王萬勝

（上海市金山區(qū)海洋海塘管理所 上海 201508）

金山三島灘涂水下地形演變淺析

王萬勝

（上海市金山區(qū)海洋海塘管理所 上海 201508）

文章采用GPS－RTK技術(shù)進(jìn)行2016年金山三島灘涂水下地形測量，繪制金山三島灘涂水下地形云圖，并與2014年和2015年灘涂水下地形測量結(jié)果進(jìn)行對比，得出以下結(jié)論：金山三島連線左右1 km之內(nèi)的地形起伏變化大，小金山島南北側(cè)各有一條深坑，大小金山島之間有一條貫穿東西向的深槽，它的形成與漲落潮流不一致以及人為活動有關(guān)，大金山島與浮山島之間有一類似山脊樣的地形，浮山島南側(cè)也有一深坑存在。近3年金山三島灘涂水下地形變化不大，局部小范圍內(nèi)有淤積和沖刷。定期對三島灘涂水下地形進(jìn)行測量可以掌握其變化規(guī)律，為管理部門提供管理基礎(chǔ)資料。

金山三島；水下地形；測量；GPS－RTK；演變淺析

1 引言

金山區(qū)三島［包括大金山（121°25′13″E、30°41′29″N）、小金山（121°24′07″E、30°42′23″N）和浮山島（121°25′19″E、30°40′59″N）］位于杭州灣，灘勢復(fù)雜，由岸灘、島嶼和深槽3部分組成。杭州灣是我國著名的強(qiáng)潮海灣，岸灘構(gòu)成物質(zhì)主要為細(xì)顆粒淤泥質(zhì)粉砂土［1］。受長江來沙、南匯東灘沖淤變化、杭州灣北岸潮流特性、風(fēng)浪以及近年來人類的工程措施等因素的影響［2］，灘地泥沙運(yùn)動活躍。開展水下地形測量，可以獲取杭州灣灘地地物、地貌資料，從而來分析研究近灘的沖淤變化潛在的規(guī)律和機(jī)理，可為今后待建工程可行性研究分析、金山深槽控制性因素分析以及金山三島島體工程設(shè)施保護(hù)提供資料和依據(jù)，同時(shí)通過對比歷年來灘涂水下地形測量結(jié)果，可為海岸帶規(guī)劃管理部門進(jìn)行近遠(yuǎn)期規(guī)劃提供第一手技術(shù)基礎(chǔ)資料和咨詢服務(wù)水平［3］。

2 測量方案

2.1 測量范圍

金山區(qū)三島（包括大金山、小金山和浮山島）保護(hù)區(qū)0.5 n mile范圍內(nèi)的灘涂水下地形進(jìn)行測量，測量區(qū)域面積為15.4 km2。具體位置、范圍見圖1。

圖1 測量范圍

2.2 測量方法

由于測區(qū)水深較深，地形條件差，此次測量采用精度最高的GPS測量定位系統(tǒng)，RTK測量技術(shù)以及配套的全自動數(shù)據(jù)處理軟件。

2.2.1 GPS－RTK技術(shù)

GPS－RTK技術(shù)，即實(shí)時(shí)動態(tài)定位技術(shù)。該技術(shù)利用載波相位差進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，它能實(shí)時(shí)提供觀測點(diǎn)的三維坐標(biāo)，并達(dá)到厘米級的高精度［4］。基本原理：在基站和流動站（測量船）上各安裝一臺GPS用戶接收機(jī)，同步同時(shí)段觀測相同數(shù)量的GPS衛(wèi)星，基站上GPS接收機(jī)在接收衛(wèi)星信號的同時(shí)將觀測數(shù)據(jù)通過無線電傳輸設(shè)備，實(shí)時(shí)地發(fā)送給流動站，流動站上的GPS接收機(jī)在接收衛(wèi)星信號的同時(shí)通過無線電接收設(shè)備接收由基站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，然后根據(jù)相對定位原理，實(shí)時(shí)地解算并顯示流動站的三維坐標(biāo)及精度，其定位精度可達(dá)到1～2 cm［5］（圖2）。

圖2 GPS－RTK原理

2.2.2 測量方案

水下地形測繪主要由兩部分組成：外業(yè)地形測量和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理成圖。

外業(yè)地形的測量主要包括3個(gè)方面的內(nèi)容：平面定位、深度位置測定和水位的觀測。第一部分平面定位是在測量區(qū)域內(nèi)根據(jù)需要加密布設(shè)一定數(shù)量的圖根控制點(diǎn)，控制點(diǎn)的數(shù)量和密度均需滿足精度測量要求。第二部分采用TRimBle SPS351型信標(biāo)機(jī)GPS定位儀在差分模式進(jìn)行測點(diǎn)定位，按照2 s的時(shí)間間隔采集定位數(shù)據(jù)，主測線垂直于岸線，主測線間距為100 m，測點(diǎn)間距為50 m。參考站選取沿海DGPS信標(biāo)臺站或其他廣域差分基準(zhǔn)站。測船蘇興漁13029＃沿設(shè)計(jì)好的斷面測深線航行，采用海鷹HY－166數(shù)字測深儀、同濟(jì)大學(xué)測量系提供的導(dǎo)航測深軟件ASH＿BC 3.0測量軟件測量深度。第三部分采用無錫海鷹加科生產(chǎn)的HY－1600回聲測深儀測得實(shí)時(shí)水深，水中聲速采用miniSVP聲速剖面儀直接測定。

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理包括兩方面的內(nèi)容：吃水改正、潮位改正和成圖。外業(yè)測得靜態(tài)吃水改正后，利用軟件在該階段進(jìn)行動態(tài)吃水改正。整理水深數(shù)據(jù)時(shí)要作100%的人工校核，對一些特征點(diǎn)（深點(diǎn)或淺點(diǎn)）進(jìn)行加密。采用金山嘴水文站驗(yàn)潮數(shù)據(jù)加以潮位改正，可得出水底高程，即斷面的即時(shí)水位減去測點(diǎn)水深。成圖時(shí)采用南方CASS9.1中小比例成圖系統(tǒng)展開配合草圖成圖，經(jīng)人工按2006年版圖式和《設(shè)計(jì)書》要求進(jìn)行整飾，形成AUTOCAD2004版本下的DWG文件。成圖比例為1∶5000。整個(gè)測量成圖過程如圖3所示。

圖3 測量方案

2.2.3 參數(shù)轉(zhuǎn)換

由于GPS接收機(jī)沒有配置后處理軟件，無法將WGS84坐標(biāo)變換為實(shí)用的1954年的北京坐標(biāo)系坐標(biāo)［6］，從而無法繪制地形圖，所以本次測量采用該測區(qū)2014年已測定的四參數(shù)，在7個(gè)控制點(diǎn)JS1、JS3、JS9、JS12、JS13、JS15和JS18測定WGS84坐標(biāo)，利用軟件轉(zhuǎn)換成54北京坐標(biāo)，轉(zhuǎn)換中誤差為0.177 6 m。轉(zhuǎn)換參數(shù)如圖4所示。

圖4 測定轉(zhuǎn)換參數(shù)成果

2.3 精度要求

測量需滿足平面高程精度、回聲儀測深精度以及水深測深精度的要求。此次測量中GPS－RTK測量平面高程精前將信標(biāo)機(jī)在已知控制點(diǎn)上進(jìn)行檢驗(yàn)和對比，每個(gè)測區(qū)都在測區(qū)上部、中部和下部至少比測3個(gè)控制點(diǎn)，比對結(jié)果滿足《全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)動態(tài)測量（RTK）技術(shù)規(guī)范》［7］中規(guī)定的精度要求，高程誤差不超過3～5 cm?；芈晝x測深精度滿足《船用通信導(dǎo)航設(shè)備的安裝、使用、維護(hù)、修理技術(shù)要求》［8］中第3部分回聲測深儀中規(guī)定的精度要求，水深精度采用等精度檢測，主測點(diǎn)與檢測點(diǎn)圖上1 mm范圍為重合點(diǎn)進(jìn)行判斷。本次測量水深精度采用等精度檢測，主測點(diǎn)與檢測點(diǎn)圖上1 mm范圍為重合點(diǎn)進(jìn)行判斷。檢測線共9.7 km，主測線160 km，占6.1%。共對比129個(gè)點(diǎn)，超限點(diǎn)0個(gè)，水深精度綜合得分82.7分（表1）。

表1 水深精度對比

3 結(jié)果分析

金山三島灘涂水下地形測量控制點(diǎn)點(diǎn)號、坐標(biāo)見表2。

將外業(yè)測量結(jié)果通過南方CASS9.1中小比例成圖系統(tǒng)展開配合草圖成圖，得到2016年金山三島灘涂水下地形云圖。

地勢總體上看，三島附近水下地形情況復(fù)雜，三島連線兩側(cè)各1 km左右范圍內(nèi)地形起伏較大。小金山島南北兩側(cè)有兩條深坑，南側(cè)深坑更長，最大水深－58 m。大金山島距離小金山島約2 km，兩島之間有一條東西向的深槽，平均水深－25 m以上，大金山島導(dǎo)流壩對深槽南側(cè)形狀有影響。大金山島與浮山島相距約1 km，兩島之間見一山脊樣的地形，山脊西側(cè)地形水深更深，形成這一突兀地形應(yīng)與兩島相對間類似導(dǎo)流壩的地形有關(guān)。浮山島南側(cè)有一個(gè)東西方向長的深坑，水深在－20～－42 m，此處深坑的形成以及小金山島北側(cè)深坑的形成應(yīng)與島體對應(yīng)的形狀有一定的關(guān)系。

表2 金山三島灘涂水下地形測量控制點(diǎn)及坐標(biāo)

4 近3年岸攤演變趨勢分析

4.1 2015—2016年三島灘涂水下地形對比分析

根據(jù)2015年及2016年水下地形測量數(shù)據(jù)繪制金山三島灘涂水下地形對比變化云圖可以看出，三島灘涂水下地形局部地區(qū)有淤積和沖刷，主要表現(xiàn)在：小金山島兩側(cè)深坑局部淤積約3 m，同時(shí)也伴有局部沖刷3 m左右；大金山島東側(cè)局部淤積約0.5 m；大小金山島之間的深槽沖淤狀態(tài)較穩(wěn)定；浮山島與大金山島之間的山脊地形變化不大，略微有點(diǎn)抬高。浮山島南側(cè)深槽總體成淤積狀態(tài)，淤積在0.8 m左右。2015—2016年，金山三島灘涂水下地形淤積的面積比沖刷的面積大，平均淤積約0.6 m。

4.2 2014—2016年三島灘涂水下地形對比分析

根據(jù)2014年及2016年水下地形測量數(shù)據(jù)繪制金山三島灘涂水下地形對比變化云圖可以看出，三島灘涂水下地形局部地區(qū)有淤積和沖刷，主要表現(xiàn)在：小金山島兩側(cè)深坑局部淤積約1 m，同時(shí)也伴有局部沖刷5 m左右；大金山島與小金山島之間的深槽邊緣有沖刷；大金山島附近地形變化不大，島東側(cè)淤積約0.5 m；浮山島與大金山島之間的山脊地形變化不大，略微有點(diǎn)抬高。浮山島南側(cè)深槽總體成淤積狀態(tài)，淤積在0.8 m左右。同時(shí)，受浮山島自身南側(cè)島體形狀影響，浮山島南側(cè)深坑?xùn)|北側(cè)向島體近岸沖刷，且有向東北角推進(jìn)的趨勢。2014—2016年，金山三島灘涂水下地形整體呈沖刷狀態(tài)，平均沖刷約0.2 m。

4.3 變化原因分析

通過分析2014—2016年以及2015—2016年金山三島灘涂水下地形變化結(jié)果可知，3年來三島灘涂地形變化不大，2016年較2015年地形總體成淤積狀態(tài)，2016年較2014年總體成沖刷狀態(tài)，可見2015年較2014年地形總體成沖刷狀態(tài)，且沖刷量比，2016年較2014年沖刷量多。三島灘涂水下地形在不同年度中有輕微的變化，這與三島島礁附近復(fù)雜的水域有關(guān)，不同季節(jié)、不同風(fēng)向、流向、潮汐等都會對其地形產(chǎn)生影響［9］。其中海灣工程對潮流的影響較大，進(jìn)而影響水下地形的變化［10］。短期來看，人為活動所致的水沙變化也會明顯影響特定地形條件下的沖淤變化［11］，大金山島的導(dǎo)流壩的存在導(dǎo)致大小金山島之間的深槽南邊緣遠(yuǎn)離大金山島。

5 結(jié)論與展望

本文采用GPS－RTK技術(shù)對金山三島灘涂水下地形進(jìn)行測量，在確保測量精度滿足要求的情況下，對測量結(jié)果進(jìn)行整理，并繪制成三島灘涂水下地形云圖，同時(shí)結(jié)合2015年和2014年三島灘涂水下地形測量結(jié)果，分別繪制2014—2016年以及2015—2016年三島灘涂水下地形變化圖，結(jié)果如下。

（1）從地勢整體上看，受三島島礁的影響，三島附近水下地形情況復(fù)雜，三島連線兩側(cè)各1 km左右范圍內(nèi)地形起伏較大。小金山島南北側(cè)、浮山島南側(cè)有3個(gè)深坑，大金山島與小金山島之間有一條東西向貫通的深槽，平均深度達(dá)到－25m以上，浮山島與大金山島之間有一山脊樣的地形，這一地形的形成與兩島之間類似導(dǎo)流壩的地形有關(guān)。

（2）近3年來，三島灘涂水下地形整體變化不大，2016年較2014年整體呈微沖刷狀態(tài)，2016年較2015年整體呈微淤積狀態(tài)。由于測量時(shí)季節(jié)的不同，風(fēng)向、流向以及潮汐狀態(tài)的不同，測量結(jié)果也會有少許差別，整體趨勢變化相差不大。

（3）建議定期開展金山三島灘涂水下地形測量，這樣不僅可以及時(shí)了解三島灘涂地形的變化，積累三島周邊水下地形資料，為保護(hù)和開發(fā)深槽提供科學(xué)依據(jù)［12］，還可以為管理部門在三島規(guī)劃、工程建設(shè)、環(huán)境保護(hù)等方面提供參考。

［1］ 張伯虎，曹穎.錢塘江河口（杭州灣段）的自然特性分析［J］.浙江水利科技，2013，186（2）：61－69.

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［6］ 黃筱蓉.水下地形測量中GPS二維坐標(biāo)變換［J］.鐵路航測，2001（4）：40－42.

［7］ 國家測繪局.全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)動態(tài)測量（RTK）技術(shù)規(guī)范：CH／T2009—2010［S］.2010.

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Evolution of the Underwater Topography of the Three Islands in Jinshan

WANG Wansheng
（Jinshan Ocean and Coast Management Institute，Shanghai 201508，China）

GPS－RTK technology was used to measure the underwater topography of three islands of Jinshan district in 2016.Underwater topography cloud chart was drawn and compared with the results of underwater topographic survey in 2014 and 2015.The results showed that the terrain has big change in the line within a kilometer of three islands.There is a pit in the north and south side of Small Jinshan Island and an EW direction deep trough between the Big and Small Island，whose formation is inconsistent with the ebb and flow and human activities.The terrain between Big Island and Fushan Island is like a mountain ridge.There is also a pit located in the south of Fushan Island.In the past three years，the underwater topography of three islands of Jinshan district has changed little，and there are deposition and erosion in partial small area.Measuring the underwater topography of three islands of Jinshan district regularly can help master the law of change，and provide basic information for management.

Three islands of Jinshan district，Underwater topography，Measure，GPS－RTK，Evolution analysis

P258；P7

：A

：1005－9857（2017）07－0080－05

2017－03－13；

：2017－06－01

王萬勝，工程師，研究方向?yàn)楹Ｑ蟓h(huán)境科學(xué)、河口海岸學(xué)