喻 江，明 攀，陸 俊，范向前，張衛(wèi)云

（1.水利部水科學(xué)與水工程重點實驗室，江蘇 南京 210024；2.南京水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210024；3.南京市水利規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司，江蘇 南京 210022）

船閘工程作為水運業(yè)通航的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，起著至關(guān)重要的作用，船閘工程泥沙淤積問題則嚴重制約著水運通航水平的發(fā)展與提升，如何施策精確獲取船閘閘室段水下泥沙淤積的分布形態(tài)、淤積量等情況成為水下工程測量的一大難題，為當(dāng)前船閘工程安全評價和除險加固的一大絆腳石。

傳統(tǒng)的水下淤積測量技術(shù)主要包括以下幾個方面[1-2]：（1）SAR圖像內(nèi)波檢測與參數(shù)估計方法；（2）經(jīng)緯儀測量記錄法；（3）聲波測距極坐標定位法；（4）斷面與地形法；（5）基于等深線的計算方法。該方法局限性大、成本高、速度慢、精度低，為了提高測量精度，有必要將以上幾種方法一并分析，完善各自測量的不足之處。鑒于傳統(tǒng)水下淤積測量方法的各種弊端，近年來已逐漸開發(fā)出更高效率、更高精度的測量分析技術(shù)，期間，無人測量船技術(shù)被投入水下測量工作。該技術(shù)主要包括GPS定位技術(shù)、實時通信技術(shù)、智能導(dǎo)航技術(shù)、自動避障技術(shù)等，可對行程區(qū)域的位置、水質(zhì)、水深等參數(shù)進行快速采集，非常適合內(nèi)陸江、河、湖泊流域測繪[3-4]。

某航道船閘工程布置在樞紐左側(cè)的河道上，左側(cè)為重力式擋水壩段，右側(cè)為重力式溢流壩段。主要由上閘首、下閘首、閘室及上、下游引航道組成，上、下游全長336.0m。閘室段分為8個結(jié)構(gòu)段，全長97.00m，為整體塢式結(jié)構(gòu)，閘室底寬26.00m，口門寬12.00m，左右閘墻頂部寬均為3.00m，閘墻頂部高程127.00m，閘室底板頂高程為111.20m，兩側(cè)閘墻內(nèi)布置輸水廊道及其出流支管，當(dāng)前水位為115.70m。其竣工驗收以來多年未投入正常運營使用，存在結(jié)構(gòu)老化、閘室段淤積等問題，急需清淤等技改升級。因此，文章基于無人測量船RTK-GPS技術(shù)[5]對該船閘閘室段水下泥沙淤積情況進行相應(yīng)測量與統(tǒng)計研究。

1 RTK-GPS技術(shù)船閘航道泥沙淤積測量

圖1 無人船量測作業(yè)流程

圖2 無人船回聲測深儀基本原理

（1）基本原理。無人船作業(yè)流程如圖1，RTK-GPS技術(shù)測深儀的回聲測距原理如圖2所示。由換能器向水中垂直發(fā)射短脈沖聲波，聲波遇到水底發(fā)生反射、透射、散射和折射，反射的回波被換能器接收，通過換能器發(fā)散和反射回波的時間間隔與波在水中的傳播速度推算水面的高程，進一步根據(jù)定位技術(shù)形成三維坐標。其中，Z為換能器到水底的距離，聲速在水中的傳播速度為v，傳播時間為t，則水深Z=vt/2，最后的測量結(jié)果就等于水深Z加上吃水（吃水是水面到換能器底面的距離），結(jié)合坐標系統(tǒng)可得整個測量區(qū)域的水深地形圖，換算可得水下泥沙淤積形態(tài)分布。

（2）測線布置。測線順著船閘閘室段均勻布置，每隔1.0m間距布置一條測線，每條測線長97m，共11條測線，工作頻率采用高頻200kHz進行，測深范圍：0.3～600m，測深精度：±10mm+0.1% H，分辨率：1cm；吃水范圍：0.1m，具體布置如圖3所示。

（3）測量結(jié)果與分析。根據(jù)測線布置方案，設(shè)置測量軟件的投影和坐標參數(shù)，無人船入水，通過遙控操作無人船，每條測線每隔2m進行一次水深和坐標數(shù)據(jù)采集。Y=0m、Y=6m、Y=12m測線泥沙淤積情況如圖4～圖6所示，根據(jù)13條測線匯總分析可得船閘閘室段泥沙淤積等高線測繪分布情況如圖7所示。

由圖4～圖7進行統(tǒng)計分析，得到無人船測量的該船閘閘室段泥沙淤積測量結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

圖3 船閘閘室段無人船測量測線布置圖

圖4 Y=0m測線泥沙淤積代表圖

圖5 Y=6m測線泥沙淤積代表圖

圖6 Y=12m測線泥沙淤積代表圖

圖7 船閘閘室段泥沙淤積等高線分布圖

表1 泥沙淤積測量結(jié)果統(tǒng)計匯總表

由表1可知，通過RTK-GPS技術(shù)測量手段測量與統(tǒng)計分析得到該船閘閘室段泥沙淤積總量為1946.91m3。

2 結(jié)論

文章采用無人測量船RTK-GPS技術(shù)對閩江航道某船閘閘室段進行了水下泥沙淤積測量，結(jié)果表明該技術(shù)定位精度高，工作效率顯著，最終為該船閘工程技改升級及安全評價提供了科技支撐[6]。