山区航道整治疏浚工程炸礁工后检测方法研究

钱大林

摘 要：航道通航等级提升，最关键的条件为航线通航水域范围内水深达标，山区航道区别于平原航道，山区航道水底多礁石，航道通航等级提升改造一项重要的工程即进行炸礁，以达到对应航道等级的目标水深，进而保证船舶的航行安全。山区航道疏浚工后检测应考虑地质、水流和安全等多重因素，基于山区航道疏浚的特点，本文结合澜沧江244界碑至临沧港四级航道建设工程交工质量检测项目，主要研究山区河流航道整治工程炸礁疏浚效果的检测方法，以期指导山区航道疏浚的工后交工检测工作。

关键词：山区航道;疏浚炸礁;单波束测深仪;侧扫声纳

中图分类号：U616 文献标识码：A

0 引言

对于疏浚工程的工后水深检测主要采有水深断面的形式，目前用到的水深检测方法有水坨法、侧深杆法、单波束测深仪法、多波束测深仪法。山区航道疏浚对于浅点的处理存在炸礁工作，其工后效果的面状整体普查传统方法有硬式扫床法、软式扫床法，随着新技术的出现，侧扫声纳和多波束测深仪亦可应用于工后普查，快捷、直观、高效。

1 山区河流航道的特点

我国大多数山区河流航道都具有水利运动复杂、河床地形变化迅速、水位涨幅过快且下降也过快等特点，而且整个水文特征能够归纳出普遍性与规律性[1]。例如，在洪水泛滥时期，山区河流的水流状态非常紊乱而且水流湍急，很容易在整个水流过程中挟带沙石最终形成浅滩。诸多研究发现，最容易形成浅滩的位置在比较宽广河床的急弯处与礁石群聚集处，而这些也是对整个航道畅通造成主要影响的因素。因此，山區航道整治工程通常会针对浅滩进行着手整治[2]。

2 山区航道疏浚工后水深断面检测

山区河流航道整治工程中，目前可用的检测方法有水坨法、测深杆法、单波束测深仪法和多波束测深仪法等。

2.1 传统检测方法

水坨法、测深杆法作为较“原始”的人工水深检测方法，常用于平原内河河流平缓区域，施工、监理单位在疏浚施工过程中进行点水深核验，存在较大的主观性，结果的准确性和检测效率比较低。考虑到山区航道多弯道，水流紊乱，流速湍急，安全因素同样限制该类方法应用于山区水深检测。

2.2 现行检测方法

测深仪检测是当前应用比较多的方法，分为单波束测深仪和多波束测深仪。其结合GPS-RTK可以实现水下目标点的三维数据X、Y、Z的信息采集，通过后处理软件绘制二维水深断面图和三维水深地形图，效率高、成果直观。

单波束测深仪采用换能器垂直向下发射短脉冲声波，当脉冲声波遇到水底地质时发生反射，被换能器接收。水深值通过声波的传播双程时间和介质的平均声速确定。结合GPS提供的基准位置信息，通过水深推算出对应探测点的水底高程，即可以获得该单点的平面位置和高程信息。单波束测深过程采用单点连续的测量方法，其测深数据分布特点是沿测线（航迹）的数据比较密集，而测线间数据则稀少。对于面状地形的生成，往往采用测区密集跑线+后处理软件的模式，在数据处理成图过程中，采用数据网格内插的方法来预测测线间数据空白区的水深变化情况和趋势。

多波束测深系统集合了换能器基阵、姿态罗经、水声剖面仪、GPS定位定向仪等多种纠偏和定位设备，一次发射上百波束，面状的形式进行目标点的三维数据信息采集，为具有高效率、高精度和高分辨率的水下地形测量新技术。在高性能计算机、高分辨率显示设备等高新技术的推动下，多波束测深技术在水下检测各领域开始逐步得到应用。

应用于山区疏浚工后水深检测的对比分析：多波束测深系统使用成本高、安装和数据后处理复杂，由于杆件刚性固定，波束探头入水较深，对检测区域的安全水深有严苛要求，涉及到贵重设备使用安全。山区航道等级低，水深浅，且多浅滩浅礁，炸礁区域的多波束扫测更是难以实施。因此山区疏浚的工后检测，特别是交工阶段的水深断面抽检优选单波束测深仪。

3 山区航道疏浚工后面状效果检测（工后面状扫、测排查）

山区航道整治工程疏浚区域，特别是炸礁区域，加密的航线单点水深测量，测点总是不够密集，难免存在小区域范围的以点代面现象，炸礁礁石若存在漏点，将成为影响后期通行安全的要点。对于山区航道疏浚，工后交工水深断面抽检合格的基础上，开展工后面状效果或工后地貌检测很有必要。

3.1 硬、软式扫床法

硬式扫床，也称为定深扫床，是在吃水浅的船舶下面悬挂活动板或硬质活动杆，板（杆）的下端水平地伸到航道设计水深处，船舶顺水流行驶。一旦遇到障碍物高出航道设计水深时，就会与悬挂板（杆）碰撞，悬挂板（杆）发生摆动。从而发现未达到航道设计水深的障碍物位置。软式扫床，也称为拖底扫床，其扫具是一条链索，两端分别固定在两只小船上，拖带着沿河底同步前进，两条小船保持一定的横向距离。当链索遇突出河床底部的障碍物时，两只小船就被链索拉带着自动靠近，从而可查明障碍物的位置[3]。不论是进行硬式扫床还是软式扫床，均应配置两艘测量船与一条检查船，必要时还应该增加人工摸潜作业，以确定障碍物性质。

3.2 侧扫声纳法

侧扫声纳的工作原理是通过发射一系列波束，均匀覆盖整个水底区域，当波束遇到水底目标时，波束被反射回拖鱼，拖鱼根据接收时间，结合GPS源数据，推算出探测点坐标，形成具有点位信息的侧扫影像图，结合测量后处理软件，判读和标示水下地物。侧扫声纳作为新兴推广的水下检测设备，操作便捷、快速、高效，结合GPS，能很好的应用于水下地物搜寻和水下地貌的扫测。

目前国内应用较多的Klein3000侧扫声纳主要参数见表1所示。工作原理和水下地貌扫测影像图如图3所示。

3.3 多波束测深仪法

多波束测深系统一次能发射上百波束，面状的形式进行目标点的三维数据信息采集，在高性能计算机、高分辨率显示设备等高新技术的推动下，多波束测深仪可以很好的呈现三维水下地形图，形象直观，但是多波束测深系统对检测区域的安全水深有严苛要求，山区航道一般通航等级较低，水深浅，且多浅滩浅礁，炸礁区域的多波束扫测难以实施。

应用于山区疏浚工后面状效果检测的方法对比分析：硬、软式扫床法为船载模式，船舶姿态的稳定性，特别是船舶上下方向的摇摆，直接影响扫床结果，而影响船舶姿态的人为和环境影响因素均较多;侧扫声纳法采用软拖的模式进行水下检测，水下拖鱼设置有稳定导流尾翼，保证了水下姿态的稳定性，受船舶姿态的变化影响较小，且侧扫声纳组装和拖曳方式简单，作业安全、高效、快捷;多波束测深系统高精、直观，但是作业相对复杂，对船体需进行改造，对作业区域水下提交要求高，山区航道疏浚工程检测的使用成本和风险成本均较高。综上所述，山区疏浚工后面状效果检测优选侧扫声纳法，其次硬、软式扫床法和多波束测深仪法。

4 结语

山区航道整治疏浚工程炸礁工后检测，也是交工验收检测不仅需要进行水深断面的抽检，考虑礁石漏点，仍需开展工后面状扫、测排查。山区航道等级低，水深浅，且多浅滩浅礁，结合澜沧江244界碑至临沧港四级航道建设工程交工质量检测项目，经研究分析得出，山区航道疏浚工后水深断面检测优选单波束测深仪法，工后面状效果检测（工后面状扫、测排查）优选侧扫声纳法，即采用单波束测深仪+侧扫声纳的组合方法开展山区航道整治疏浚工程炸礁工后检测。

参考文献：

[1]余卫锋，肖烈兵.安庆石门湖航道整治工程研究[J].中国水运，2010，32（04）：32-33.

[2]李昕.内河航道船舶定线制条件下的航标配布探讨[J].水运工程，2010，35（03）：103-107.

[3]中华人民共和国交通部.基技字[1995]16号 航道测量工程定额[S].上海：交通部疏浚工程定额站，1995.