□ 裴洪超

（辽宁省基础测绘院，辽宁 锦州 121003）

0.引言

辽宁省大中型水库，经过多年的运行，库区的地形、地貌都发生了很大变化，特别是水库多年的淤积，对库盆形态及库容均产生了重大影响。为了摸清水库现状的淤积量和库容参数，为水库的科学管理和调度提供重要依据，在“十三五”期间按照制定的规划需要对水库水下地形进行系统而全面的测量。白石水库1∶2000水下地形测量项目，通过采集内陆水域水下地形数据，并与已有陆地部分地形数据进行拼接，获取陆地与水域完整的地形数据，为环保、水利、渔业、交通等部门提供更丰富的水系地理信息，为相关部门开展水库管理、饮用水调度、防洪减灾、河道清淤等工作提供有力的数据支持，促进辽宁省水资源保护和利用。

1.白石水库测区特点

白石水库位于辽宁省朝阳市境内大凌河干流上，控制流域面积17649Km2。水库总库容1.645×109m3，其中防洪库容 3.89×108m3，多年平均年调节水量5.28×108m3，现已成为朝阳、锦州、阜新三大城市居民饮用水的重要水源地。地理位置位于中纬度地带，属于温带季风气候，年平均气温6.2～9.7℃。全年降水量509mm左右，全年无霜期153天左右。受季风影响，降水集中在夏季，温差较大，四季分明。

我们对水库进行了详细地踏勘，以便更好地开展测量工作。白石水库形状为南北方向狭长，常年受季风影响较大，是全省水库中风力最大、最多的水库，在正常情况下每天都是中午开始起风变大，只有半夜到上午风力较小的一段时间适合工作。风浪太大，对船的行驶造成的危险是非常大。

水库中下游依山而建，两侧沟沟岔岔很多，大多都是窄长的形状，不利于大船在里面掉头行驶；下游部分地方是渔业公司水产养殖和捕捞的区域，渔网较多，渔网若看不见，很容易被绞到挂机上，造成熄火；水库上游和中游两侧浅水区域各有一片地形复杂的厡移民拆迁区域，水底留有居民区遗址，船只不能靠近。

针对踏勘报告反映的测区实际情况，对不同的地形特点采用单波束、多波束和无人船联合作业的模式，以达到更好完成任务的目的。

2.多波束测深仪的应用

2.1 多波束测深系统工作原理

多波束测深系统能够有效探测水下地形，得到高精度的三维地形图。其工作原理图（如图1所示）。

多波束测深系统是利用发射换能器阵列向海底发射宽扇区覆盖的声波，利用接收换能器阵列对声波进行窄波束接收，通过发射、接收扇区指向的正交性形成对水底地形的照射脚印，对这些脚印进行恰当的处理，一次探测就能给出与航向垂直的垂面内上百个甚至更多的海底被测点的水深值，从而能够精确、快速地测出沿航线一定宽度内水下目标的大小、形状和高低变化，比较可靠地描绘出海底地形的三维特征。

多波束测深系统具有测量范围大、测量速度快、精度和效率高的优点，它把测深技术从点、线扩展到面，并进一步发展到立体测深和自动成图，特别适合进行大面积的水底地形探测。

2.2 测区采用仪器及工作实施

白石水库的上游平均水深2m，下游平均水深20m，能够满足船的安全行驶区域，占整个水库面积的75%，决定我们利用多波束测深仪进行水下地形测量。

图1 多波束测深仪工作原理

我们采用的是最新购置的IMAGENEX DT101多波束测深仪，它是一款将发射换能器、接受换能器、姿态传感器、表面声速仪集成在一起的设备。结构紧凑，仅需要外接双天线GNSS接收机即可快速安装进行测量。

图2 IMAGENEX DT101多波束测深仪

按设计要求采用水下全覆盖测量，测线方向平行于水流方向，测线间距依据水深而定。门限开角选用120度，测线的条带宽度是水深的3.5倍，航线重叠覆盖率为15%-30%。

由于不同流域，不同水质对声速传播产生影响不同，因此根据水库分布情况，在水库上游、中游和下游分别进行声抛数据采集，在软件中加入声速改正值对数据进行声速改正，提高水深数据测量精度。采用AML Micro.X SVP水下声速剖面仪，对测量的水下声速数据进行改正。

2.3 问题及处理方法

2.3.1 对边缘波束异常的处理

现象：多波束数据条带编辑器里显示边缘波束发散或子区编辑里显示边缘波束发散。这种异常引起的子区编辑时，相邻线符合差；子区移动时，同测线前向视图中，水深有快速左右摇的现象。

产生原因：多波束探头安装不牢固；姿态传感器安装位置不稳定；各设备数据间没有精确的时间同步。

处理方法：改善探头安装情况，加固，下方增加支点等；选择合适的姿态传感器安装位置，安装牢固，测量时避免船的共振；检查时间同步设置，连接线，GPS设置等。时延为常数时可用前面的方法处理。

2.3.2 波束弯曲的处理

现象：进行声速改正后，在HIPS线编辑模式下，波束的前向视图中波束弯曲较大。引起的问题是相邻测线水深不符合，呈现交叉状。

产生原因：多波束换能器表面声速错误；声速剖面测量值不正确；测区声速变化大。

处理方法：在线模式中，进行声速折射改正。

经过我们的努力，合理利用船只，根据天气情况规避了风大的时间段，保证船只在安全的环境下工作，按设计的航线控制好测量范围，很好地完成了预定的测区面积。

3.单波束测深仪的应用

3.1 单波束测深系统工作原理

单波束测深系统回声仪每次只能发射一束声波，只能得到一个水深数据点。在测量一个区域的水下地形，须先根据出图比例和规范要求，预先确定测点和测线的间距，再用水文船逐点进行测量，以此画出地形等高线图。

3.2 测区采用仪器及工作实施

针对白石水库水深范围0.8m-2m的区域以及水库两岸沟沟岔岔的区域，由于大船驶入及多波束测深仪不能正常展开，因此我们采用HD360单波束测深系统对这片区域进行水下地形测量。

单波束测深仪安装在装有挂机的橡皮艇上。对于橡皮艇则先充满气，使其膨胀起来，然后用配件进行固定仪器设备，我们上船连接各线，将GPS、测深仪显示器打开，进行测深仪处理软件设置，完成测区范围的测线布设控制。

3.3 问题及处理方法

问题：受鱼网、水草的影响，鱼网若看不见，很容易被绞到挂机上，造成熄火，水草造成测深仪多次回波。

处理方法：在橡皮艇上坐三人，其中一人做最前面，时刻观察水里是否存在鱼网；对于水草造成回波干扰，由另一工作人员进行调档，往大调，待显示清晰为止。

经过我们的努力，合理利用船只，按设计的航线控制好测量范围，很好地完成了整个水库面积16%的测区范围，解决了多波束测深仪不能展开利用的问题，高质量完成了任务。

4.无人测量船的应用

4.1 测区采用仪器及工作实施

图3 中海达iBoat BM1无人测量船

白石水库设计测量的区域0m至0.8m水深范围的区域有9%，由于该区域大都是浅滩，还有两处移民拆迁区域，行船危险也会对单波束测深仪造成损坏，因此采用中海达iBoatBM1无人测量船。无人测量船很好地解决了在白石水库平稳浅水区域，使用RTK直接测量水下三维坐标，效率太低；地质崩塌区域测量，危险性很大；居民拆迁区域水下地形复杂等问题，提高了工作效率。利用架设基准站，使用操控软件控制无人船按设计的路线行驶，采集了浅滩区域及危险地形区域的数据，快速高效地完成了最后整个区域的测绘任务。

4.2 问题及处理方法

现象：测深模拟信号跳点较多，无法处理。

处理方法：若跳点数据出现在主测线中心位置，对此部分进行补测；若出现在岸边位置，此时船停止不动，测深未停止记录，将跳点部分直接删除。

5.结束语

白石水库由于复杂的地形环境，决定了单一的作业模式不能完全有效展开。单波束测深仪、多波束测深仪及无人测量船的联合作业模式全面解决了白石水库地域、地形特点的问题，设计区域的水下地形图测量全部能够在规定的时间内高质量的完成，获取了水体覆盖下高精度的1∶2000水底地形图，能够为渔业捕捞、水产养殖、水利设施建设、水库资源开发等提供基础数据和图件。