山區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，最關鍵的條件為航線通航水域范圍內水深達標，山區航道區別于平原航道，山區航道水底多礁石，航道通航等級提升改造一項重要的工程即進行炸礁，以達到對應航道等級的目標水深，進而保證船舶的航行安全。山區航道疏浚工后檢測應考慮地質、水流和安全等多重因素，基于山區航道疏浚的特點，本文結合瀾滄江244界碑至臨滄港四級航道建設工程交工質量檢測項目，主要研究山區河流航道整治工程炸礁疏浚效果的檢測方法，以期指導山區航道疏浚的工后交工檢測工作。

關鍵詞：山區航道;疏浚炸礁;單波束測深儀;側掃聲納

中圖分類號：U616 文獻標識碼：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、側深桿法、單波束測深儀法、多波束測深儀法。山區航道疏浚對于淺點的處理存在炸礁工作，其工后效果的面狀整體普查傳統方法有硬式掃床法、軟式掃床法，隨著新技術的出現，側掃聲納和多波束測深儀亦可應用于工后普查，快捷、直觀、高效。

1 山區河流航道的特點

我國大多數山區河流航道都具有水利運動復雜、河床地形變化迅速、水位漲幅過快且下降也過快等特點，而且整個水文特征能夠歸納出普遍性與規律性[1]。例如，在洪水泛濫時期，山區河流的水流狀態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。諸多研究發現，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，山區航道整治工程通常會針對淺灘進行著手整治[2]。

2 山區航道疏浚工后水深斷面檢測

山區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，常用于平原內河河流平緩區域，施工、監理單位在疏浚施工過程中進行點水深核驗，存在較大的主觀性，結果的準確性和檢測效率比較低。考慮到山區航道多彎道，水流紊亂，流速湍急，安全因素同樣限制該類方法應用于山區水深檢測。

2.2 現行檢測方法

測深儀檢測是當前應用比較多的方法，分為單波束測深儀和多波束測深儀。其結合GPS-RTK可以實現水下目標點的三維數據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射短脈沖聲波，當脈沖聲波遇到水底地質時發生反射，被換能器接收。水深值通過聲波的傳播雙程時間和介質的平均聲速確定。結合GPS提供的基準位置信息，通過水深推算出對應探測點的水底高程，即可以獲得該單點的平面位置和高程信息。單波束測深過程采用單點連續的測量方法，其測深數據分布特點是沿測線（航跡）的數據比較密集，而測線間數據則稀少。對于面狀地形的生成，往往采用測區密集跑線+后處理軟件的模式，在數據處理成圖過程中，采用數據網格內插的方法來預測測線間數據空白區的水深變化情況和趨勢。

多波束測深系統集合了換能器基陣、姿態羅經、水聲剖面儀、GPS定位定向儀等多種糾偏和定位設備，一次發射上百波束，面狀的形式進行目標點的三維數據信息采集，為具有高效率、高精度和高分辨率的水下地形測量新技術。在高性能計算機、高分辨率顯示設備等高新技術的推動下，多波束測深技術在水下檢測各領域開始逐步得到應用。

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

3 山區航道疏浚工后面狀效果檢測（工后面狀掃、測排查）

山區航道整治工程疏浚區域，特別是炸礁區域，加密的航線單點水深測量，測點總是不夠密集，難免存在小區域范圍的以點代面現象，炸礁礁石若存在漏點，將成為影響后期通行安全的要點。對于山區航道疏浚，工后交工水深斷面抽檢合格的基礎上，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活動桿，板（桿）的下端水平地伸到航道設計水深處，船舶順水流行駛。一旦遇到障礙物高出航道設計水深時，就會與懸掛板（桿）碰撞，懸掛板（桿）發生擺動。從而發現未達到航道設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，兩條小船保持一定的橫向距離。當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]。不論是進行硬式掃床還是軟式掃床，均應配置兩艘測量船與一條檢查船，必要時還應該增加人工摸潛作業，以確定障礙物性質。

3.2 側掃聲納法

側掃聲納的工作原理是通過發射一系列波束，均勻覆蓋整個水底區域，當波束遇到水底目標時，波束被反射回拖魚，拖魚根據接收時間，結合GPS源數據，推算出探測點坐標，形成具有點位信息的側掃影像圖，結合測量后處理軟件，判讀和標示水下地物。側掃聲納作為新興推廣的水下檢測設備，操作便捷、快速、高效，結合GPS，能很好的應用于水下地物搜尋和水下地貌的掃測。

目前國內應用較多的Klein3000側掃聲納主要參數見表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

多波束測深系統一次能發射上百波束，面狀的形式進行目標點的三維數據信息采集，在高性能計算機、高分辨率顯示設備等高新技術的推動下，多波束測深儀可以很好的呈現三維水下地形圖，形象直觀，但是多波束測深系統對檢測區域的安全水深有嚴苛要求，山區航道一般通航等級較低，水深淺，且多淺灘淺礁，炸礁區域的多波束掃測難以實施。

應用于山區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，船舶姿態的穩定性，特別是船舶上下方向的搖擺，直接影響掃床結果，而影響船舶姿態的人為和環境影響因素均較多;側掃聲納法采用軟拖的模式進行水下檢測，水下拖魚設置有穩定導流尾翼，保證了水下姿態的穩定性，受船舶姿態的變化影響較小，且側掃聲納組裝和拖曳方式簡單，作業安全、高效、快捷;多波束測深系統高精、直觀，但是作業相對復雜，對船體需進行改造，對作業區域水下提交要求高，山區航道疏浚工程檢測的使用成本和風險成本均較高。綜上所述，山區疏浚工后面狀效果檢測優選側掃聲納法，其次硬、軟式掃床法和多波束測深儀法。

4 結語

山區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行水深斷面的抽檢，考慮礁石漏點，仍需開展工后面狀掃、測排查。山區航道等級低，水深淺，且多淺灘淺礁，結合瀾滄江244界碑至臨滄港四級航道建設工程交工質量檢測項目，經研究分析得出，山區航道疏浚工后水深斷面檢測優選單波束測深儀法，工后面狀效果檢測（工后面狀掃、測排查）優選側掃聲納法，即采用單波束測深儀+側掃聲納的組合方法開展山區航道整治疏浚工程炸礁工后檢測。

參考文獻：

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

[2]李昕.內河航道船舶定線制條件下的航標配布探討[J].水運工程，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.