珠海市横琴新区环岛西堤工程水下浮泥测量探讨

◎ 宋高伟 广东省水利电力勘测设计研究院

1.前言

珠海市横琴新区环岛西堤海堤位于珠海市横琴岛西南侧，属于磨刀门堤防工程。通过环岛西堤堤岸和环岛西路水闸的建设，结合磨刀门其余堤防段、十字门堤防、滨海东路水闸等防洪工程措施，形成封闭的防洪潮系统，保护横琴新区约21.02km²的面积。本工程设计防潮标准为100年一遇，海堤工程级别为1级。堤围防护对象为珠海市横琴国家级新区。此次建设环岛西堤大部分属于新建海堤，堤围主体经过大面积沼泽地及浅海海域，水下浮泥层存在较大不确定性，因此水下地形测量特别是浮泥层的测量对工程设计及施工尤为重要。

2.水下地形及浮泥层测量方法

水下地形测量中，浮泥层的测量有物理测量法和采样测量法两种。因采样测量法价格高昂，操作过程繁琐，实施工期长，采样测量法渐渐不再被使用，渐渐由物理测量法即采用双频测探仪进行现场测量成为主流。

水下地形测量主要包括定位和测深两大部分，在工程测量中，通常采用“GNSS-RTK+多普勒双频测深仪”模式进行。采用GNSS-RTK技术定位，获取水下地形点平面坐标和水面高程H1，采用数字测深仪获取水的深度值H2，水下地形点高程H由水面高程H1减去水的深度值H2获得。双频测深仪通过发射高低频组合脉冲信号，利用声波信号在水下反射时间差来测定水的深度值，水的深度为时间差乘与声波在水中的传播速度。在我院长期的实践过程中，通常只采用双频测深仪的高频测量数据，而低频数据仅作为参考对比使用。虽然理论上低频信号在较低密度的泥层中有较好的穿透能力，也正因为低频的穿透能力，使得在实际操作工程中，无法确定反射波是从地层的哪个界面返回，从而无法确认低频测量信号的准确性。因此，我们可以通过测量中适当的调整，利用低频信号的穿透能力所获得的较深的水的深度值与高频信号获得水的深度值进行同位对比来计算水下浮泥层概略厚度，从而为设计提供参考。

表1 测量数据记录表

高频频率通常选择200kHz左右，可测出水底地层表层高程；低频频率通常选择20～50kHz之间，可以测出水底地层浮泥层以下地层高程，通过高低频测量高程结果可计算水底地层表层浮泥层厚度，作为堤防工程设计的参考依据。

3.工程实践

在珠海市横琴新区综合开发项目环岛西堤堤岸及景观工程中，我们首次通过实践，采用多普勒双频测深仪通过高低频测量数据来获取水下浮泥层厚度，并采用刻度工具对测量结果进行验算。在本项目中，水域测量主要集中在三部分：环岛西堤起点（中海油油库码头）、终点（深井山头段）及西堤水闸进出口部分。在施测时，我们将低频频率设置为20kHz，以获取最大穿透能力。在对这三部分进行施测过程中，当测量船行至适当位置时，通过GNSSRTK+多普勒双频测深仪取得多组数据，见 “测量数据记录表”。同时使用测深校准板或棱镜杆等有刻度的工具，对测深数据进行检查校验，见“水下测量水深数据检查记录表”。通过检查记录表可以看到，多普勒测深仪测量水深数据稳定可靠，可供使用。

通过在这三部分的高低频测量数据对比发现，起点与终点段，高低频数据接近一致，说明海底未见明显浮泥层，该结果也与测杆实地探测结果相符。在这两段测量过程中，多次人工测量深度数据与多普勒双频测深仪高频水深数据一致，说明测深仪高频水深数据所测水深即为水面至水底泥层表面的深度，环岛西堤起点油库码头段与终点深井山头段均为砂石水底；在西堤水闸进口段，通过测量发现，低频水深数据比高频水深数据略高，怀疑水底有浮泥层。后经多次探测发现，该片水域底部有一层淤积水草层，非明显浮泥层。通过本次实践测量也佐证了多普勒双频测深仪低频脉冲并不能很好的体现水底实际浮泥层厚度，容易受水底其它物体的影响，从而影响测量结果。

4.结论及建议

通过在环岛西堤工程中的实践，我们发现，利用多普勒双频测深仪高低频信号的不同特征，可以实现对水底浮泥层或其他低密度淤积层的概略探测。

但由于浮泥层或者其他淤积层密度分布通常无规律，具有多样性多变性的特征，且低频声波信号对浮泥层或者其他淤积层穿透能力的不确定性，容易出现误探，所探测浮泥层或淤积层厚度绝对精度并不高，建议只能作为辅助数据供设计参考。

总结发现，在测量过程中，尽量将低频频率设置较低数值（建议20kHz），保持测量船低速匀速运行，可以获得更为准确的对比数据。