Sonic 2026多波束測深系統在小浪底水利樞紐的應用

范少英　張冉　石亞龍

摘? 要：與傳統測設技術相比，多波束測深系統具有高精度、高分辨率的優點。將Sonic 2026多波束測深系統應用于小浪底水利樞紐近壩區的水下地形測量工作，結果發現，該系統覆蓋面寬、分辨率高，且能完成對垂直壁面的掃測工作;以進水塔上孔洞的實際尺寸為基準，測量誤差最大為0.33m。

關鍵詞：Sonic 2026;多波束測深系統;小浪底水利樞紐

中圖分類號：P229 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）07-0177-03

Abstract： The multiple-beam system has advantages in more accuracy and higher resolution compared with traditional sounding technology. Sonic 2026 multiple-beam system is applied to the underwater terrain surveys of near dam region in Xiaolangdi Hydro Project. The result shows that， the multiple-beam system has features of wide covers and high resolution， and it is capable of doing the measurement of vertical walls. The maximum measuring error is 0.33m， compared with actual sizes of holes on the intake tower wall.

Keywords： Sonic 2026; multiple-beam system; Xiaolangdi Hydro Project

1 概述

多波束測深系統是一種高精度、高分辨率、高效率的一種水下地形測量新技術，將傳統測深技術從原來的點、線擴展到面，具有覆蓋范圍大、精度高、速度快、記錄數字化、成圖自動化的優點[1-2]，在河道、水庫和海洋等水下探測和地形測繪等工作中發揮著重要作用。

Sonic系列多波束測深系統是美國R2SONIC公司研發的淺水多波束測深系統，其中的Sonic 2024多波束測深系統在國內外應用廣泛，如碼頭測深[1]、港池航道測量[3]、河道地形測量[4]、靜態庫容測量[5]等，均取得了良好效果。隨著科學技術的進一步發展，硬件和軟件性能的提升，Sonic系列多波束系統不斷更新升級。新研制的Sonic 2026多波束測深系統與Sonic 2024相比，更能適應渾水條件下的水下地形測量。文章將結合Sonic 2026多波束測深系統在小浪底水利樞紐進水塔前水下地形測量中的實際應用，介紹多波束測深系統的性能指標和精確度。

2 多波束測深系統組成及技術參數

多波束測深系統包括三個主要部分：發射陣、接受陣和干端聲吶接口模塊，由用戶通過PC機或便攜式計算機的圖形用戶界面控制，設置聲吶參數，并通過應用軟件采集并顯示深度、圖像和其他傳感器數據，其技術參數如表1所示。

3 水下地形測量的應用

3.1 研究區域概況

小浪底水利樞紐位于黃河中游，上距三門峽水利樞紐130km，下距花園口水文站128km，控制流域面積69.4萬km2，占黃河流域面積的92.3%，控制黃河流域近100%的泥沙[6]。小浪底水庫總庫容126.5億m3，其中攔沙庫容75.5億m3，是一座集防洪、防凌、減淤、供水、灌溉和發電為一體的綜合性水利工程[7]。至2019年5月，小浪底干流呈三角洲淤積形態，三角洲頂點距壩10.32km。小浪底水利樞紐近壩區的水下淤積形態，直接關系到進水塔閘門的啟閉運用安全，對掌握壩前漏斗的形成過程，保持塔前“門前清”和延長水庫使用壽命等具有重要的指導作用。目前小浪底水利樞紐漏斗區的水下地形監測主要采用斷面法，設備主要為英國GeoSwath條帶測深儀和加拿大320B雙頻測深儀[8]。為更全面、直觀了解小浪底水利樞紐近壩區的泥沙沖淤形態，特采用Sonic 2026多波束測深系統進行水下地形測量工作。

3.2 水下地形測量

測量過程中，將多波束測深系統的換能器通過連接架固定在測船左舷。由于測量區域主要為近壩區，因此測線布設為距壩最近的黃河漏斗區01斷面。在進行測量作業時所用主要設備如表2所示。完成測量水上作業后，對掃測原始數據進行數據轉換、聲速剖面校正、潮汐改成、線模式編輯等一系列處理，處理后的數據以三維點云圖的形式在Blue view軟件上進行展示（見圖1）。

3.3 測量結果分析

經過對掃測點云數據的分析，Sonic 2026多波束測深系統的單條測線掃測寬度達277.8m（見圖2），并可通過波束角的調整對該距離內的垂直壁面進行掃測。

在小浪底水利樞紐近壩區水下地形的三維點云圖中，進水塔壁面上的孔洞邊緣清晰可見，塔前的水下地形呈明顯的漏斗狀，而壩前的泥沙淤積形態則基本呈平淤狀，與條帶測深儀測得的套繪圖（圖3）形態相符。為進一步驗證多波束測深系統的準確性，選取進水塔上已知的孔洞寬度和所測寬度進行比對（表3），誤差最大為0.33m。

4 結束語

（1）Sonic 2026多波束測深系統的單線掃測寬度達277.8m，具有覆蓋面寬、分辨率高的優點，還可對垂直壁面進行掃測，最后形成的三維點云圖能直觀展示水下建筑物和泥沙淤積形態。

（2）選取小浪底水利樞紐進水塔上孔洞的實際尺寸與測深系統測量結果做比對，測量誤差最大為0.33m。

（3）本次應用條件下水庫水體含沙量較低，Sonic 2026多波束測深系統在更高含沙量條件下的應用仍需進一步測試和探索。

參考文獻：

[1]郭軍，劉勝旋，關永賢，等.淺水多波束系統SONIC 2024在碼頭測深中的應用[J].測繪工程，2016，25（07）：46-50+56.

[2]李玉海，陳蘭偉，韓明欽.Sonic 2024多波束水下地形掃測應用實例[J].科技創新與應用，2015（14）：62.

[3]劉海寶，劉拴龍.Sonic 2024多波束系統在港池航道測量中的應用[J].港工技術，2017，54（03）：113-116.

[4]馬文喜，任寶學，張羽.R2Sonic2024多波束系統在河道地形測量中的應用[J].東北水利水電，2016，34（03）：55-56.

[5]魏榮灝.Sonic 2024多波束測深系統在靜態庫容測量中的應用[A].2016年度浙江省測繪與地理信息學會優秀論文集[C].浙江省測繪與地理信息學會，2016：5.

[6]張帥，夏軍強，李濤.小浪底水庫汛期排沙比研究[J].人民黃河，2018，40（01）：7-11.

[7]王婷，王遠見，曲少軍，等.小浪底水庫運用以來庫區泥沙淤積分析[J].人民黃河，2018，40（12）：1-3+20.

[8]李珍，臺樹輝.條帶測深儀在小浪底泥沙淤積測驗中的應用[J].人民長江，2005（10）：44-45+63.