浅谈长河段内河航道水深测量技术要点

吴泳

摘 要：结合A航道的水深测量实施过程，浅谈长河段内河航道水深测量的技术要点。

关键词：内河航道 长河段 水深测量 技术要点

航道测量一般包含控制测量、地形测量、水深测量等工作内容；其中水深测量尤为关键，是航道测量的中心环节，其质量的高低直接决定航道图质量的优劣。与水深测量相关的概念较多：水位控制、水尺、水位观测记录、动吃水、深度基准面、水位（潮位）改正、深度基准面换算等，从业人员容易混淆而不得要领，在内外业过程中往往会因此而导致工作失误。本文结合A航道的水深测量实施过程，浅谈长河段内河航道水深测量的技术要点。

1.概况

A航道位于珠三角区域，航道里程约24km，属内河航道，主航道水深约为4.0米至9米，受潮水影响较为明显。本次测量为常规性测量，目的是为航道的日常维护及管理提供基础数据；测图比例为1：2000，采用1980西安坐标系统（中央子午线114度，3度分带）及1985国家高程基准；测量内容包括：水深测量、沿岸地形测量、航标等通航设施测量、与航道有关的建筑物测量等，本文单谈其水深测量部分的工作内容。在A航道水深测量中使用的主要测量仪器设备有：信标机、单频测深仪（集成测深软件的一体机）、声速剖面仪、钢制检查板等。

2.水深数据采集

水深数据采集在控制测量完成后与沿岸地形同步开展，在进行数据采集前，一般先进行的工作：水尺布设、测深计划线布设、动吃水测定、声速测定、定位系统精度检验、测深仪精度检验等。

2.1水尺（水位站）布设

水尺为临时水尺，用于水深数据采集时同步观测记录水位。水尺应按《水运工程测量规范》（以下称《规范》）第7章的要求进行布设。在实施A航道的水深测量中，我们按平均3km的密度布设了8条水尺，其位置是在前期踏勘时初步选定，在实施控制测量时计划好主要水准点和工作水准点的问题，水尺零点以不低于图根水准测量的要求测定。

2.2测深计划线设计

測深计划线是水深数据采集时搭载测深设备的船舶计划行走的路线，其是根据测图比例，按《规范》第8章的要求在测深软件中绘制。A航道的测图比例为1：2000，按《规范》“图上10mm”的要求，垂直于等深线（即垂直于水流方向）每20m布设一条主测深线，测深检查线沿水流方向布设。

2.3定位系统精度检验

在求得WGS84转1980西安坐标系的转换参数后，将信标机（或 GNSS）接收天线架设于测区内已知点（一般为E级或以上的控制点）上进行DGPS静态数据采集，时间不少于1小时，采集频率为每秒一组数据。采集完成后按《规范》附录G的公式估算定位中误差，须满足《规范》表8.1.5的要求方可使用。

2.4动吃水测定

动吃水是指当测量船以一定的航速进行测量作业时，船体的下沉（上升）会使固定在船体上的测深仪换能器也跟着下沉（上升），如下沉（上升）值小于0.05m则可忽略不计。在A航道，我们采用《规范》附录L.3的RTK定位法测定测深仪换能器动吃水改正数，结果为3.8cm，所以不需要改正。

2.5声速测定

众所周知，测深仪是利用声波反射原理测量水深的，而声波的传输会受水体的温度、浑浊度、含盐度等因素影响，因此需在测区内进行声速测定并设置。在A航道测量时，我们采用了声速剖面仪进行声速测定，并将测定值在测深仪内设置好。

2.6测深仪精度检验

采用带深度绳（可选有深度标记的钢丝绳）的钢制检查板，在测区内选较深且水底较为平坦的地方（如码头港池）进行测深仪精度检验。按《规范》附录J的要求进行操作：测深仪设置好参数、调至正常测深状态后，将检查板沿换能器下沉1m、2m……，对比下沉深度与测深仪显示深度。

2.7 水位观测记录

在水深数据采集正式开始前10分钟开始、结束10分钟后结束，水位数据精确至厘米。在A航道水深测量时，为保证水位数据的准确性，减少返工，采用双站观测方案，即距离作业地点最近的两把水尺同时观测记录水位。水位观测记录的要求见《规范》7.2章节。

2.8水深数据采集过程

在完成上述工作并确认符合《规范》的要求后，可进入数据采集。搭载定位系统及测深系统的测量船舶应沿计划主测线匀速行进，速度不宜过快，实际测线偏离计划主测线超图上距离5mm应补测；测深定位点间距从《规范》表8.3.1的要求。测深检查线在变换水位站前进行施测。岸边、滩涂等浅水区域，采用“信标机（GNSS系统）+测深杆”作业；桥底、树木遮挡严重等信标机（GNSS系统）无法正常工作区域，采用“全站仪+测深仪”作业。

3.深度基准面的复核及确定

深度基准面是航道图水深的起算基面，能否合理取值，直接影响航道图的可读性，关系图载水深的合理性。在内河航道中，深度基准面采用航行基准面；按通常的做法，航行基准面一般采用航道的设计最低通航水位，该水位多与航道等级及维护尺度时一并确定；但河床的情况并非一成不变，随着人类活动、自然等因素的影响，早年确定的设计最低通航水位可能会与现时的实际状况不符。因此，在航道测量过程中因对原采用的设计最低通航水位进行简单的复核，常用的复核方法：①收集相连航道最新的设计最低通航水位，与测区原采用的设计最低通航水位对比；②水深数据采集时水位观测记录与设计最低通航水位对比；③通过一个完整高低潮历程的水面比降联合观测，计算河流的水面比降，与原设计最低通航水位对比。上述的复核方法中，前两者主要用于复核整条（段）航道设计最低通航水位，后者主要用于复核分段比降采用是否合理。

4.内业处理

水深测量内业所涉及的工作内容较多，本文只谈水位改正及基准面换算部分。

4.1水位改正

水深数据采集完成后，在测深软件内按《规范》的要求进行取样、剔除假水深，即可进行水位改正。A航道水深测量时，每测段水深数据采集均采用了距离作业地点最近的两把水尺同时观测记录水位；因此，每测段的水位都是按照“单站+联合水位+单站”的方案进行改正，具体方法：各临时水尺的上下游各1公里的区域内用该水尺的水位观测值对瞬时水深数据进行单站改正。两把水尺之间（除了单站改正区）的中间区域则用两水尺水位观测值的平均值对水深数据进行改正。该方法省去水位曲线图绘制、水位改正数量取等工作步骤，操作简便；与《规范》的方法对比，实际改正后误差较小；但在实施过程中，临时水尺的间距不宜过大。

4.2基准面换算

图载水深是以深度基准面（设计最低通航水位）起算，高为负值，低为正值。在长河段航道中，基础资料通常只是推算某特征位置的设计最低通航水位，如航道的起点、讫点。除特征位置外，其余的位置需自行推算并换算。在A航道水深测量中，其基础资料只有起讫点的设计最低通航水位，起点为-0.86m，讫点为-0.21m，比降为0.65m/24km，约2.708cm/km。图上水深点标示精度为分米，按改正偏差不超0.05m（即航道里程不超1.846km）去划分改正段可满足要求。为便于计算，24km的A航道按1.5km划分为16个改正段，深度基准面取值：靠近起点段≈-0.86+0.75×2.708÷100≈-0 . 8 4 m，靠近讫点段≈- 0 . 2 1 -0.75×2.708÷100≈-0.23m，其余段（起点往讫点推）≈上一段的值+1.5×2.708÷100。

5.结束语

A航道水深测量外业数据采集采用的作业方法较为传统，需多工种、多仪器设备相互配合作业，但其涉及的与长河段航道水深测量相关的概念较为全面，具有一定的代表性。随着GNSS系统、CORS系统、无人测量船等应用的逐渐深入，水深测量逐渐向无验潮站、无船舶驾驶人的方向发展；可以预见，在相关技术成熟后，水深测量将更加快捷、智能、高精度。

参考文献：

[1]GB 50139-2014.内河通航标准[S].北京：中国计划出版社，2014.

[2]JTS 145-2015.港口与航道水文规范[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2015.

[3]JTS 131-2012.水运工程测量规范[S].北京：人民交通出版社，2012.