航道疏浚中的浮泥现象对水深测量的影响分析

李道民，于海波

（中交水利水电建设有限公司，浙江 宁波 315200）

水深测量通常贯穿航道疏浚项目始终，在疏浚底质为淤泥的情况下，常出现不同厚度的浮泥。疏浚测量中因浮泥问题常常不能为疏浚船提供可靠的数据保障，并导致疏浚船不能依据具有时效性的水深数据进行施工，对疏浚效率与成本产生较大影响。本文就浙江省某航道疏浚测量中遇到的类似问题进行阐述，采用不同的测量技术和不同测量设备，对施工中的航道进行测量，探讨因浮泥问题影响航道的测量的解决办法。

1 航道疏浚测量的浮泥问题

浙江省某航道疏浚测量是在已有航道基础上进行疏浚，疏浚长度1km，宽度450m，本次疏浚过程测量采用多波束扫海测量，多波束仪器为NORBIT iWBMS，该仪器量程范围为0.2m-275m，工作频率 200KHz-400KHz。于X 月14 日进行首次水深测量，X 月19 日进行第二次疏浚测量。X 月23 日进行第三次疏浚测量，在第三次疏浚测量中发现水深较X 月19 日第二次测量水深浅1.5m 左右，三次测量过程中，疏浚船始终正常疏浚，理论上X月23 日第三次水深应较X 月19 日第二次测量水深较深，本次水深较第二次浅1.5m。

在排除了测量仪器操作、水位等可能错误后，推测可能为施工水域内存在浮泥层。为排除测量设备原因，于X 月25 日采用Sonic2024 多波束对该施工水域进行第四次扫测，扫测结果显示X 月25 日采用Sonic2024 多波束扫测水深与X 月19 日采用NORBIT 多波束扫测水深一致，但在时隔6 天过程中，疏浚船一直保持施工状态，理论上X 月25 日采用Sonic2024 多波束扫测水深应比采用NORBIT 多波束扫测水深较深，本次水深扫测数据与X 月19 日第二次测量扫测数据一致，亦可说明该施工水域确有浮泥现象。本例中采集该疏浚测量区域内三个点位作为比对数据，A 点坐标为X ****1787.3772，Y ****662.2000；B 点坐标为X ****1796.2672，Y ****657.8800；C 点坐标为X****1801.6572，Y ****662.7900，统计该三个点位上述四次多波束扫测水深数据如表1 所示。

表1 四次多波束扫测数据水深对比

通过本案例可知在航道疏浚测量中后期，对于疏浚底质为淤泥情况下，疏浚后期常出现不同厚度的浮泥，浮泥厚度约1～1.5m，由此导致了水深测量不能为疏浚作业提供时效性强且准确度高的数据，如何采集到浮泥层下方真实泥面数据成为关键问题。

2 浮泥层产生的原因分析

由数据分析可知自X 月23 日疏浚航道内存在浮泥层影响，推测浮泥厚度在1.5m 左右，虽与X月25 日Sonic2024 多波束扫测时间相隔48h，但因施工区疏浚船在此期间未停止作业，X 月25 日Sonic2024 多波束扫测航道内依然有至少1m 的浮泥。推测浮泥存在主要因为施工区范围较小且在航槽内，长时间有耙吸式挖泥船进行施工，耙吸船施工过程中，上层密度小的淤泥在耙刀的扰动下随涨潮潮流进入漕内，长时间的耙吸式挖泥施工作业提供了丰富的细颗粒泥沙来源；类似水漕疏浚区限制了细颗粒泥沙向海外扩散，不间断的疏浚工程和大型船舶航行阻止泥沙沉降。

3 浮泥层测量解决方法

浮泥层因包含丰富的细颗粒泥沙，本次测量采用的两种型号多波束工作频率最低为200kHz，因其频率相对较高，声波的穿透能力弱，不足以穿透浮泥层探测到海底面。双频测深仪同时具有低频波段与高频波段，低频波段最小可<10kHz，足可穿透浮泥。本案例采用ODOM ECHOTRAC MKIII 提供双频功能，高频波段100～1000kHz 可调节，低频波段3.5～50kHz 可调节，MKIII 可以一个高频和一个低频同时工作，也可以同时以两个高频或两个低频工作。测量过程中采用双频测深仪低频和高频同时作业，低频频率为33kHz，高频频率为200kHz。双频测深仪与多波束同船测量，部分测量结果对比见表2。本案例中X 月26 日MKIII 高频测量数据与同船同时测量的多波束数据一致，相比X 月23 日和X 月25 日测量数据较深，但与X 月19 日测量数据一致。自X 月25 日测量结束起疏浚船停止作业，即测量前12h 内测区无耙吸船耙刀扰动，测区内浮泥静置。

表2 四次多波束扫测数据水深对比

自X 月19 日到X 月25 日168h 内疏浚船未停止过作业，理论上X 月26 日测量水深相比X 月19日水深应较深，但X 月26 日MKIII 高频测量数据与同船同时测量的多波束数据成果与X 月19 日水深数据成果一致，可说明浮泥层现象依然明显。X月26 日MKIII 高频测量数据与同船同时测量的多波束数据相比X 月23 日和X 月25 日测量数据较深可说明测区内浮泥层静置后效果明显恢复到X 月19 日前水深状态，由此可知静置浮泥对施工中疏浚水深真实数据采集是有效的。

本案例中X 月26 日MKIII 低频测量成果较高频成果水深约深1.5m，说明低频声波穿过了浮泥层，具体是否穿透浮泥层到疏浚航道底面，单通过双频测深仪高低频数据对比无法得知。通过疏浚施工区内疏浚船继续停止作业静置测区浮泥，并于72h 后的X 月29 日，通过多波束扫海方式测量施工航道内水深，测量结果显示，X 月29 日多波束测量水深成果与X 月26 日MKIII 低频测量水深成果一致，由此表明X 月29 日疏浚区内浮泥层已沉淀至X 月26 日MKIII 低频测量水深状态。为验证X 月26 日MKIII 低频测量与X 月29 日多波束测量均穿透浮泥层，采用测深水砣对X 月26 日MKIII 低频测量成果和X 月29 日多波束测量成果进行对比，在X月29 日多波束测量期间，利用水砣对6 个点位进行实际测深比较，对比成果如表3 所示。

表3 三种测量数据水深对比

对比数据表明X 月26 日MKIII 低频测量成果和X 月29 日多波束测量成果与X 月29 日现场水砣实际点位水深数据基本吻合，由此可知，X 月26 日MKIII 低频测量和X 月29 日多波束测量均已穿透浮泥层探测至实际海底面。

4 浮泥层测量方法分析

高浓度悬砂海水经相关文献资料表明，此类水体密度介于1.02～1.26g/cm3，天津新港和连云港都采用容重来定义浮泥的界限，下限为1.03～1.05g/cm3，上限为1.25～1.30g/cm3，本次案例测量过程中对浮泥进行取样，水样化验结果显示水体密度与相关文献的浮泥定义数据吻合，符合浮泥特性[2]。

在适航深度等相关文献中表明，双频测深仪低频上界面所对应的浮泥水体密度介于1.255g/cm3左右，所测深度超过1.255g/cm3的浮泥层面值厚度都<20cm，低频回波界面与淤泥重度之间没有绝对关系，且浮泥重度呈垂线变化，所以低频声波可否穿透浮泥到达海底淤泥上表面，与低频频率无绝对关系，具体案例中需采用测深水砣对测区全局进行验证[3]。

5 结论

本文通过具体航道疏浚案例中出现的水深异常现象的研究，采用不同类型频率声波在不同时间进行测量互检，发现疏浚过程中水深变浅系航道不间断疏浚引起的浮泥影响。利用低频测深仪穿透力强的特点，可穿过浮泥层，通过水砣测深数据与双频测深仪的低频数据进行对比，可知，双频测深仪的低频声波在该航道泥沙浓度范围内已穿透浮泥层探测到海底面。可以采用具有低频声波的双频测深仪进行航道疏浚工程的过程测量，同时通过双频测深仪的高频数据与低频数据进而可得出浮泥层厚度。当浮泥浓度与案例差别较大且实际测量过程中低频声波测量数据与测深水砣数据成果有差异时，可通过停止作业静置浮泥，待浮泥层沉淀一定程度后再以水砣验证辅助低频声波测量的方法进行施测。航道疏浚的验收测量对水深测量的数据精度要求较高，建议采用静置浮泥至少24 h，在采用多波束测量水深的同时采用双频测深仪测量浮泥厚度。