摘要：為了研究荊江松滋口水位變化情況，提高水深測(cè)量精度，應(yīng)用GNSS三維水道觀測(cè)技術(shù)對(duì)松滋口水位進(jìn)行觀測(cè)。結(jié)果表明：GNSS三維水道觀測(cè)技術(shù)可反映船舶動(dòng)態(tài)吃水、船速及姿態(tài)變化情況，觀測(cè)結(jié)果滿足水位測(cè)量精度。在試驗(yàn)水位41.75 m（1985國家高程基準(zhǔn)）時(shí)，松滋口橫斷面水位呈現(xiàn)“微凹”形，且左岸水位略高于右岸，變化范圍為3～5 cm。

關(guān)鍵詞：水位變化； 水深測(cè)量； GNSS三維水道觀測(cè)； 松滋口

中圖法分類號(hào)：P332

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.S1.002

文章編號(hào)：1006-0081（2024）S1-0004-03

0 引 言

傳統(tǒng)水深測(cè)量需在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量的潮位觀測(cè)站，采用觀測(cè)潮位、水下測(cè)點(diǎn)平面定位及時(shí)間序列，按一定的潮位解算方法得出水下測(cè)點(diǎn)測(cè)時(shí)水位。由于水深測(cè)量過程中受GNSS定位狀態(tài)、水位變化、姿態(tài)、涌浪等多種因素影響，水下地形測(cè)量精度有限［1］。目前，在海域、港口區(qū)域以及長(zhǎng)江下游感潮河段，傳統(tǒng)水深測(cè)量逐步被內(nèi)外業(yè)一體化的GNSS三維水道觀測(cè)技術(shù)所取代［2-5］。GNSS三維水道觀測(cè)技術(shù)運(yùn)用于有水位變化的自然河段分流口區(qū)域的研究較少。因此，本文利用GNSS三維水道觀測(cè)技術(shù)，分析松滋口水位變化，旨在為水下地形測(cè)量、沖淤演變分析、護(hù)岸防護(hù)、崩岸治理提供參考。

1 研究區(qū)域概況

松滋口口門左岸為下百里洲頭的偏洲（砂質(zhì)）邊灘，抗沖刷能力弱，口門處護(hù)岸及水下拋石區(qū)域工程范圍僅約200 m，其余未護(hù)段為崩岸，近年來有崩退跡象。右岸為硬土質(zhì)岸坡，歷年來較為穩(wěn)定。松滋口口門分流道與長(zhǎng)江干流主流流向交角約60°，受彎道環(huán)流的作用，底沙進(jìn)入口門較少，并且有利于分流。

2 研究方法

利用GNSS 動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)、測(cè)深儀及其他附屬設(shè)備實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)，通過實(shí)時(shí)或事后聯(lián)合解算，計(jì)算出測(cè)深儀換能器聲學(xué)中心的三維位置，從而獲得水下測(cè)點(diǎn)的平面位置和高程［1］。

2.1 內(nèi)、外符合精度驗(yàn)證

將水下定位GNSS流動(dòng)站架設(shè)到高等級(jí)控制點(diǎn)上進(jìn)行檢測(cè)比對(duì)，在GNSS獲得固定解狀態(tài)下采用Hypack軟件連續(xù)記錄測(cè)量數(shù)據(jù)10 min，每個(gè)比測(cè)點(diǎn)采集60組比測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)比測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)、外符合精度評(píng)價(jià)。① 內(nèi)符合精度評(píng)價(jià)方法：分別計(jì)算多組測(cè)量數(shù)據(jù)的X方向、Y方向和高程方向的標(biāo)準(zhǔn)差Mx，My，Mz。② 外符合精度評(píng)價(jià)方法：計(jì)算測(cè)量數(shù)據(jù)均值，將均值與控制成果進(jìn)行比較，計(jì)算出差值。內(nèi)、外符合精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：平面坐標(biāo)最大互差為0.030 m，高程方向最大互差為0.043 m，滿足SL 257-2017《水道觀測(cè)規(guī)范》平面坐標(biāo)互差不大于5 cm，高程方向互差不大于30D 要求（D為流動(dòng)站與基準(zhǔn)站距離，km）。

2.2 驗(yàn)潮方式檢核

選取2.0 km天然順直河段同步布設(shè)2個(gè)臨時(shí)水位站，臨時(shí)水位站間隔10 min記錄1次水位漲落情況，采用單波束方式進(jìn)行測(cè)量，共計(jì)采集1 265個(gè)測(cè)點(diǎn)。統(tǒng)計(jì)臨時(shí)水位站進(jìn)行潮位改正后的水下測(cè)點(diǎn)水面高與利用GNSS三維水道觀測(cè)技術(shù)動(dòng)態(tài)獲取的水面高的差值，詳見表2。

統(tǒng)計(jì)表明：潮位站推算水面高與GNSS三維水道觀測(cè)計(jì)算水面高的差值Δ在-0.1～0.1 m區(qū)間內(nèi)的測(cè)點(diǎn)數(shù)為1 262個(gè)，占總測(cè)點(diǎn)數(shù)的99.8%；大于0.1 m的測(cè)點(diǎn)數(shù)僅為3個(gè)，占總測(cè)點(diǎn)數(shù)的0.2%，滿足SL 257-2017《水道觀測(cè)規(guī)范》中“互差小于或等于0.10 m的點(diǎn)數(shù)占比對(duì)總點(diǎn)數(shù)的80%，互差小于或等于0.20 m的點(diǎn)數(shù)占比對(duì)總點(diǎn)數(shù)的95%”的規(guī)定。計(jì)算中誤差僅為±0.03 m。

說明GNSS三維水道觀測(cè)技術(shù)可作為分析水位變化技術(shù)手段。

3 松滋口水位變化分析

受換能器安裝位置、船速和動(dòng)態(tài)吃水因素影響，GNSS三維水道觀測(cè)技術(shù)所反映的瞬時(shí)水面高也可能出現(xiàn)“水位變化假象”。在松滋口間隔選取5個(gè)典型斷面（斷面間距120～160 m），通過控制變量法，即施測(cè)時(shí)保持施測(cè)船速穩(wěn)定、施測(cè)方向一致，根據(jù)松滋口水位漲落情況將觀測(cè)數(shù)據(jù)歸算至同一時(shí)刻進(jìn)行斷面水位變化情況分析，詳見圖1。

試驗(yàn)過程中，首先在測(cè)船相對(duì)靜止時(shí)采用RTK測(cè)量一組高程，然后測(cè)船以高速（大于3 m/s）、中速（2～3 m/s）、低速（小于1.5 m/s）行駛，分別以迎水和背水各測(cè)量一組RTK高程數(shù)據(jù)，對(duì)6組數(shù)據(jù)進(jìn)行水面高程比較，統(tǒng)計(jì)見表3。

測(cè)船（巡測(cè)18號(hào)）動(dòng)態(tài)吃水的變化主要是由于船速變化引起的差值。迎水面的水面高程均大于背水面的水面高程，但兩者差值均在1 cm以內(nèi)，說明在船舷左右側(cè)安裝換能器對(duì)水面高程影響較小。在試驗(yàn)水位41.75 m（1985國家高程基準(zhǔn)）時(shí)，松滋口橫斷面水位呈現(xiàn)“微凹”形，且左岸水位略高于右岸，變化范圍為3～5 cm。

4 結(jié) 論

本文基于GNSS三維水道觀測(cè)技術(shù)，對(duì)松滋口水位變化展開觀測(cè)，得到主要結(jié)論如下。

（1） GNSS三維水道觀測(cè)技術(shù)精度可滿足水位測(cè)量要求。

（2） 松滋口在試驗(yàn)水位41.75 m（1985國家高程基準(zhǔn)）時(shí)，橫斷面水位呈現(xiàn)“微凹”形，且左岸水位略高于右岸，變化范圍為3～5 cm。

GNSS三維水道觀測(cè)技術(shù)手段可以較好地反映水位變化、船速、涌浪、動(dòng)吃水等情況，并在后處理中可有效規(guī)避此類誤差，一定程度上提升了水下地形測(cè)量精度。本次研究中，由于松滋口口門左岸進(jìn)行了護(hù)坡及水下拋石等防護(hù)工程，一定

程度上改變了自然河道的水力因素，導(dǎo)致左岸凹進(jìn)處流場(chǎng)紊亂，深泓貼近左岸，且試驗(yàn)測(cè)次有限，今后將進(jìn)一步針對(duì)三維流場(chǎng)、水文泥沙、岸坡糙率等進(jìn)行觀測(cè)，以探究河道分流口水位變化成因。

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