淺談長河段內河航道水深測量技術要點

吳泳

摘 要：結合A航道的水深測量實施過程，淺談長河段內河航道水深測量的技術要點。

關鍵詞：內河航道 長河段 水深測量 技術要點

航道測量一般包含控制測量、地形測量、水深測量等工作內容；其中水深測量尤為關鍵，是航道測量的中心環節，其質量的高低直接決定航道圖質量的優劣。與水深測量相關的概念較多：水位控制、水尺、水位觀測記錄、動吃水、深度基準面、水位（潮位）改正、深度基準面換算等，從業人員容易混淆而不得要領，在內外業過程中往往會因此而導致工作失誤。本文結合A航道的水深測量實施過程，淺談長河段內河航道水深測量的技術要點。

1.概況

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

2.水深數據采集

水深數據采集在控制測量完成后與沿岸地形同步開展，在進行數據采集前，一般先進行的工作：水尺布設、測深計劃線布設、動吃水測定、聲速測定、定位系統精度檢驗、測深儀精度檢驗等。

2.1水尺（水位站）布設

水尺為臨時水尺，用于水深數據采集時同步觀測記錄水位。水尺應按《水運工程測量規范》（以下稱《規范》）第7章的要求進行布設。在實施A航道的水深測量中，我們按平均3km的密度布設了8條水尺，其位置是在前期踏勘時初步選定，在實施控制測量時計劃好主要水準點和工作水準點的問題，水尺零點以不低于圖根水準測量的要求測定。

2.2測深計劃線設計

測深計劃線是水深數據采集時搭載測深設備的船舶計劃行走的路線，其是根據測圖比例，按《規范》第8章的要求在測深軟件中繪制。A航道的測圖比例為1：2000，按《規范》“圖上10mm”的要求，垂直于等深線（即垂直于水流方向）每20m布設一條主測深線，測深檢查線沿水流方向布設。

2.3定位系統精度檢驗

在求得WGS84轉1980西安坐標系的轉換參數后，將信標機（或 GNSS）接收天線架設于測區內已知點（一般為E級或以上的控制點）上進行DGPS靜態數據采集，時間不少于1小時，采集頻率為每秒一組數據。采集完成后按《規范》附錄G的公式估算定位中誤差，須滿足《規范》表8.1.5的要求方可使用。

2.4動吃水測定

動吃水是指當測量船以一定的航速進行測量作業時，船體的下沉（上升）會使固定在船體上的測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。在A航道，我們采用《規范》附錄L.3的RTK定位法測定測深儀換能器動吃水改正數，結果為3.8cm，所以不需要改正。

2.5聲速測定

眾所周知，測深儀是利用聲波反射原理測量水深的，而聲波的傳輸會受水體的溫度、渾濁度、含鹽度等因素影響，因此需在測區內進行聲速測定并設置。在A航道測量時，我們采用了聲速剖面儀進行聲速測定，并將測定值在測深儀內設置好。

2.6測深儀精度檢驗

采用帶深度繩（可選有深度標記的鋼絲繩）的鋼制檢查板，在測區內選較深且水底較為平坦的地方（如碼頭港池）進行測深儀精度檢驗。按《規范》附錄J的要求進行操作：測深儀設置好參數、調至正常測深狀態后，將檢查板沿換能器下沉1m、2m……，對比下沉深度與測深儀顯示深度。

2.7 水位觀測記錄

在水深數據采集正式開始前10分鐘開始、結束10分鐘后結束，水位數據精確至厘米。在A航道水深測量時，為保證水位數據的準確性，減少返工，采用雙站觀測方案，即距離作業地點最近的兩把水尺同時觀測記錄水位。水位觀測記錄的要求見《規范》7.2章節。

2.8水深數據采集過程

在完成上述工作并確認符合《規范》的要求后，可進入數據采集。搭載定位系統及測深系統的測量船舶應沿計劃主測線勻速行進，速度不宜過快，實際測線偏離計劃主測線超圖上距離5mm應補測；測深定位點間距從《規范》表8.3.1的要求。測深檢查線在變換水位站前進行施測。岸邊、灘涂等淺水區域，采用“信標機（GNSS系統）+測深桿”作業；橋底、樹木遮擋嚴重等信標機（GNSS系統）無法正常工作區域，采用“全站儀+測深儀”作業。

3.深度基準面的復核及確定

深度基準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，關系圖載水深的合理性。在內河航道中，深度基準面采用航行基準面；按通常的做法，航行基準面一般采用航道的設計最低通航水位，該水位多與航道等級及維護尺度時一并確定；但河床的情況并非一成不變，隨著人類活動、自然等因素的影響，早年確定的設計最低通航水位可能會與現時的實際狀況不符。因此，在航道測量過程中因對原采用的設計最低通航水位進行簡單的復核，常用的復核方法：①收集相連航道最新的設計最低通航水位，與測區原采用的設計最低通航水位對比；②水深數據采集時水位觀測記錄與設計最低通航水位對比；③通過一個完整高低潮歷程的水面比降聯合觀測，計算河流的水面比降，與原設計最低通航水位對比。上述的復核方法中，前兩者主要用于復核整條（段）航道設計最低通航水位，后者主要用于復核分段比降采用是否合理。

4.內業處理

水深測量內業所涉及的工作內容較多，本文只談水位改正及基準面換算部分。

4.1水位改正

水深數據采集完成后，在測深軟件內按《規范》的要求進行取樣、剔除假水深，即可進行水位改正。A航道水深測量時，每測段水深數據采集均采用了距離作業地點最近的兩把水尺同時觀測記錄水位；因此，每測段的水位都是按照“單站+聯合水位+單站”的方案進行改正，具體方法：各臨時水尺的上下游各1公里的區域內用該水尺的水位觀測值對瞬時水深數據進行單站改正。兩把水尺之間（除了單站改正區）的中間區域則用兩水尺水位觀測值的平均值對水深數據進行改正。該方法省去水位曲線圖繪制、水位改正數量取等工作步驟，操作簡便；與《規范》的方法對比，實際改正后誤差較小；但在實施過程中，臨時水尺的間距不宜過大。

4.2基準面換算

圖載水深是以深度基準面（設計最低通航水位）起算，高為負值，低為正值。在長河段航道中，基礎資料通常只是推算某特征位置的設計最低通航水位，如航道的起點、訖點。除特征位置外，其余的位置需自行推算并換算。在A航道水深測量中，其基礎資料只有起訖點的設計最低通航水位，起點為-0.86m，訖點為-0.21m，比降為0.65m/24km，約2.708cm/km。圖上水深點標示精度為分米，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。為便于計算，24km的A航道按1.5km劃分為16個改正段，深度基準面取值：靠近起點段≈-0.86+0.75×2.708÷100≈-0 . 8 4 m，靠近訖點段≈- 0 . 2 1 -0.75×2.708÷100≈-0.23m，其余段（起點往訖點推）≈上一段的值+1.5×2.708÷100。

5.結束語

A航道水深測量外業數據采集采用的作業方法較為傳統，需多工種、多儀器設備相互配合作業，但其涉及的與長河段航道水深測量相關的概念較為全面，具有一定的代表性。隨著GNSS系統、CORS系統、無人測量船等應用的逐漸深入，水深測量逐漸向無驗潮站、無船舶駕駛人的方向發展；可以預見，在相關技術成熟后，水深測量將更加快捷、智能、高精度。

參考文獻：

[1]GB 50139-2014.內河通航標準[S].北京：中國計劃出版社，2014.

[2]JTS 145-2015.港口與航道水文規范[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2015.

[3]JTS 131-2012.水運工程測量規范[S].北京：人民交通出版社，2012.