山區(qū)航道整治疏浚工程炸礁工后檢測方法研究

錢大林

摘 要：航道通航等級提升，最關(guān)鍵的條件為航線通航水域范圍內(nèi)水深達(dá)標(biāo)，山區(qū)航道區(qū)別于平原航道，山區(qū)航道水底多礁石，航道通航等級提升改造一項重要的工程即進(jìn)行炸礁，以達(dá)到對應(yīng)航道等級的目標(biāo)水深，進(jìn)而保證船舶的航行安全。山區(qū)航道疏浚工后檢測應(yīng)考慮地質(zhì)、水流和安全等多重因素，基于山區(qū)航道疏浚的特點(diǎn)，本文結(jié)合瀾滄江244界碑至臨滄港四級航道建設(shè)工程交工質(zhì)量檢測項目，主要研究山區(qū)河流航道整治工程炸礁疏浚效果的檢測方法，以期指導(dǎo)山區(qū)航道疏浚的工后交工檢測工作。

關(guān)鍵詞：山區(qū)航道;疏浚炸礁;單波束測深儀;側(cè)掃聲納

中圖分類號：U616 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

對于疏浚工程的工后水深檢測主要采有水深斷面的形式，目前用到的水深檢測方法有水坨法、側(cè)深桿法、單波束測深儀法、多波束測深儀法。山區(qū)航道疏浚對于淺點(diǎn)的處理存在炸礁工作，其工后效果的面狀整體普查傳統(tǒng)方法有硬式掃床法、軟式掃床法，隨著新技術(shù)的出現(xiàn)，側(cè)掃聲納和多波束測深儀亦可應(yīng)用于工后普查，快捷、直觀、高效。

1 山區(qū)河流航道的特點(diǎn)

我國大多數(shù)山區(qū)河流航道都具有水利運(yùn)動復(fù)雜、河床地形變化迅速、水位漲幅過快且下降也過快等特點(diǎn)，而且整個水文特征能夠歸納出普遍性與規(guī)律性[1]。例如，在洪水泛濫時期，山區(qū)河流的水流狀態(tài)非常紊亂而且水流湍急，很容易在整個水流過程中挾帶沙石最終形成淺灘。諸多研究發(fā)現(xiàn)，最容易形成淺灘的位置在比較寬廣河床的急彎處與礁石群聚集處，而這些也是對整個航道暢通造成主要影響的因素。因此，山區(qū)航道整治工程通常會針對淺灘進(jìn)行著手整治[2]。

2 山區(qū)航道疏浚工后水深斷面檢測

山區(qū)河流航道整治工程中，目前可用的檢測方法有水坨法、測深桿法、單波束測深儀法和多波束測深儀法等。

2.1 傳統(tǒng)檢測方法

水坨法、測深桿法作為較“原始”的人工水深檢測方法，常用于平原內(nèi)河河流平緩區(qū)域，施工、監(jiān)理單位在疏浚施工過程中進(jìn)行點(diǎn)水深核驗，存在較大的主觀性，結(jié)果的準(zhǔn)確性和檢測效率比較低?？紤]到山區(qū)航道多彎道，水流紊亂，流速湍急，安全因素同樣限制該類方法應(yīng)用于山區(qū)水深檢測。

2.2 現(xiàn)行檢測方法

測深儀檢測是當(dāng)前應(yīng)用比較多的方法，分為單波束測深儀和多波束測深儀。其結(jié)合GPS-RTK可以實現(xiàn)水下目標(biāo)點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)X、Y、Z的信息采集，通過后處理軟件繪制二維水深斷面圖和三維水深地形圖，效率高、成果直觀。

單波束測深儀采用換能器垂直向下發(fā)射短脈沖聲波，當(dāng)脈沖聲波遇到水底地質(zhì)時發(fā)生反射，被換能器接收。水深值通過聲波的傳播雙程時間和介質(zhì)的平均聲速確定。結(jié)合GPS提供的基準(zhǔn)位置信息，通過水深推算出對應(yīng)探測點(diǎn)的水底高程，即可以獲得該單點(diǎn)的平面位置和高程信息。單波束測深過程采用單點(diǎn)連續(xù)的測量方法，其測深數(shù)據(jù)分布特點(diǎn)是沿測線（航跡）的數(shù)據(jù)比較密集，而測線間數(shù)據(jù)則稀少。對于面狀地形的生成，往往采用測區(qū)密集跑線+后處理軟件的模式，在數(shù)據(jù)處理成圖過程中，采用數(shù)據(jù)網(wǎng)格內(nèi)插的方法來預(yù)測測線間數(shù)據(jù)空白區(qū)的水深變化情況和趨勢。

多波束測深系統(tǒng)集合了換能器基陣、姿態(tài)羅經(jīng)、水聲剖面儀、GPS定位定向儀等多種糾偏和定位設(shè)備，一次發(fā)射上百波束，面狀的形式進(jìn)行目標(biāo)點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)信息采集，為具有高效率、高精度和高分辨率的水下地形測量新技術(shù)。在高性能計算機(jī)、高分辨率顯示設(shè)備等高新技術(shù)的推動下，多波束測深技術(shù)在水下檢測各領(lǐng)域開始逐步得到應(yīng)用。

應(yīng)用于山區(qū)疏浚工后水深檢測的對比分析：多波束測深系統(tǒng)使用成本高、安裝和數(shù)據(jù)后處理復(fù)雜，由于桿件剛性固定，波束探頭入水較深，對檢測區(qū)域的安全水深有嚴(yán)苛要求，涉及到貴重設(shè)備使用安全。山區(qū)航道等級低，水深淺，且多淺灘淺礁，炸礁區(qū)域的多波束掃測更是難以實施。因此山區(qū)疏浚的工后檢測，特別是交工階段的水深斷面抽檢優(yōu)選單波束測深儀。

3 山區(qū)航道疏浚工后面狀效果檢測（工后面狀掃、測排查）

山區(qū)航道整治工程疏浚區(qū)域，特別是炸礁區(qū)域，加密的航線單點(diǎn)水深測量，測點(diǎn)總是不夠密集，難免存在小區(qū)域范圍的以點(diǎn)代面現(xiàn)象，炸礁礁石若存在漏點(diǎn)，將成為影響后期通行安全的要點(diǎn)。對于山區(qū)航道疏浚，工后交工水深斷面抽檢合格的基礎(chǔ)上，開展工后面狀效果或工后地貌檢測很有必要。

3.1 硬、軟式掃床法

硬式掃床，也稱為定深掃床，是在吃水淺的船舶下面懸掛活動板或硬質(zhì)活動桿，板（桿）的下端水平地伸到航道設(shè)計水深處，船舶順?biāo)餍旭?。一旦遇到障礙物高出航道設(shè)計水深時，就會與懸掛板（桿）碰撞，懸掛板（桿）發(fā)生擺動。從而發(fā)現(xiàn)未達(dá)到航道設(shè)計水深的障礙物位置。軟式掃床，也稱為拖底掃床，其掃具是一條鏈索，兩端分別固定在兩只小船上，拖帶著沿河底同步前進(jìn)，兩條小船保持一定的橫向距離。當(dāng)鏈索遇突出河床底部的障礙物時，兩只小船就被鏈索拉帶著自動靠近，從而可查明障礙物的位置[3]。不論是進(jìn)行硬式掃床還是軟式掃床，均應(yīng)配置兩艘測量船與一條檢查船，必要時還應(yīng)該增加人工摸潛作業(yè)，以確定障礙物性質(zhì)。

3.2 側(cè)掃聲納法

側(cè)掃聲納的工作原理是通過發(fā)射一系列波束，均勻覆蓋整個水底區(qū)域，當(dāng)波束遇到水底目標(biāo)時，波束被反射回拖魚，拖魚根據(jù)接收時間，結(jié)合GPS源數(shù)據(jù)，推算出探測點(diǎn)坐標(biāo)，形成具有點(diǎn)位信息的側(cè)掃影像圖，結(jié)合測量后處理軟件，判讀和標(biāo)示水下地物。側(cè)掃聲納作為新興推廣的水下檢測設(shè)備，操作便捷、快速、高效，結(jié)合GPS，能很好的應(yīng)用于水下地物搜尋和水下地貌的掃測。

目前國內(nèi)應(yīng)用較多的Klein3000側(cè)掃聲納主要參數(shù)見表1所示。工作原理和水下地貌掃測影像圖如圖3所示。

3.3 多波束測深儀法

多波束測深系統(tǒng)一次能發(fā)射上百波束，面狀的形式進(jìn)行目標(biāo)點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)信息采集，在高性能計算機(jī)、高分辨率顯示設(shè)備等高新技術(shù)的推動下，多波束測深儀可以很好的呈現(xiàn)三維水下地形圖，形象直觀，但是多波束測深系統(tǒng)對檢測區(qū)域的安全水深有嚴(yán)苛要求，山區(qū)航道一般通航等級較低，水深淺，且多淺灘淺礁，炸礁區(qū)域的多波束掃測難以實施。

應(yīng)用于山區(qū)疏浚工后面狀效果檢測的方法對比分析：硬、軟式掃床法為船載模式，船舶姿態(tài)的穩(wěn)定性，特別是船舶上下方向的搖擺，直接影響掃床結(jié)果，而影響船舶姿態(tài)的人為和環(huán)境影響因素均較多;側(cè)掃聲納法采用軟拖的模式進(jìn)行水下檢測，水下拖魚設(shè)置有穩(wěn)定導(dǎo)流尾翼，保證了水下姿態(tài)的穩(wěn)定性，受船舶姿態(tài)的變化影響較小，且側(cè)掃聲納組裝和拖曳方式簡單，作業(yè)安全、高效、快捷;多波束測深系統(tǒng)高精、直觀，但是作業(yè)相對復(fù)雜，對船體需進(jìn)行改造，對作業(yè)區(qū)域水下提交要求高，山區(qū)航道疏浚工程檢測的使用成本和風(fēng)險成本均較高。綜上所述，山區(qū)疏浚工后面狀效果檢測優(yōu)選側(cè)掃聲納法，其次硬、軟式掃床法和多波束測深儀法。

4 結(jié)語

山區(qū)航道整治疏浚工程炸礁工后檢測，也是交工驗收檢測不僅需要進(jìn)行水深斷面的抽檢，考慮礁石漏點(diǎn)，仍需開展工后面狀掃、測排查。山區(qū)航道等級低，水深淺，且多淺灘淺礁，結(jié)合瀾滄江244界碑至臨滄港四級航道建設(shè)工程交工質(zhì)量檢測項目，經(jīng)研究分析得出，山區(qū)航道疏浚工后水深斷面檢測優(yōu)選單波束測深儀法，工后面狀效果檢測（工后面狀掃、測排查）優(yōu)選側(cè)掃聲納法，即采用單波束測深儀+側(cè)掃聲納的組合方法開展山區(qū)航道整治疏浚工程炸礁工后檢測。

參考文獻(xiàn)：

[1]余衛(wèi)鋒，肖烈兵.安慶石門湖航道整治工程研究[J].中國水運(yùn)，2010，32（04）：32-33.

[2]李昕.內(nèi)河航道船舶定線制條件下的航標(biāo)配布探討[J].水運(yùn)工程，2010，35（03）：103-107.

[3]中華人民共和國交通部.基技字[1995]16號 航道測量工程定額[S].上海：交通部疏浚工程定額站，1995.