遠岸海洋疏浚工程實時潮位控制方法探索與實踐

常琮 李賓賓

摘 要：隨著航道疏浚工程逐漸向遠岸方向發展，實時潮位控制的有效性逐漸成為影響施工質量的重要因素。論文結合營口港鲅魚圈港區25萬噸航道項目，探索應用GPS-RTK技術并結合該海域潮汐模型，建立出一套低成本實時潮位控制的技改方案，提高了施工潮位控制精度。

關鍵詞：疏浚工程;潮位控制;技改方案

隨著世界經濟發展和船舶技術進步，集裝箱船、原油船、干散貨船等世界三大運輸主船型均朝著大型化方向發展。另一方面，自然條件優越的海洋港址大部已被開發，同時船舶向大型化趨勢發展也促使碼頭建設從有掩護水域向半開敞、開敞、深水水域發展，航道疏浚也向深水、長距離、遠岸方向延伸，并由此帶來一系列港區選址、設計、碼頭建設、疏浚工程技術的變化。

而隨著疏浚工程向遠岸和開闊海域發展，潮位控制誤差逐漸成為影響工程施工精度的突出因素。如筆者在參建深水長航道——營口港鲅魚圈港區25萬噸級航道K8+000-K32+274段疏浚工程中，由于航道長超過24Km，且航道遠端與港區內國家基本驗潮站（原國家海洋局鲅魚圈驗潮站）直線距離30Km，施工區實際潮位與采自驗潮站的播報潮位最大相差超過了0.6m，且隨潮位變化呈現無規律偏差，對疏浚工程質量控制和施工效益產生巨大影響。為此，筆者利用GPS-RTK技術結合該海域潮汐模型對遠岸疏浚實時潮位控制方法進行了一定的探索，并形成一套簡易可行的施工潮位控制方法，取得了較好的實際成果。

一、工程建設情況

營口港鲅魚圈港區位于遼東灣東海岸臺子山下，地理坐標為北緯40°17′42″，東經122°06′00″，是營口港由河口港向深水港轉型的重要發展區域。其中我公司承建的鲅魚圈港區25萬噸航道K8+000-K32+274段疏浚工程是對原有15萬噸級航道的拓寬浚深，其中航道底寬從230m拓寬至280m，K8+000-K18+900段浚深至-22.0m（當地理論最低潮面，下同），K18+900至K32+274段浚深至-22.5m。工程設計超深0.5m，超寬3m，邊坡1：5，總疏浚量3500余萬方。

本工程自2009年6月15日開工至2011年7月30日工程通過驗收止，我司相繼投入世界第三大耙吸式挖泥船“漢姆318”，以及“萬頃沙”、“浚海1”、“浚海2”、“赤灣”、“華源交通一號”、“海宇浚8”、“海宇浚6”、“捷盛2”等一批國內外先進耙吸式挖泥船參與到項目施工，完成疏浚工程量3500余萬方，工程規模和施工強度均排在國內同類型項目前列。

二、必要性分析及理論依據

（一）必要性分析

本工程驗收底標高以當地理論最低潮面為基準，疏浚質量要求控制在超深0.5m、超寬3m，疏浚區不得存在淺點。同時本工程施工區距鲅魚圈驗潮站平均距離達到20Km，最遠端距離30Km，施工區潮時、潮差存在明顯差異，工區實際潮位與驗潮站播報潮位最大相差超過了0.6m，且不存在規律可循，這對工程施工特別是進入掃淺階段的耙吸船施工效率、有效裝載方和工程質量產生明顯影響。因此解決施工潮位控制問題即是工程質量硬性要求也是施工企業迫切的效益追求。

（二）理論依據

自本工程在建設前期的論證階段，建設單位已委托天津海事局海測大隊建立起一套覆蓋施工區域的海洋潮汐模型，并編制開發潮汐推算軟件提供建設方使用。該軟件的潮位推算的有效覆蓋范圍詳見表1，中央經線123°E。

在該軟件中，采用鲅魚圈驗潮站作為控制站，沿岸區域保持歷史上采用的海圖基準面不變，外海的基準面根據潮差的分布適當調整，使其與理論最低潮面相符合。通過天文潮加余水位訂正法推算測區內任意時間、任意地點（x，y）的潮位精度可達到0.1m。

自工程開工以來，筆者選擇多處不受施工擾動的原始海底進行不同時段、潮汐、氣象條件下的實驗性測量，經推算潮位改正后的海底標高最大差值小于0.2m（最大差值出現在惡劣天氣狀況下，余水位影響明顯），從側面映證該推算潮位穩定可靠。而本工程建設單位、監理單位、工程驗收及海圖編制單位均以該軟件推算的理論最低潮面和潮位為基準，因此該潮位在本工程中具有實際的標準意義。

以此為基準利用GPS-RTK技術（實時動態定位）測得指定區域精確的高程變化曲線，與潮汐推算結果進行比對得出某一固定差，通過調整流動站天線高將GPS高程變化曲線歸算至推算潮位即可得到具有指導意義的施工實時潮位。

三、系統構建

為保證三維定位的可靠性以及陸地高程與理論最低潮面的大致相關性，在實際應用中選取了分布合理的陸地已知控制點“望海北”、“北李屯”、“XG01”、“XG05”、“HY04”，建立RTK控制網并求得轉換參數。

選擇信號傳輸無遮擋且值守條件較好的鲅魚圈海洋站樓頂架設RTK長期基站，并在耙吸船“萬頃沙”架設RTK流動站組成RTK動態定位系統。同時為真實采集船舶施工期間疏浚土方裝載而引起的吃水變化，以及減少船舶縱搖、橫搖對高程的影響，選擇將RTK接收機小盤安放在駕駛臺頂的船艏尾中線和艏吃水傳感器正上方位置。因“萬頃沙”輪的DTPS（疏浚自動控制系統）非常復雜和精密，為不影響船舶系統穩定，以及考慮船舶艏吃水在施工階段變化幅度和頻率不高，筆者采用獨立設置一套由計算機、GPS-RTK和測量導航軟件HyPack組成的潮位控制系統，船艏吃水變化值通過人工輸入亦可滿足精度需要。

四、應用過程

（一）高程采集

為保證潮位改正精度和考慮施工效率，將K19+000至K32+274以3Km至4Km為一個工區劃分為4段進行施工并采集高程值。在各施工段施工時由“萬頃沙”駕駛臺將船舶3至5天施工期的艏吃水值輸入潮位系統，并同步記錄艏吃水值、高程信息發回項目部進行內業比對。

（二）差值改正

通過各施工段3至5天的高程記錄，經與潮位推算結果的比對得到各段的差值改正數，并通過調整流動站天線高將差值改正進系統，此時潮位系統即可顯示該施工段的實時潮位信息。

在整個施工期間“萬頃沙”繼續采集實時潮位數據并發回項目部，以對所在施工段的潮位進行質量監控，確保實時潮位系統的穩定和精度要求。

（三）應用效果

通過以上建立的實時潮位系統極大的改善了遠岸施工的潮位控制問題，為耙吸船定深掃淺、減少廢方、提高施工效率和質量效果奠定了技術基礎。以2011年4月20日在Kp28+000-Kp32+000段的施工記錄為例，推算潮位與驗潮站播報潮位最大差值達到0.58m，而通過技改后“萬頃沙”接收到的實時潮位與推算潮位最大差值只有0.09m，施工潮位控制精度得到很大程度提高。

五、結語

隨著現代海洋物流業的發展，港口建設向開闊水域、遠岸方向延伸將成為一種趨勢，遠岸疏浚甚至遠海工程中將不可避免的涉及工程潮位控制問題，而本次的實踐結果和經驗對同類型項目具有一定的借鑒意義。同時隨著現代海洋測繪理論的進步以及社會經濟發展，未來海域無縫垂直基準面的建立將打通大地測量系統與深度基準系統之間的轉換關系，屆時施工潮位控制將更為便利。

參考文獻：

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