長河段內(nèi)河航道水深測量技術(shù)手段探析

石江濱

（黑龍江省航道事務(wù)中心,黑龍江 哈爾濱 150026）

水深測量與航道地形測量、航道控制同屬于航道測量的基本構(gòu)成部分，而最終的測量結(jié)果將直接應(yīng)用于航道圖的制作當(dāng)中。與其他測量內(nèi)容相比較，水深測量的內(nèi)容較為復(fù)雜，且影響因素眾多，實際測量難度也相對較高，為保證水深測量的準(zhǔn)確性，就必須在準(zhǔn)確把握測量技術(shù)的基礎(chǔ)上，明確測量質(zhì)量控制要點，按照既定的操作流程開展規(guī)范測量。

1 水深數(shù)據(jù)采集

水深數(shù)據(jù)采集一般與沿岸地形測量工作同步進行。在開展測量之前，測量人員需要結(jié)合內(nèi)河航道的實際情況，合理布置水尺和測深規(guī)劃線，同時分析聲速和動吃水現(xiàn)象，并要調(diào)整定位系統(tǒng)和測深儀器的精度[1]。

圖1 測深設(shè)備構(gòu)成圖

1.1 水尺布置

水深測量中所使用的水尺屬于臨時水尺，其能夠?qū)λ粚崿F(xiàn)同步觀測與記錄。在長河段內(nèi)河航道中，一般按照每3km設(shè)置8條水尺的標(biāo)準(zhǔn)進行布設(shè)。水尺的布設(shè)位置并非隨機選擇，其一般是依據(jù)水深測量前的航道勘測數(shù)據(jù)進行科學(xué)分析后選擇的位置。同時，布置水尺時需要準(zhǔn)確把握各個基準(zhǔn)點，確保水尺零點位置與航道圖標(biāo)準(zhǔn)相匹配，否則最終的測量數(shù)據(jù)和結(jié)果將受到一定的影響。

1.2 規(guī)劃線布置

測深規(guī)劃線指的是測量水深時所使用儀器設(shè)備的航行規(guī)劃線路。以1∶2 000比例的航道圖制作標(biāo)準(zhǔn)為例，在測深環(huán)節(jié)中需要以20m為間隔距離布置測深線，而每條測深線均需要搭配一條規(guī)劃線。考慮到測量效率問題，設(shè)備規(guī)劃線的布置需要結(jié)合測深線周圍的水流走向而決定，以保證提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和測量效率[2]。

1.3 定位系統(tǒng)精度檢驗

航道水深測量工作所使用的定位系統(tǒng)為GPS系統(tǒng)，確定坐標(biāo)后需要依據(jù)1980國家坐標(biāo)系參數(shù)進行定位。前期階段需要使用信標(biāo)機完成靜態(tài)數(shù)據(jù)的采集工作，每組數(shù)據(jù)的采集時間間隔為1h，并需在1h的時間范圍內(nèi)采集3 600次數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集工作完成之后需要對定位數(shù)據(jù)誤差進行估算，不同標(biāo)準(zhǔn)比例尺的航道圖對于定位誤差有著不同的要求，超過1∶5 000比例尺航道圖的極限圖上誤差為1.5 mm，而低于1∶5 000比例尺航道圖的誤差為1.0 mm[3]。

1.4 動吃水測量

動吃水現(xiàn)象是水深測量中的一種常見現(xiàn)象，其主要是因為搭載測量儀器的船舶需要保持特定速度進行航行，而在船舶自身航行速度和水流速度等因素的影響之下，船體并非穩(wěn)定于水面，而是時刻處于下沉或者上升的一種狀態(tài)。在這種情況下，船舶上搭設(shè)的測深儀器也會出現(xiàn)下沉或者上升的情況。業(yè)內(nèi)對于動吃水現(xiàn)象所造成的影響有著明確的標(biāo)準(zhǔn)，即上升或者下沉值低于0.05m時可以忽略動吃水現(xiàn)象的影響。一般情況下，實際測量過程中會使用RTK定位法來對測深儀器的動吃水改正數(shù)進行測定，若最終的測定數(shù)值在0.05m之內(nèi)，即可無須進行調(diào)整，若超過這一數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)，則需要重新進行測量。

表1 規(guī)劃線布置標(biāo)準(zhǔn)

表2 定位系統(tǒng)精度標(biāo)準(zhǔn)

1.5 聲速測定

現(xiàn)階段水深測量所使用的測深儀器均是依靠聲波反射原理來實現(xiàn)測深目的，而聲波這一特殊介質(zhì)在傳輸過程中同樣會受到多種客觀因素的影響和干擾，包括水深、水含鹽量、水渾濁程度等。為確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，一般會在測深工作開始之前在特定水體內(nèi)部進行聲速測定。聲速測定所使用的儀器為剖面儀，確保聲速之后即可調(diào)整測深儀的相關(guān)參數(shù)。

圖2 回聲測深原理圖

1.6 測深儀精度調(diào)整

檢查測深儀精度前，首先需要檢測檢查板鋼繩的深度，依據(jù)操作標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)整測深儀器的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，確保測深儀器能保持良好的運行狀態(tài)。隨后將檢查板沿著換能器逐步下沉，對檢查板的實時下沉深度和測深儀器所顯示的深度進行對比，得到深度誤差之后，即可進行精度調(diào)整操作。

1.7 水位觀測和記錄

在水深測量工作中，水深數(shù)據(jù)需要精確至厘米級，實際測量過程中為了減少測量誤差，避免出現(xiàn)返工現(xiàn)象，一般提倡采取雙站觀測的測量方法，即在確定作業(yè)點之后，同時對周圍最近的兩處水尺位置進行水深測量[4]。

1.8 水深數(shù)據(jù)采集

從水深數(shù)據(jù)采集原理中可以看出，其主要通過定位系統(tǒng)和測深設(shè)備搭配使用來實現(xiàn)這一測量目標(biāo)。測量過程中，需要將測深儀器在標(biāo)準(zhǔn)位置按照既定速度進行推進。需要注意的是，推進過程中需要嚴格控制精度，確保實際測線與計劃測線之間維持一致，若二者之間的差距超過5mm，則需要給予一定的補測處理。此外，水深測量過程中若遇到水深較深的區(qū)域時，則需要依靠信標(biāo)機和測深桿進行輔助作業(yè)。若使用信標(biāo)機時遇到了橋梁、樹木等遮擋物干擾時，則意味著信標(biāo)機的精度將大幅度受到影響，這種情況下則需要進一步使用全站儀進行輔助測量。

2 深度基準(zhǔn)面復(fù)核與確定

深度基準(zhǔn)面主要用于計算航道圖水深，這也意味著深度基準(zhǔn)面的取值將影響到航道圖的數(shù)值計算結(jié)果。在航道水深測量作業(yè)當(dāng)中，常規(guī)方法是依據(jù)航行基準(zhǔn)面來對通航水位最低值進行計算，并在這一基礎(chǔ)上確定水位、航道等級以及維護標(biāo)準(zhǔn)。需要注意的是，河床情況并非固態(tài)化，而是會持續(xù)受到人為因素和環(huán)境因素的影響，這也意味著早期階段確定的通航水位最低值無法滿足實時需求，故需要定期對航道的深度基準(zhǔn)面進行復(fù)核。在開展航道深度基準(zhǔn)面復(fù)核工作時，需要對相連航道的最新通航水位最低值進行收集，將其與目標(biāo)航道原有的水位最低值進行對比分析。同時，還需要對目標(biāo)航道的水位觀測記錄進行分析。最后，需要綜合分析航道高低潮水面的比降情況，計算整個航道水面的比降數(shù)據(jù)，最終對比原有設(shè)計的通航水位最低值[5]。

3 水位改正

水深數(shù)據(jù)采集完成之后，需要使用特定的測深軟件進行取樣處理和假水深清除處理，從而實現(xiàn)對水位的更正。對于長河段內(nèi)河航道而言，由于其需要采集兩個水尺的水位記錄，故實際更正水位數(shù)據(jù)時，需要考慮單站水位和聯(lián)合水位的綜合結(jié)果，并在每個水尺上下游1km左右的位置對水尺水位觀測值進行統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果可以用于單站水位數(shù)據(jù)的更正使用。水尺與水尺中間的位置則需要結(jié)合上下游兩個水尺之間的水位平均值來更正水深數(shù)據(jù)。這種水位更正方式的效果較好，成本較低，且無須制作水位曲線圖，操作便捷性強。但同時，這種方式由于依賴臨時水尺進行水位更正，故對水尺間距有著明確的要求，一旦水尺間距過大，則意味著水位更正效果也將受到影響。

4 水深測量質(zhì)量控制要點

4.1 控制系統(tǒng)和儀器誤差

水深測量所使用的儀器、系統(tǒng)均需要經(jīng)過計量部門檢定合格，并在確保精度達標(biāo)的基礎(chǔ)上才能進行使用。為了確保RTK的定位精度，測量區(qū)域周圍需要包含三個以上的高等級測量點，且測量區(qū)域必須包含在三個測量點的覆蓋范圍之內(nèi)。此外，基準(zhǔn)站和移動站的作業(yè)距離也需要嚴格控制，理論上不得超過5km。最后，為保證水位測量的可靠性，需要每日定時對比水深測量結(jié)果，并校驗測深儀。

4.2 測深桿的調(diào)整

水深測量實踐證明，當(dāng)測深儀的測深桿傾斜角度超過10°時，測量結(jié)果將受到明顯的影響，故實際測量中需要確保測深桿保持垂直測量的狀態(tài)。測深桿的角度調(diào)整方式為垂球標(biāo)定法，即在測深桿底部設(shè)置一個垂球，當(dāng)垂球底部量取數(shù)值等同于測深桿與垂球之間的距離時，則說明測深桿屬于垂直狀態(tài)。

4.3 重視測深延遲效應(yīng)

測深延遲效應(yīng)一般常見于水位較深的地區(qū)，即測量結(jié)果在測量儀器中的反饋與實際測量進度之間存在滯后性的情況。目前水深測量所使用的儀器設(shè)備和系統(tǒng)均設(shè)置有實時改正的功能，但在實際測量過程中需要對測深延遲效應(yīng)進行調(diào)整和測試，分析測深延遲效應(yīng)在不同航速和深度下的具體表現(xiàn)，并在后續(xù)測深作業(yè)過程中嚴格控制船速，從而盡量減少測深延遲效應(yīng)的影響。

5 結(jié)語

綜合來看，長河段內(nèi)河航道水深測量工作具有明確的技術(shù)要求，測量單位需要依據(jù)航道特征，準(zhǔn)確把握技術(shù)要點和質(zhì)量控制要點，切實提高測量精準(zhǔn)度和效率。