ARC-船的研发及应用

[] D.K.

河流、河口以及水库中的测量工作历来是耗时费力的事，然而由于ARC-船的诞生，使一切都发生了改变。由瓦林福德水力研究机构国际环境水力学专家研制的ARC-船，是一种遥控船，可以用来收集河流、河口和水库中的相关数据，比如流速、水深和悬移质泥沙浓度等。该船在国际上已经得到较为广泛的使用，用户包括英国环境署、加拿大的水调查局以及新西兰的水和大气研究所(NIWA)等监管机构。

1 满足使用者的需求

为了满足英国环境署的需求，瓦林福德水力研究机构于2011年开始研制ARC-船。与以前的工艺相比，要求该船在性能、可靠性和易用性等方面应有所提高。为此，这两个组织共同合作以保证所研制的船能够满足使用者的要求。

造船工程师设计的ARC-船为V形船体，可以达到最佳的操纵灵敏性以及最小的空气夹带量，以确保收集到的数据具有效高的质量。该船可以配备GPS，而且配置了开放式基底的密封支架，这样，可以在其上装设各种仪器，包括声学多普勒水流剖面仪，浅底地层剖面仪以及回声测深器等。该船还可以携带多参数探测系统，以进一步扩大其应用范围。

船的长度约为2 m，船头可以快速地被拆下，以使其长度减少到1.2 m。这样可以将船分成2个部分来运输，且只需使用一辆中等长度的车就能拖运，省去了拖车或专用车辆。

在船的上层甲板上安装有扶手，这样即使是在最困难的地方，也能使船上的一些配置很安全；另外，该船还具有独立控制螺旋桨和双舵，即使是在最恶劣的条件下，也可以提供卓越的操作灵敏性。该船采用的是工业标准的遥控设备，控制范围可达200 m，借助于蓝牙将数据传到陆地上的笔记本电脑。

2 操作优势

ARC-船在经过严格的测试(包括在北威尔士的巴拉国家白浪漂流中心进行漂流测试以后，于2012年正式下水投入使用。环境署首批定制了17艘，ARC-船随后被环境署授予优秀项目奖。由于ARC-船已证明了其自身在操作中的价值，环境署的船队所需要的船数量在不断增加，因此现在在英格兰和威尔士每一个区域办事处中，至少会使用一条ARC-船。

ARC-船提供了真正的运行效率，环境署的水文测量和遥感勘测队技术顾问尼克埃弗拉解释道，该船的装置和操作非常容易，因此利用它可以在更短的时间内测量更多的地点。在ARC-船发明之前，需要四五个人在一整天的时间里来测量一个地点，而现在只需要2个人在1d时间里最多可以完成6个地点的测量工作。

由于ARC-船可以只需要一个人操作，一旦它进入水中，一个人便能独立完成一项测量任务，多出的一个人可以开展其他工作。这样一来，在原先需要借助于载人船和大型团队才能完成工作的地方，其生产率可以提高近10倍。

ARC-船也为环境署显著地节约了成本。因为该船几乎可以布置在河上的任何地方，测量人员现在可以选择能提供最好数据的地点，而不会局限于测量人员可以更方便达到或者是具有适当基础设施的地区。这种轻松的布置可以减少对昂贵的固定式索道系统的投资及维护费用，后者需通过在河面上牵引流量测量设备来为流量计量站收集标定数据。

与ARC-船不同的是索道被固定在一个地点。索道的修建和维护相对来说费用昂贵。大型索道的安装费用在5万～10万英镑之间，而且需要投入持续的维护费用。

从河边的安全方面来看，ARC-船的使用也有助于提高环境机构从业人员的安全性。为了开展测量工作，他们不再需要到河里或是穿过桥梁及其他潜在的危险地段。

3 防洪反应快速

2013年12月，英国各地的暴雨造成一些沿海建筑物较严重的损坏，其中包括赛德和林肯郡的防洪堤坝。环境保护机构向这两个地方派出了ARC-船来评估建筑设施的损坏程度，并迅速地提供评估资料，以便研究和采取补救措施。

在赛德，恶劣天气和汹涌的风暴造成150 a来最高浪潮记录，这对白金汉附近的封砂防洪堤造成了严重的损坏。由于冲刷作用，致使在建筑物中形成一个跨度达70～80 m的漏洞，从而导致大量的海水进入一个具有特殊科学价值的生物自然保护区，并对当地的工业生产和居民的生活造成了威胁。

由于安装了声学多普勒水流剖面仪，所以ARC-船能够通宵地开展测量工作，根据其测量和收集的数据，工作人员在现场即可绘制出漏洞的三维图。这使环境署能迅速行动，以有效地修复损坏部位。

在过去，这种类型的测绘工作一直是由一个团队在船上使用安装在杆上的仪器来完成的。在赛德和林肯郡这次水灾事故中，ARC-船的应用获得了巨大成功，它能够快速地进行测量并收集到高质量的数据，以便工作人员迅速采取行动来保护这些受灾地区。更重要的是，自从有了ARC-船，工作人员可以安全地待在陆地上。

4 库容及其淤积程度评估

ARC-船也可用于库区的测量工作。因为英国管理机构要求对水库及湖泊的评估已扩大到包括较小的水域，瓦林福德水力研究机构借助于ARC-船，能够快速、安全、经济地收集测探数据。

ARC-船都配备有一个声学多普勒水流剖面仪或者是回声测深仪，当船被引导穿过水面时，可以对库区河床进行扫描，对记录的数据进行分析以后，即可以得到准确的测量深度，还可以形成整个水体的三维图。在GIS或CAD中经过少量的三维后处理，即可以确定准确的水量。

除了可用于对较小水库的测量，对于较大的水库，也可以利用这个新技术的优点来辅助完成诸如创建泥沙淤积模型之类的工作。这种模型可以防止库容损耗，通过冲沙、开挖和疏浚等方式来延长水库的使用寿命。

同样，ARC-船可以用来进行水下水电站调查或者是抽取管道中的进水量来评估其淤积程度。这项工作极其重要，因为泥沙会严重损坏水轮机，或对冲刷管道的运行或者对供水管道从水库中抽水造成很大的影响。