海洋工程測量水深點數據選取原則研究

摘要：通過對海洋工程測量水深點數據的兩種選取原則及其影響進行比較分析，獲得其適用條件，以便更好的利用水深測量成果。

關鍵詞：水深測量；取淺點；等距隨機選取

一、引言

水深測量是海洋工程測量的中心環節，水深測圖是海洋工程規劃、設計、施工及通航等的必備資料。地形測量的細部點本身就是離散的，內業處理時進行取舍即可。而水下地物并非可視的，水深測量外業采集的是連續的斷面水深數據，因此在水深測量的內業整理過程中，水深點數據選取是關鍵的環節之一。長期以來，人們使用水深圖時尤其關注淺點，水深點選取習慣上均按照取淺點的原則進行，取淺點的水深圖也普遍應用于海洋工程規劃、設計、施工及通航等領域。這種“一刀切”的做法也帶來了一些不利的影響，比如在設計過程中進行工程量計算時，結果不合理，進而影響工程項目費用預算的準確性。實際上，水深點數據選取可按照兩種原則進行，一是等距隨機選取，二是取淺點，且這兩種原則有其相應的適用條件。本文結合實際工程案例，著重探討水深點數據的兩種選取原則的影響，并進行對比，以獲取它們的適用條件，以便更好的利用水深測量成果。

二、水深點選取原則及其影響

等距隨機選取水深點，即按照一定的測點間距來隨機選取測線上的水深點數據。而取淺點，將優先選取小范圍內的淺點，而不一定按照指定的間距來選取，如圖1所示。

水深數據點的不同選取原則，其影響主要體現在兩個方面，一是對水深圖的影響，主要看水下地形特征淺點或障礙物是否得到真實反映，另一個是對疏浚工程量計算的影響，看由其計算出來的工程量是否合理。

在寧德福鼎的沙埕港進港航道工程測量中，使用多波束測深系統，進行了全覆蓋水深測量，采集了整個航道工程區的數據。該擬建航道總長約32km，在航道內有多處淺灘、暗礁。選擇了具有代表性的兩處淺灘、暗礁水域作為研究區域，其一是港內青嶼島東面的牛礁水域，為水下起伏較大的暗礁特征地形；其二是長嶼島東面的三姐礁水域，為水下地勢相對較緩的淺灘水域。這兩處航道設計水深均為9.2m（當地理論最低潮面下）。按照作業規程進行了數據處理后，分別按照等距隨機和取淺點的原則進行了水深數據的選取輸出，成圖比例為1：500，表1為選取數據情況表。

表1 水深點數據選取情況表

由表1可知，由于水下起伏較大，牛礁水域兩種數據在最小水深方面互差較大，達到了1.7m；而較為平緩的三姐礁水域兩種數據的最小水深互差不大，僅0.1m。最大水深方面，兩種方法選取的數據基本相近，不大于0.1m。

三、兩種選取原則影響對比

3.1對水深圖的影響

根據選取輸出的水深數據點，分別進行了等深線的繪制，等深距均為1m。圖2為牛礁水域兩種數據對應的水深圖，圖3為三姐礁水域兩種數據對應的水深圖。

如圖2所示，牛礁水域兩種數據對應水深圖在整體上有明顯的差異，如區域右下角處，兩種等深線走勢完全不同。按等距隨機選取的圖上等深線較為圓滑，未發現突變地形，而取淺點的圖上則有多處局部的突變地形。該水域為起伏較大的特征地形，按等距隨機選取的水深圖，其等深線卻相對平緩，僅反映出部分的水下特征地形；而取淺點的水深圖，反映了更多處突變的水下地形特征，更能真實的反映實際的水下地形。

根據圖3，三姐礁水域兩種數據對應水深圖在總體上較為相似，等深線走勢較為接近，僅在局部區域有所不同。可見，水下地勢相對平緩時，兩種數據數據均能較好地反映水下地形特征，但在局部上取淺點的數據略占優勢。

綜上所述，由于沒有優先選取淺點，等距隨機選取數據的水深圖，其水下地形有不同程度的失真，取淺點數據的測圖，能更好的反映水下地形特征，尤其是在起伏較大的特征地形區域。在用于指導疏浚施工和通航時，必須采用取淺點疏浚的測圖，如果采用等距隨機的測圖，將嚴重影響施工進度，并給通航安全帶來巨大的威脅，造成嚴重的后果。

3.2對疏浚工程量的影響

根據兩種數據，以及統一的航道尺度參數，采用不規則三角網法，進行疏浚工程量的計算。該方法利用離散的實測水深數據點，構造出鄰接三角形，形成不規則三角網結構，對計算區域按照三棱柱法計算土方，累積后得到計算區域內的土方量。計算過程中均不考慮超寬超深以及開挖邊坡。表2為計算結果。

根據表2，由取淺點數據計算的疏浚工程量，均偏大，尤其是地勢相對復雜的牛礁水域，偏大了39.6%。由于水深數據選取時優先選取了淺點，導致相應疏浚工程量的增加、工程建設開支增加，如果付諸實施，將造成巨大經濟損失。這種情況下，采用等距隨機選取水深數據更為合理。當然，在地勢復雜的區域，可采用更大比例尺的數據，以提高工程量計算的合理性。

四、結語

上述對比結果顯示，取淺點數據優點是能真實反映水下地形特征，有利于進行工程規劃選址、指導施工和安全通航，缺點是由其計算疏浚工程量結果不合理；而等距隨機數據優點是由其計算工程量較為合理，可提高項目費用預算的準確性，缺點則是相應的水深圖有不同程度的失真，不能真實反映水下地形特征。因此，可以明確這兩種水深數據選取原則的適用條件，即用作規劃、通航和疏浚施工依據時，應取淺點，用于工程量計算時，應按照等距隨機選取水深點。

參考文獻：

[1]JTS131-2012.水運工程測量規范[S].

[2]JTS207-2012.疏浚與吹填工程施工規范[S].

作者簡介：

陳代志（1980-），男（漢族），福建平潭人，工程師，主要從事海洋測繪。