關(guān)于提升內(nèi)河航道掃床水平的探討

郭明明

（徐州市航道管理處，江蘇徐州221000）

關(guān)于提升內(nèi)河航道掃床水平的探討

郭明明

（徐州市航道管理處，江蘇徐州221000）

發(fā)展航道掃床是用專(zhuān)用工具或儀器檢測(cè)航槽內(nèi)有無(wú)障礙物并測(cè)定其位置的作業(yè)，是維護(hù)日常航道順利通航的最重要手段之一。為了適應(yīng)航道養(yǎng)護(hù)現(xiàn)代化發(fā)展需要，提高航道掃床工作標(biāo)準(zhǔn)化水平，研究與探討提升航道掃床方式是很有必要的。通過(guò)對(duì)幾種常用的航道掃床方式進(jìn)行探討，主要有硬式掃床、軟式掃床、混合式掃床、數(shù)字化掃床，通過(guò)分析各種掃床方式的優(yōu)缺點(diǎn)，建議采用多波束測(cè)深儀系統(tǒng)結(jié)合軟式掃床對(duì)航道進(jìn)行掃測(cè)，以實(shí)現(xiàn)高效、精準(zhǔn)的航道掃床。

航道養(yǎng)護(hù)；軟式掃床；有硬式掃床；數(shù)字化掃床

目前，內(nèi)河航道掃床較多采用傳統(tǒng)方式，即硬式掃床、軟式掃床、混合式掃床。這些傳統(tǒng)的掃床方式存在著方法落后、效率低、能耗高、無(wú)法準(zhǔn)確了解航道存在的問(wèn)題等缺點(diǎn)，更無(wú)法做到對(duì)影響通航的因素精準(zhǔn)掌握，做到有針對(duì)性地進(jìn)行航道養(yǎng)護(hù)。因此，積極探討提升航道掃床的現(xiàn)代化水平十分必要。

1 航道掃床工作的意義和作用

航道是水運(yùn)事業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，航道的通暢是保證船舶安全航行的最基礎(chǔ)要求。內(nèi)河航道的日常維護(hù)是保深度、保標(biāo)準(zhǔn)、保暢通，維持并可能改善通航條件和提高通過(guò)能力的工作，為保障航行安全創(chuàng)造了條件。航道維護(hù)主要手段有航道疏浚、航道整治、清障、掃床、護(hù)坡等，其中，航道掃床工作是航道日常維護(hù)工作中最重要的手段之一，航道掃床的主要任務(wù)是通過(guò)技術(shù)工具手段對(duì)航道進(jìn)行掃床及時(shí)發(fā)現(xiàn)水下障礙物并清除，保證航道的深度、寬度、彎曲半徑滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求，以保障航道暢通無(wú)阻。航道掃床主要應(yīng)用在航道日常維護(hù)、疏浚工程竣前掃床、航道爆破清障、清障工程竣工驗(yàn)收等方面。

2 內(nèi)河航道普遍使用的航道掃床方式

目前，內(nèi)河航道普遍使用的主要掃床方式有硬式掃床、軟式掃床、混合式掃床。

2.1 硬式掃床

硬式掃床也稱(chēng)定深掃床，是在吃水淺的船舶下面懸掛活動(dòng)板或硬質(zhì)活動(dòng)桿（鋼管等），板（桿）的下端水平地伸到航道水深處，船舶沿著順?biāo)鞣较蛐旭?。在板（桿）觸碰到高出航道水深的障礙物時(shí)，板（桿）就會(huì)出現(xiàn)擺動(dòng)的現(xiàn)象，這就說(shuō)明此處有障礙物存在。此方法主要是對(duì)河床不平整、土質(zhì)較硬或存在光滑的障礙物的情況適用，但是對(duì)于軟質(zhì)河床或棱體、暗樁、塊石類(lèi)、雜草等障礙物較多的河床，不適宜采用硬式掃床，易將滑板（桿）折斷。

2.2 軟式掃床

軟式掃床也稱(chēng)拖地掃床，其掃具是一條鏈索或繩索系重物，兩端分別固定在兩只船艇拖帶沿河底同步前進(jìn)，兩艘船艇保持一定的橫向距離，鏈索碰障礙物時(shí)，兩艘船艇就自動(dòng)靠近，從而可查明障礙物的位置。軟式掃床應(yīng)用較多，具體采取的方法也不局限于定義，實(shí)際操作方法有2種：①利用航政艇單船拖帶鏈索，船后綁8 m長(zhǎng)的鋼管或角鐵，兩端系30 m長(zhǎng)的鏈索或繩索加掛沉重物，對(duì)航道進(jìn)行來(lái)回掃床。此法不受航道繁忙限制，但是掃床寬幅較窄，需要來(lái)回掃床多次，油耗大、成本高，但無(wú)法探測(cè)水下河床淺灘以及對(duì)硬質(zhì)塊類(lèi)物反應(yīng)不靈敏。②利用2只小船各拖一端纜索（20 m長(zhǎng)鐵鏈索外加30 m繩索，配多塊重物），沉入河底進(jìn)行掃床。此方法只需要1次掃床就可以達(dá)到掃床寬度，不需要來(lái)回掃床，成本低。此外，還對(duì)硬質(zhì)塊類(lèi)物有一定的靈敏度。缺點(diǎn)是對(duì)航道內(nèi)淺灘無(wú)法探測(cè)，在繁忙航段不適宜采用。

2.3 混合式掃床

混合式掃床方式，利用掃桿纜索浮體等組成的混合掃具對(duì)航道一定深度范圍內(nèi)進(jìn)行掃測(cè)，從而查明障礙物的位置。在實(shí)際操作中，混合掃床方式是采用長(zhǎng)6 m或8 m，直徑大于110 mm鋼管，在鋼管離兩端各0.5 m處焊接1個(gè)鐵環(huán)系纜索，纜索分別系在單船兩側(cè)，兩側(cè)纜索的長(zhǎng)度L=5h（h為航道水深）。在鋼管中部焊接1個(gè)安拆方便的套管，套管高0.4 m，直徑φ1≥14 mm，在套管的中間留有螺絲孔，用來(lái)緊固水尺標(biāo)桿，在水尺標(biāo)桿離上端0.5 m處焊接1個(gè)鐵環(huán)便于系繩索，繩索的另一端系在船上，通過(guò)繩索調(diào)整水尺標(biāo)桿的垂直。在實(shí)際應(yīng)用中，首先了解航道水位情況，將連接好的鋼管沉入河底，校正水尺標(biāo)桿讀數(shù)標(biāo)記，根據(jù)水尺標(biāo)桿讀數(shù)的變化，便可發(fā)現(xiàn)水下障礙物的位置。

此方式優(yōu)點(diǎn)是可直觀地考察航道河床現(xiàn)狀，準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)水下障礙物及其位置，通過(guò)鋼管碰撞傳播聲音能分辨出硬質(zhì)障礙物，還可以測(cè)出航道當(dāng)時(shí)的水深以及航道河床底高程沿途變化情況；此方式的缺點(diǎn)是掃床工具比較笨重，操作煩瑣。

3 數(shù)字化航道掃床技術(shù)應(yīng)用的探討

數(shù)字化航道掃床技術(shù)是指采用多波束測(cè)深儀對(duì)水下地形進(jìn)行掃測(cè)，并通過(guò)集成定位系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)協(xié)同工作，利用專(zhuān)用軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)高速處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)航道河床的精確掃測(cè)。數(shù)字化航道掃床能夠?qū)崟r(shí)發(fā)現(xiàn)水下障礙物、淺點(diǎn)，直觀地辨別障礙物大小、類(lèi)型，及時(shí)清除水下障礙，為船舶航行提供保障。該項(xiàng)工作實(shí)施后，可對(duì)航道水下斷面情況及存在的障礙物精準(zhǔn)定位，精確測(cè)出航道斷面圖，并形成航道斷面的電子數(shù)據(jù)及電子圖，為航道疏浚提供依據(jù)；還可形成航道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為實(shí)現(xiàn)航道養(yǎng)護(hù)數(shù)字化和標(biāo)準(zhǔn)化提供依據(jù)。

3.1 多波束測(cè)深系統(tǒng)的掃床效果

多波束測(cè)深系統(tǒng)的掃床是以帶狀的方式工作，波束不間斷地連續(xù)發(fā)射和接收，對(duì)水下地形可做到全面覆蓋。與單波束相比而言，波束角窄，對(duì)微小的地形變化也能夠很清楚地反映出來(lái)。多波束測(cè)深系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果更加真實(shí)、可靠，多波束測(cè)量有大量的水深點(diǎn)數(shù)據(jù)，由水深點(diǎn)生成水深線(xiàn)，這樣使生成的等深線(xiàn)更加真實(shí)、可靠。多波束測(cè)深系統(tǒng)同步記錄下了船舶姿態(tài)信息，船舶的起伏、縱搖、橫搖、船向等，經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)的后處理軟件對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正，將不利因素減至最少，保證測(cè)量更加真實(shí)、可靠。多波束測(cè)深系統(tǒng)可以對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行多種成圖處理，可生成等深線(xiàn)圖、三維立體圖、彩色圖像、剖面圖等，同時(shí)，還可以對(duì)同一測(cè)區(qū)不同測(cè)次進(jìn)行對(duì)比和土方測(cè)算等。多波束測(cè)深系統(tǒng)可以對(duì)同一測(cè)區(qū)生成多種比例尺的水下地形圖，以滿(mǎn)足各種需要。多波束具有高分辨率、高精度的特點(diǎn)，特別適用于水下地形、障礙物等微地貌掃床測(cè)量，測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確。多波束結(jié)合導(dǎo)航采集軟件可以實(shí)時(shí)3D顯示水下地形，比較直觀方便，非常適合隨機(jī)障礙物掃測(cè)，如果需要對(duì)障礙物進(jìn)行清理，則對(duì)現(xiàn)場(chǎng)決策有很好的指導(dǎo)作用。

3.2 采用多波束測(cè)深儀存在的問(wèn)題

根據(jù)多波束測(cè)深系統(tǒng)的測(cè)深原理，雖然其測(cè)深精度高，但對(duì)于以下問(wèn)題是無(wú)法克服的，需要結(jié)合軟式掃床方式發(fā)現(xiàn)確認(rèn)：①對(duì)于細(xì)微的水下障礙物的測(cè)量難以達(dá)到100%準(zhǔn)確。比如水下豎向的鋼筋，在測(cè)量時(shí)如果鋼筋垂直于測(cè)深聲吶，則有可能避開(kāi)聲波的覆蓋范圍。②對(duì)于浮在水里的雜草或雜物，會(huì)造成多波束反應(yīng)靈敏，無(wú)法判斷是雜草、雜物，還是淤積淺灘。③采用多波束測(cè)深儀系統(tǒng)不能及時(shí)清除雜草、雜物、水下蝦籠網(wǎng)、暗樁等，還需結(jié)合軟式掃床進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)清理。④采用多波束測(cè)深儀掃床工作時(shí)間受限，不能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，成本較高。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)多年航道掃床經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，無(wú)論是硬式掃床、軟式掃床，還是混合式掃床，均對(duì)水下障礙物反應(yīng)靈敏度較低，特別是對(duì)河床淤積情況更是無(wú)法判別。此外，對(duì)一些留存在航道內(nèi)的石塊等礙航物無(wú)法定位，掃床質(zhì)量差，對(duì)保障航道安全暢通存在一定的缺陷。為了提高航道養(yǎng)護(hù)工作的精細(xì)化程度，推進(jìn)航道養(yǎng)護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)化，建議采用多波束測(cè)深儀系統(tǒng)結(jié)合軟式掃床對(duì)航道進(jìn)行掃測(cè)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的航道掃床。同時(shí)，建議由省級(jí)航道主管部門(mén)開(kāi)展掃床設(shè)備和方法的專(zhuān)題研究，針對(duì)不同等級(jí)航道、不同的航道現(xiàn)狀有針對(duì)性地進(jìn)行設(shè)備配置，通過(guò)試點(diǎn)積累經(jīng)驗(yàn)，逐步提升航道掃床的現(xiàn)代化水平。

〔編輯：張思楠〕

U617

：A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.15.083

2095-6835（2017）15-0083-02