摘 要：建設(shè)人工魚礁是恢復(fù)和養(yǎng)護(hù)近海漁業(yè)資源的重要措施。盡管中國沿海各地人工魚礁規(guī)模較大，但對于魚礁投放后的監(jiān)測明顯不足。本文分別利用高分辨率的多波束測深系統(tǒng)和側(cè)掃聲吶系統(tǒng)對人工魚礁區(qū)進(jìn)行測繪，獲取魚礁區(qū)詳細(xì)的測深和側(cè)掃數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)可以快速確定魚礁位置、形態(tài)，對兩種方法進(jìn)行了對比，分析了不同的適用條件，具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：人工魚礁；多波束聲吶；側(cè)掃聲吶；分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.05.159

海洋牧場是基于海洋生態(tài)學(xué)原理和現(xiàn)代海洋工程技術(shù)，充分利用自然生產(chǎn)力，在特定海域科學(xué)培育和管理漁業(yè)資源而形成的人工漁場[1]。一般調(diào)查常用潛水觀測、錄像等方式，效率較低，觀測效果較差，調(diào)查效果不夠理想。本次試驗(yàn)使用掃測范圍寬、分辨率高的多波束測深系統(tǒng)進(jìn)行測深，使用側(cè)掃聲吶對人工魚礁投放區(qū)進(jìn)行側(cè)掃，獲取了詳細(xì)的海底地形、地貌和底質(zhì)等信息，可以為人工魚礁的監(jiān)測及效果評估工作提供數(shù)據(jù)支持。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

本文以河北省近海某海洋牧場作為試驗(yàn)對象，投放的人工魚礁材料主要為巖石和混凝土礁，可以為海洋生物提供良好的棲息環(huán)境。為進(jìn)一步了解人工魚礁的分布狀況及人工魚礁區(qū)域的地形地貌特征，為人工魚礁建設(shè)的科學(xué)監(jiān)測與管理提供參考建議，本試驗(yàn)選取0.03km2的典型區(qū)域，進(jìn)行調(diào)查，利用多波束測深系統(tǒng)和側(cè)掃聲吶獲取人工魚礁信息。

2 數(shù)據(jù)采集與后處理

本試驗(yàn)采用EM 2040C淺水多波束測深系統(tǒng)，該系統(tǒng)由換能器、甲板處理單元、數(shù)據(jù)采集處理工作站三個(gè)部分組成，結(jié)合了高性能與便攜安裝的特點(diǎn)。工作頻率為200kHz-400kHz、最大開角130°、最大Ping率50Hz、波束角1.0°x1.0°@400kHz、測深分辨率為1cm，與之配套的輔助設(shè)備包括：GPS-RTK（中海達(dá)K9定位定向儀），SMC IMU-108姿態(tài)傳感器（縱搖/橫搖分辨率可達(dá)0.001°），表面聲速儀（AML MicroX），聲速剖面儀（Minisvp）以及數(shù)據(jù)采集軟件Hypack 2016等。

2016年10月采用多波束測深系統(tǒng)對調(diào)查區(qū)進(jìn)行掃測。掃測前，先用單波束測深儀對附近水域進(jìn)行了測量，初步了解到測區(qū)淺處水深5米，深處水深10.5米，根據(jù)測量的水深布設(shè)測線，測線間距為15米，儀器開角設(shè)置為130°，頻率為300kHz，測量了聲速剖面，安裝有表面聲速儀實(shí)時(shí)測量換能器處聲速。在地形變化較大處布設(shè)測量校準(zhǔn)線，求得換能器的安裝校準(zhǔn)參數(shù)。按規(guī)劃測線進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在數(shù)據(jù)采集時(shí)，進(jìn)行了吃水和聲速改正。采用Caris對多波束數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理，輸入校準(zhǔn)參數(shù)，對多波束數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、潮汐改正、線模式編輯、Subset子區(qū)編輯，水深數(shù)據(jù)輸出，本試驗(yàn)中選取調(diào)查區(qū)的典型區(qū)域（250m×130m）進(jìn)行了地形分析。

采用PulSAR高分辨率側(cè)掃聲納對調(diào)查區(qū)進(jìn)行調(diào)查，該系統(tǒng)主要由拖魚、甲板單元和拖纜等三個(gè)部分組成，工作頻率為550KHz-1MHz、波束圖50°x0.4°、單側(cè)最大150m量程、分辨率橫截航跡（最大）10mm，沿航跡7cm @10m量程、35cm @50m量程、70cm @100m量程，內(nèi)置GPS傳感器（SBAS差分改正），與之配套的輔助設(shè)備包括：聲速剖面儀（Minisvp）以及數(shù)據(jù)采集軟件PulSAR 1.0 B2等。

2016年10月采用側(cè)掃聲納對調(diào)查區(qū)進(jìn)行調(diào)查。根據(jù)測量的水深布設(shè)測線，測線間距為30米，頻率為600KHz，在外業(yè)采集前，測量了聲速剖面，輸入軟件進(jìn)行聲速改正，按規(guī)劃測線進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。采用后處理回放軟件PulSAR 1.0 B2對側(cè)掃聲吶數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理工作，可以計(jì)算人工魚礁的長度、寬度和高度。本試驗(yàn)中選取調(diào)查區(qū)的典型區(qū)域（250m×130m）進(jìn)行了分析。

3 數(shù)據(jù)分析

多波束水深數(shù)據(jù)具有精度高、數(shù)據(jù)量大等特點(diǎn)[2]。本次試驗(yàn)，采用多波束測深和側(cè)掃聲吶結(jié)合的方式，分別獲取了測深和側(cè)掃數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。通過水深數(shù)據(jù)判斷和側(cè)掃聲吶輔助判斷可知，調(diào)查區(qū)有大量的凹坑和凸起，凸起為人為投擲的魚礁，有巖石魚礁和混凝土魚礁，分布不規(guī)律。巖石魚礁高低長短不一，西南-東北方向分布，多數(shù)長50米，寬10米，高2-3米。混凝土魚礁散布于部分區(qū)域，通過測深數(shù)據(jù)可知，混凝土魚礁為正方形，邊長約1.5米，并且部分混凝土魚礁已被泥沙填充，功能有所損失。通過水深數(shù)據(jù)可知，凸起平均水深值5.5米，其中最淺水深值為4.8米，周邊平緩水深約為8米，凹坑最深處水深為11.5米。

潛水調(diào)查方法效率低（一般潛水時(shí)間小于1h，單次探摸小于20m×20m）、成本高，且對于人工魚礁投放位置的準(zhǔn)確性無法進(jìn)行有效的判定[3]。PulSAR高分辨率側(cè)掃聲納單側(cè)最大量程可達(dá)150米，EM2040C淺水多波束測深系統(tǒng)受開角的限制，量程一般為水深的三倍，可采用側(cè)掃聲吶對魚礁區(qū)進(jìn)行初步探查，快速獲得魚礁的分布，再采用高分辨率的多波束測深系統(tǒng)進(jìn)行測量，本次采用河北CORS進(jìn)行定位和定向，精度高，多波束數(shù)據(jù)條帶拼接良好，較常用的DGPS定位，提高了定位精度和工作效率。魚礁投放后，進(jìn)行一定的監(jiān)測，可以及時(shí)了解魚礁分布狀況，結(jié)合多期監(jiān)測，分析魚礁區(qū)的地形變化情況，了解魚礁是否有位移，本次對魚礁被泥沙掩埋的情況進(jìn)行了評估。

4 結(jié)論

本次試驗(yàn)，使用掃測范圍寬、分辨率高的多波束測深系統(tǒng)進(jìn)行測深，使用側(cè)掃聲吶對人工魚礁投放區(qū)進(jìn)行側(cè)掃，獲取了詳細(xì)的海底地形、地貌和底質(zhì)等信息本次試驗(yàn)。試驗(yàn)區(qū)內(nèi)投石和混凝土礁散布于海底，可以準(zhǔn)確定位魚礁的位置，計(jì)算魚礁的體積，了解混凝土礁的覆蓋情況。人工魚礁建設(shè)評估工作可以采用多波束測深系統(tǒng)和側(cè)掃聲吶結(jié)合使用，既可以提高效率，也可以取得更好的監(jiān)測效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊紅生.我國海洋牧場建設(shè)回顧與展望[J].水產(chǎn)學(xué)報(bào)，2016，40

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[2]宮士奇，閻軍，馬小川等.湄洲灣北部海底地貌特征研究與分析[J].海洋科學(xué)，2016，40（08）：61-69.

[3]沈蔚，張守宇，李勇攀等.C3D測深側(cè)掃聲吶系統(tǒng)在人工魚礁建設(shè)中的應(yīng)用[J].上海海洋大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，22（03）：404-409.

作者簡介：逯金明（1986-），男，本科，工程師，主要從事海洋測繪和工程測量等研究工作。