cè)深儀測(cè)得的套繪圖（圖3）形態(tài)相符。為進(jìn)一步驗(yàn)證多波束測(cè)深系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，選取進(jìn)水塔上已知的孔洞寬度和所測(cè)寬度進(jìn)行比對(duì)（表3），誤差最大為0.33m。

4 結(jié)束語

（1）Sonic 2026多波束測(cè)深系統(tǒng)的單線掃測(cè)寬度達(dá)277.8m，具有覆蓋面寬、分辨率高的優(yōu)點(diǎn)，還可對(duì)垂直壁面進(jìn)行掃測(cè)，最后形成的三維點(diǎn)云圖能直觀展示水下建筑物和泥沙淤積形態(tài)。

（2）選取小浪底水利樞紐進(jìn)水塔上孔洞的實(shí)際尺寸與測(cè)深系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果做比對(duì)，測(cè)量誤差最大為0.33m。

（3）本次應(yīng)用條件下水庫水體含沙量較低，Sonic 2026多波束測(cè)深系統(tǒng)在更高含沙量條件下的應(yīng)用仍需進(jìn)一步測(cè)試和探索。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭軍，劉勝旋，關(guān)永賢，等.淺水多波束系統(tǒng)SONIC 2024在碼頭測(cè)深中的應(yīng)用[J].測(cè)繪工程，2016，25（07）：46-50+56.

[2]李玉海，陳蘭偉，韓明欽.Sonic 2024多波束水下地形掃測(cè)應(yīng)用實(shí)例[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（14）：62.

[3]劉海寶，劉拴龍.Sonic 2024多波束系統(tǒng)在港池航道測(cè)量中的應(yīng)用[J].港工技術(shù)，2017，54（03）：113-116.

[4]馬文喜，任寶學(xué)，張羽.R2Sonic2024多波束系統(tǒng)在河道地形測(cè)量中的應(yīng)用[J].東北水利水電，2016，34（03）：55-56.

[5]魏榮灝.Sonic 2024多波束測(cè)深系統(tǒng)在靜態(tài)庫容測(cè)量中的應(yīng)用[A].2016年度浙江省測(cè)繪與地理信息學(xué)會(huì)優(yōu)秀論文集[C].浙江省測(cè)繪與地理信息學(xué)會(huì)，2016：5.

[6]張帥，夏軍強(qiáng)，李濤.小浪底水庫汛期排沙比研究[J].人民黃河，2018，40（01）：7-11.

[7]王婷，王遠(yuǎn)見，曲少軍，等.小浪底水庫運(yùn)用以來庫區(qū)泥沙淤積分析[J].人民黃河，2018，40（12）：1-3+20.

[8]李珍，臺(tái)樹輝.條帶測(cè)深儀在小浪底泥沙淤積測(cè)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].人民長(zhǎng)江，2005（10）：44-45+63.