远岸海洋疏浚工程实时潮位控制方法探索与实践

常琮 李宾宾

摘 要：随着航道疏浚工程逐渐向远岸方向发展，实时潮位控制的有效性逐渐成为影响施工质量的重要因素。论文结合营口港鲅鱼圈港区25万吨航道项目，探索应用GPS-RTK技术并结合该海域潮汐模型，建立出一套低成本实时潮位控制的技改方案，提高了施工潮位控制精度。

关键词：疏浚工程;潮位控制;技改方案

随着世界经济发展和船舶技术进步，集装箱船、原油船、干散货船等世界三大运输主船型均朝着大型化方向发展。另一方面，自然条件优越的海洋港址大部已被开发，同时船舶向大型化趋势发展也促使码头建设从有掩护水域向半开敞、开敞、深水水域发展，航道疏浚也向深水、长距离、远岸方向延伸，并由此带来一系列港区选址、设计、码头建设、疏浚工程技术的变化。

而随着疏浚工程向远岸和开阔海域发展，潮位控制误差逐渐成为影响工程施工精度的突出因素。如笔者在参建深水长航道——营口港鲅鱼圈港区25万吨级航道K8+000-K32+274段疏浚工程中，由于航道长超过24Km，且航道远端与港区内国家基本验潮站（原国家海洋局鲅鱼圈验潮站）直线距离30Km，施工区实际潮位与采自验潮站的播报潮位最大相差超过了0.6m，且随潮位变化呈现无规律偏差，对疏浚工程质量控制和施工效益产生巨大影响。为此，笔者利用GPS-RTK技术结合该海域潮汐模型对远岸疏浚实时潮位控制方法进行了一定的探索，并形成一套简易可行的施工潮位控制方法，取得了较好的实际成果。

一、工程建设情况

营口港鲅鱼圈港区位于辽东湾东海岸台子山下，地理坐标为北纬40°17′42″，东经122°06′00″，是营口港由河口港向深水港转型的重要发展区域。其中我公司承建的鲅鱼圈港区25万吨航道K8+000-K32+274段疏浚工程是对原有15万吨级航道的拓宽浚深，其中航道底宽从230m拓宽至280m，K8+000-K18+900段浚深至-22.0m（当地理论最低潮面，下同），K18+900至K32+274段浚深至-22.5m。工程设计超深0.5m，超宽3m，边坡1：5，总疏浚量3500余万方。

本工程自2009年6月15日开工至2011年7月30日工程通过验收止，我司相继投入世界第三大耙吸式挖泥船“汉姆318”，以及“万顷沙”、“浚海1”、“浚海2”、“赤湾”、“华源交通一号”、“海宇浚8”、“海宇浚6”、“捷盛2”等一批国内外先进耙吸式挖泥船参与到项目施工，完成疏浚工程量3500余万方，工程规模和施工强度均排在国内同类型项目前列。

二、必要性分析及理论依据

（一）必要性分析

本工程验收底标高以当地理论最低潮面为基准，疏浚质量要求控制在超深0.5m、超宽3m，疏浚区不得存在浅点。同时本工程施工区距鲅鱼圈验潮站平均距离达到20Km，最远端距离30Km，施工区潮时、潮差存在明显差异，工区实际潮位与验潮站播报潮位最大相差超过了0.6m，且不存在规律可循，这对工程施工特别是进入扫浅阶段的耙吸船施工效率、有效装载方和工程质量产生明显影响。因此解决施工潮位控制问题即是工程质量硬性要求也是施工企业迫切的效益追求。

（二）理论依据

自本工程在建设前期的论证阶段，建设单位已委托天津海事局海测大队建立起一套覆盖施工区域的海洋潮汐模型，并编制开发潮汐推算软件提供建设方使用。该软件的潮位推算的有效覆盖范围详见表1，中央经线123°E。

在该软件中，采用鲅鱼圈验潮站作为控制站，沿岸区域保持历史上采用的海图基准面不变，外海的基准面根据潮差的分布适当调整，使其与理论最低潮面相符合。通过天文潮加余水位订正法推算测区内任意时间、任意地点（x，y）的潮位精度可达到0.1m。

自工程开工以来，笔者选择多处不受施工扰动的原始海底进行不同时段、潮汐、气象条件下的实验性测量，经推算潮位改正后的海底标高最大差值小于0.2m（最大差值出现在恶劣天气状况下，余水位影响明显），从侧面映证该推算潮位稳定可靠。而本工程建设单位、监理单位、工程验收及海图编制单位均以该软件推算的理论最低潮面和潮位为基准，因此该潮位在本工程中具有实际的标准意义。

以此为基准利用GPS-RTK技术（实时动态定位）测得指定区域精确的高程变化曲线，与潮汐推算结果进行比对得出某一固定差，通过调整流动站天线高将GPS高程变化曲线归算至推算潮位即可得到具有指导意义的施工实时潮位。

三、系统构建

为保证三维定位的可靠性以及陆地高程与理论最低潮面的大致相关性，在实际应用中选取了分布合理的陆地已知控制点“望海北”、“北李屯”、“XG01”、“XG05”、“HY04”，建立RTK控制网并求得转换参数。

选择信号传输无遮挡且值守条件较好的鲅鱼圈海洋站楼顶架设RTK长期基站，并在耙吸船“万顷沙”架设RTK流动站组成RTK动态定位系统。同时为真实采集船舶施工期间疏浚土方装载而引起的吃水变化，以及减少船舶纵摇、横摇对高程的影响，选择将RTK接收机小盘安放在驾驶台顶的船艏尾中线和艏吃水传感器正上方位置。因“万顷沙”轮的DTPS（疏浚自动控制系统）非常复杂和精密，为不影响船舶系统稳定，以及考虑船舶艏吃水在施工阶段变化幅度和频率不高，笔者采用独立设置一套由计算机、GPS-RTK和测量导航软件HyPack组成的潮位控制系统，船艏吃水变化值通过人工输入亦可满足精度需要。

四、应用过程

（一）高程采集

为保证潮位改正精度和考虑施工效率，将K19+000至K32+274以3Km至4Km为一个工区划分为4段进行施工并采集高程值。在各施工段施工时由“万顷沙”驾驶台将船舶3至5天施工期的艏吃水值输入潮位系统，并同步记录艏吃水值、高程信息發回项目部进行内业比对。

（二）差值改正

通过各施工段3至5天的高程记录，经与潮位推算结果的比对得到各段的差值改正数，并通过调整流动站天线高将差值改正进系统，此时潮位系统即可显示该施工段的实时潮位信息。

在整个施工期间“万顷沙”继续采集实时潮位数据并发回项目部，以对所在施工段的潮位进行质量监控，确保实时潮位系统的稳定和精度要求。

（三）应用效果

通过以上建立的实时潮位系统极大的改善了远岸施工的潮位控制问题，为耙吸船定深扫浅、减少废方、提高施工效率和质量效果奠定了技术基础。以2011年4月20日在Kp28+000-Kp32+000段的施工记录为例，推算潮位与验潮站播报潮位最大差值达到0.58m，而通过技改后“万顷沙”接收到的实时潮位与推算潮位最大差值只有0.09m，施工潮位控制精度得到很大程度提高。

五、结语

随着现代海洋物流业的发展，港口建设向开阔水域、远岸方向延伸将成为一种趋势，远岸疏浚甚至远海工程中将不可避免的涉及工程潮位控制问题，而本次的实践结果和经验对同类型项目具有一定的借鉴意义。同时随着现代海洋测绘理论的进步以及社会经济发展，未来海域无缝垂直基准面的建立将打通大地测量系统与深度基准系统之间的转换关系，届时施工潮位控制将更为便利。

参考文献：

[1]季则舟，胡世津，海运船舶现状和发展趋势及对我国港口建设的影响.海工技术，2007

[2]王征，桑金，王骥.海洋潮位推算在水深测量中的应用.海洋测绘，2002

[3]暴景阳，许军. 海道测量水位控制的技术体系及标准更新.海洋测绘，2016