陳小虎 安興芳

（1.中海油田服務(wù)股份有限公司物探事業(yè)部，天津 300451；2.中海華洋（天津）企業(yè)管理服務(wù)有限公司，天津 300452）

0 引言

LNG即液化天然氣，越來(lái)越受到青睞?；洊|LNG的投產(chǎn)，對(duì)粵東工業(yè)“洗肺”和區(qū)域能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面具有重大意義。為了確保LNG接卸船能夠安全駛進(jìn)碼頭并順利靠泊，對(duì)錨地、航道、港池內(nèi)的船舶通航環(huán)境要求極高，故對(duì)通航區(qū)域進(jìn)行定期的水深掃測(cè)很有必要。

1 項(xiàng)目概況

粵東LNG項(xiàng)目位于廣東省揭陽(yáng)市惠來(lái)縣神泉鎮(zhèn)以東約8公里，前詹鎮(zhèn)以西約5km的盧園、溝疏村附近沿海，是人工開(kāi)挖碼頭。為了保障船舶通航安全，要求對(duì)錨地、航道、港池區(qū)域進(jìn)行水深掃測(cè)，并與歷次掃測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，產(chǎn)生的回淤量根據(jù)規(guī)范要求提出是否需要疏浚的建議，碼頭示意圖如圖1所示。

2 測(cè)前準(zhǔn)備

2.1 平面、高程控制點(diǎn)校核

2.1.1 GPS穩(wěn)定性試驗(yàn)

定位設(shè)備于作業(yè)前在已知高等級(jí)控制點(diǎn)上進(jìn)行了連續(xù)大于8小時(shí)的靜態(tài)穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，測(cè)定GPS穩(wěn)定中誤差為：Mr=±0.887m。到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，在提供的控制點(diǎn)S2、Q2上架設(shè)GPS天線，并通過(guò)超級(jí)終端系統(tǒng)連續(xù)采集2小時(shí)的靜態(tài)觀測(cè)數(shù)據(jù)。通過(guò)計(jì)算得出，GPS穩(wěn)定中誤差為：Mx=±0.200m，My=±0.208m，Mr=±0.3m，結(jié)果符合測(cè)量規(guī)范要求。

2.1.2 高程控制點(diǎn)校核

將提供高等級(jí)控制點(diǎn)BM3通過(guò)四等水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)至LNG廠內(nèi)工作水準(zhǔn)點(diǎn)，將所計(jì)算結(jié)果與提供的工作水準(zhǔn)點(diǎn)高程進(jìn)行比對(duì)，二者互差小于10mm，符合測(cè)量規(guī)范要求[1]?？刂泣c(diǎn)資料如表1所示。

表1 高程控制點(diǎn)資料

2.2 水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)

在重件碼頭西南側(cè)設(shè)立臨時(shí)驗(yàn)潮站，將提供高程BM3經(jīng)過(guò)四等水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)至水尺頂，以確定基面關(guān)系。

2.3 檢查板刻度標(biāo)定及檢查板水深校核

在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了檢查板刻度的標(biāo)定，并于調(diào)查前后，分別在水面平靜、流速較小時(shí)，用檢查板對(duì)測(cè)深儀進(jìn)行校準(zhǔn)，校核結(jié)果符合要求。

2.4 測(cè)線布設(shè)

側(cè)掃聲納：港池內(nèi)側(cè)掃聲納計(jì)劃線平行于LNG碼頭布設(shè)，回旋區(qū)及專(zhuān)用航道沿航道方向南北方向布設(shè)，專(zhuān)用錨地側(cè)沿南北方向布設(shè)，測(cè)線間距均為50m。

多波束：港池內(nèi)多波束計(jì)劃線平行于LNG碼頭方向布設(shè)，測(cè)線間距30m，重件碼頭北側(cè)由于水深變淺，測(cè)線間距更改為15m。回旋區(qū)及專(zhuān)用航道沿航道方向南北方向布設(shè)，專(zhuān)用錨地沿南北方向布設(shè)，測(cè)線間距均為30m。

單波束：檢查線垂直于各區(qū)塊多波束主測(cè)線方向布設(shè)，檢查線總長(zhǎng)度不小于主測(cè)線總長(zhǎng)度的5%，符合測(cè)量規(guī)范要求。

2.5 設(shè)備安裝

為避開(kāi)遮擋物，GPS天線安裝在多波束支架之上。選擇測(cè)量船重心附近的兩側(cè)船舷位置（約1/2船長(zhǎng)處）焊接儀器支架，此位置安裝儀器能遠(yuǎn)離船主機(jī)、泵和螺旋槳并有效避免勘察船搖擺及噪音干擾。右舷焊接多波束測(cè)深儀的通用支架，于多波束測(cè)深儀前方約1m處焊接單波束測(cè)深儀支架。側(cè)掃聲納拖魚(yú)安裝于左舷，通過(guò)支出船舷拖曳（支出船體約1.5m），避開(kāi)船體對(duì)聲納資料干擾。GPS天線與測(cè)量?jī)x器換能器安裝位置如圖2所示。

圖2 儀器安裝位置示意圖

3 外業(yè)測(cè)量

3.1 潮位觀測(cè)

為了獲得精確的水深數(shù)據(jù)，在LNG重件碼頭設(shè)立臨時(shí)驗(yàn)潮站，采用自動(dòng)驗(yàn)潮儀與人工驗(yàn)潮相結(jié)合的方式，將潮位儀放入海面下，通過(guò)鋼絲纜懸掛在LNG重件碼頭臨時(shí)帶纜樁（確保低潮時(shí)期驗(yàn)潮儀不會(huì)干出海面），通過(guò)四等水準(zhǔn)測(cè)量，精確求得提供高程控制點(diǎn)BM3與水尺頂?shù)母卟?。在水深測(cè)量正式作業(yè)前半小時(shí)開(kāi)始潮位觀測(cè)，每10min讀取一個(gè)水位數(shù)據(jù)，精確到0.01m，在水深測(cè)量結(jié)束作業(yè)后半小時(shí)結(jié)束潮位觀測(cè)。將所測(cè)數(shù)據(jù)整理成電子表格后，與自動(dòng)驗(yàn)潮儀的潮位數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，潮位數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，潮位曲線平滑連續(xù)，比對(duì)結(jié)果良好，最大誤差±0.02m，符合測(cè)量規(guī)范要求。通過(guò)改正計(jì)算，將觀測(cè)到的潮位數(shù)據(jù)歸算到理論最低潮面上。潮位改正基面關(guān)系如圖3所示。

圖3 潮位改正基面關(guān)系圖

3.2 單波束水深測(cè)量

精確量取換能器的吃水深度，并在測(cè)深儀中輸入換能器吃水值，聲速采用標(biāo)準(zhǔn)1500m/s，后處理采用聲速剖面對(duì)水深數(shù)據(jù)進(jìn)行改正。整個(gè)測(cè)量過(guò)程中，根據(jù)水深變化實(shí)時(shí)調(diào)整儀器增益，軟件對(duì)全部水深值進(jìn)行吃水實(shí)時(shí)改正。

3.3 地貌測(cè)量

正確連接好儀器后，將側(cè)掃聲納拖魚(yú)放入水中，側(cè)掃聲納高頻與低頻掃寬量程均為70m，航速保持在4節(jié)左右，海底聲學(xué)圖像清晰。

3.4 多波束測(cè)量

3.4.1 偏移量取

首先以多波束換能器安裝桿與海水面交點(diǎn)作為參考原點(diǎn)，建立船體坐標(biāo)系，定義右舷方向?yàn)閄軸正方向，船艏方向?yàn)閅軸正方向，垂直向上為Z軸正方向，精確量取光纖羅經(jīng)、GPS、多波束換能器相對(duì)于參考原點(diǎn)偏移量，往返各量取一次，求取平均值作為最終結(jié)果[2]，輸入到多波束采集軟件中，進(jìn)行實(shí)時(shí)偏移修正。如表2所示。

表2 儀器設(shè)備偏移量

3.4.2 聲速測(cè)量

測(cè)量期間每天都進(jìn)行了不少于兩次的聲速測(cè)量。聲速測(cè)量時(shí)聲速計(jì)均勻達(dá)到海底，采用上下復(fù)測(cè)法，開(kāi)始時(shí)在水面下穩(wěn)定3min，下放和提升的速度均勻，小于0.5m/s。每天測(cè)前取表層聲速值輸入到Sonic Control 2000聲吶控制軟件中作為多波束的波束導(dǎo)向，保證PDS 2000采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。每天作業(yè)前和作業(yè)后均進(jìn)行聲速剖面測(cè)量，用于多波束和單波束的數(shù)據(jù)后處理。

3.4.3 多波束校準(zhǔn)

本次多波束安裝校準(zhǔn)區(qū)域選擇在測(cè)區(qū)內(nèi)港池北側(cè)與自然水域交界處，該區(qū)域陡坡坡度明顯、周?chē)匦纹教褂欣诙嗖ㄊ?zhǔn)測(cè)量。通過(guò)測(cè)區(qū)內(nèi)海底平坦海區(qū)沿相反方向以相同速度沿同一測(cè)線測(cè)得兩條帶斷面測(cè)量數(shù)據(jù)測(cè)試系統(tǒng)橫搖值（Roll）；通過(guò)測(cè)區(qū)內(nèi)水深變化大的陡坡區(qū)域沿相反方向以相同速度沿同一測(cè)線測(cè)得兩條帶的中央波束數(shù)據(jù)測(cè)試系統(tǒng)縱搖值（Pitch）；通過(guò)測(cè)區(qū)內(nèi)水深變化大的陡坡區(qū)域（間距為覆蓋寬度的2/3的兩條測(cè)線）沿相同方向以同一速度沿相鄰測(cè)線測(cè)得兩條帶的多波束邊緣數(shù)據(jù)測(cè)試系統(tǒng)艏搖值（Yaw）。Sonic 2024多波束系統(tǒng)采用PPS秒脈沖時(shí)間同步，Latency為0，不需校準(zhǔn)。每次設(shè)備安裝后均進(jìn)行了校準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)采用PatchTest程序計(jì)算出各校準(zhǔn)值，輸入到采集軟件中，以保證外業(yè)采集資料的實(shí)時(shí)顯示效果。

3.4.4 數(shù)據(jù)采集

工作期間嚴(yán)格按照技術(shù)要求進(jìn)行作業(yè)，對(duì)多波束剖面數(shù)據(jù)及120°多波束開(kāi)角的有效波束進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以確保多波束現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)質(zhì)量和有效覆蓋寬度。測(cè)量期間，換能器靜吃水未發(fā)生變化。測(cè)量船作業(yè)時(shí)船速控制在5節(jié)左右，不大于6節(jié)，保證測(cè)量數(shù)據(jù)質(zhì)量良好。測(cè)量船的橫向和縱向搖擺角度小于8°，多波束的發(fā)射頻率為300kHz，接收增益為10db，量程根據(jù)測(cè)區(qū)的實(shí)際水深進(jìn)行調(diào)整，以保證多波束取得最優(yōu)的測(cè)量數(shù)據(jù)。

4 數(shù)據(jù)處理

4.1 潮位數(shù)據(jù)處理

把重件碼頭臨時(shí)驗(yàn)潮站采集的潮位數(shù)據(jù)改正到理論最低潮面上，并編輯成后處理軟件所需的數(shù)據(jù)格式，供單波束及多波束數(shù)據(jù)處理。

4.2 導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理

先將導(dǎo)航數(shù)據(jù)資料對(duì)照計(jì)劃線進(jìn)行全面的檢查，剔除衛(wèi)星狀態(tài)不好時(shí)的定位粗差。根據(jù)每個(gè)儀器不同的位置偏移量，生成相應(yīng)的航跡圖。

4.3 單波束數(shù)據(jù)處理

先將記錄中測(cè)得的深度值對(duì)照模擬記錄紙進(jìn)行檢查，排序去掉錯(cuò)誤、多余和重復(fù)的數(shù)值后，通過(guò)潮位數(shù)據(jù)、聲速數(shù)據(jù)改正，輸出為AutoCAD DXF文件。

4.4 多波束數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理流程包括聲速折射修正、剔除錯(cuò)誤“飛點(diǎn)”、潮汐改正、聲速改正、海底曲面生成、數(shù)據(jù)合并、抽稀、輸出和繪圖等過(guò)程。其中聲速折射改正是對(duì)由于聲速誤差造成的海底彎曲變形進(jìn)行的修正，即修正“哭臉”、“笑臉”的過(guò)程。剔除“飛點(diǎn)”是人工去除錯(cuò)誤“跳點(diǎn)”的過(guò)程。處理流程如圖4所示。

圖4 多波束處理流程圖

4.5 主檢比對(duì)

把多波束數(shù)據(jù)和單波束數(shù)據(jù)分層導(dǎo)入到自主研發(fā)的《海測(cè)助手V4.1》軟件中，進(jìn)行主、檢測(cè)線水深符合性比對(duì)（檢查半徑為2.0m），檢查線水深共有1885個(gè)，有效檢查水深291個(gè)，超限點(diǎn)個(gè)數(shù)為0，比對(duì)符合測(cè)量規(guī)范要求[3]。比對(duì)要求如表3所示。

表3 主、檢測(cè)線水深符合性比對(duì)表

5 調(diào)查結(jié)果

5.1 地貌情況

專(zhuān)用錨地水域未見(jiàn)明顯強(qiáng)反射異常，未探測(cè)到疑似障礙物。專(zhuān)用航道整體海底地形較平整，共發(fā)現(xiàn)16處可疑障礙物；其中港池部分發(fā)現(xiàn)10處、航道區(qū)域發(fā)現(xiàn)6處，其聲學(xué)圖譜表現(xiàn)為反射強(qiáng)烈、陰影明顯。碼頭前沿及港池北側(cè)水深驟淺區(qū)域，聲納影像反射強(qiáng)。聲學(xué)影像如圖5所示。

圖5 專(zhuān)用航道和港池側(cè)掃聲納聲學(xué)圖譜

5.2 地形情況

專(zhuān)用錨地水域海底整體地形平整，水深由西北向東南逐漸變深，掃測(cè)范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)明顯障礙物。接收站水域掃測(cè)結(jié)果顯示，測(cè)區(qū)內(nèi)內(nèi)存在多處離散的孤立淺點(diǎn)。淺點(diǎn)影像如圖6所示。

圖6 LNG碼頭前沿淺點(diǎn)影像

5.3 可疑淺點(diǎn)潛水探摸

根據(jù)可疑淺點(diǎn)坐標(biāo)，定位工程師指揮作業(yè)船移動(dòng)到可疑淺點(diǎn)附近，作業(yè)船拋錨就位，移動(dòng)船位將左舷中部（潛水員要下水的位置）對(duì)齊可疑淺點(diǎn)。船舶完成就位后，關(guān)閉船舶發(fā)動(dòng)機(jī)，鎖定推進(jìn)器。作業(yè)人員在可疑淺點(diǎn)垂直上方的位置拋入水砣后，潛水員沿入水繩入水到達(dá)可疑淺點(diǎn)位置；潛水員對(duì)可疑淺點(diǎn)進(jìn)行探摸、測(cè)量，確認(rèn)淺點(diǎn)的性質(zhì)、材質(zhì)、形態(tài)、尺寸等。探摸結(jié)果顯示，可疑淺點(diǎn)范圍內(nèi)的可疑物均為礁石。

6 結(jié)論及建議

（1）建議對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)離散的孤立淺點(diǎn)，根據(jù)淺點(diǎn)所處位置、深度及分布形態(tài)確定施工處理方案；

（2）建議對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)不滿足水深要求的區(qū)域制定相應(yīng)的施工處理方案；

（3）建議定期對(duì)船舶通航區(qū)域進(jìn)行水深掃側(cè)，掌握回淤規(guī)律和狀態(tài)；

（4）建議根據(jù)水深掃測(cè)報(bào)告及設(shè)定的驗(yàn)收標(biāo)高，及時(shí)對(duì)回淤泥沙及塊石進(jìn)行疏浚。