珠海市橫琴新區(qū)環(huán)島西堤工程水下浮泥測量探討

◎ 宋高偉 廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院

1.前言

珠海市橫琴新區(qū)環(huán)島西堤海堤位于珠海市橫琴島西南側(cè)，屬于磨刀門堤防工程。通過環(huán)島西堤堤岸和環(huán)島西路水閘的建設(shè)，結(jié)合磨刀門其余堤防段、十字門堤防、濱海東路水閘等防洪工程措施，形成封閉的防洪潮系統(tǒng)，保護(hù)橫琴新區(qū)約21.02km2的面積。本工程設(shè)計防潮標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，海堤工程級別為1級。堤圍防護(hù)對象為珠海市橫琴國家級新區(qū)。此次建設(shè)環(huán)島西堤大部分屬于新建海堤，堤圍主體經(jīng)過大面積沼澤地及淺海海域，水下浮泥層存在較大不確定性，因此水下地形測量特別是浮泥層的測量對工程設(shè)計及施工尤為重要。

2.水下地形及浮泥層測量方法

水下地形測量中，浮泥層的測量有物理測量法和采樣測量法兩種。因采樣測量法價格高昂，操作過程繁瑣，實施工期長，采樣測量法漸漸不再被使用，漸漸由物理測量法即采用雙頻測探儀進(jìn)行現(xiàn)場測量成為主流。

水下地形測量主要包括定位和測深兩大部分，在工程測量中，通常采用“GNSS-RTK+多普勒雙頻測深儀”模式進(jìn)行。采用GNSS-RTK技術(shù)定位，獲取水下地形點平面坐標(biāo)和水面高程H1，采用數(shù)字測深儀獲取水的深度值H2，水下地形點高程H由水面高程H1減去水的深度值H2獲得。雙頻測深儀通過發(fā)射高低頻組合脈沖信號，利用聲波信號在水下反射時間差來測定水的深度值，水的深度為時間差乘與聲波在水中的傳播速度。在我院長期的實踐過程中，通常只采用雙頻測深儀的高頻測量數(shù)據(jù)，而低頻數(shù)據(jù)僅作為參考對比使用。雖然理論上低頻信號在較低密度的泥層中有較好的穿透能力，也正因為低頻的穿透能力，使得在實際操作工程中，無法確定反射波是從地層的哪個界面返回，從而無法確認(rèn)低頻測量信號的準(zhǔn)確性。因此，我們可以通過測量中適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，利用低頻信號的穿透能力所獲得的較深的水的深度值與高頻信號獲得水的深度值進(jìn)行同位對比來計算水下浮泥層概略厚度，從而為設(shè)計提供參考。

表1 測量數(shù)據(jù)記錄表

高頻頻率通常選擇200kHz左右，可測出水底地層表層高程；低頻頻率通常選擇20～50kHz之間，可以測出水底地層浮泥層以下地層高程，通過高低頻測量高程結(jié)果可計算水底地層表層浮泥層厚度，作為堤防工程設(shè)計的參考依據(jù)。

3.工程實踐

在珠海市橫琴新區(qū)綜合開發(fā)項目環(huán)島西堤堤岸及景觀工程中，我們首次通過實踐，采用多普勒雙頻測深儀通過高低頻測量數(shù)據(jù)來獲取水下浮泥層厚度，并采用刻度工具對測量結(jié)果進(jìn)行驗算。在本項目中，水域測量主要集中在三部分：環(huán)島西堤起點（中海油油庫碼頭）、終點（深井山頭段）及西堤水閘進(jìn)出口部分。在施測時，我們將低頻頻率設(shè)置為20kHz，以獲取最大穿透能力。在對這三部分進(jìn)行施測過程中，當(dāng)測量船行至適當(dāng)位置時，通過GNSSRTK+多普勒雙頻測深儀取得多組數(shù)據(jù)，見 “測量數(shù)據(jù)記錄表”。同時使用測深校準(zhǔn)板或棱鏡桿等有刻度的工具，對測深數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查校驗，見“水下測量水深數(shù)據(jù)檢查記錄表”。通過檢查記錄表可以看到，多普勒測深儀測量水深數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，可供使用。

通過在這三部分的高低頻測量數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，起點與終點段，高低頻數(shù)據(jù)接近一致，說明海底未見明顯浮泥層，該結(jié)果也與測桿實地探測結(jié)果相符。在這兩段測量過程中，多次人工測量深度數(shù)據(jù)與多普勒雙頻測深儀高頻水深數(shù)據(jù)一致，說明測深儀高頻水深數(shù)據(jù)所測水深即為水面至水底泥層表面的深度，環(huán)島西堤起點油庫碼頭段與終點深井山頭段均為砂石水底；在西堤水閘進(jìn)口段，通過測量發(fā)現(xiàn)，低頻水深數(shù)據(jù)比高頻水深數(shù)據(jù)略高，懷疑水底有浮泥層。后經(jīng)多次探測發(fā)現(xiàn)，該片水域底部有一層淤積水草層，非明顯浮泥層。通過本次實踐測量也佐證了多普勒雙頻測深儀低頻脈沖并不能很好的體現(xiàn)水底實際浮泥層厚度，容易受水底其它物體的影響，從而影響測量結(jié)果。

4.結(jié)論及建議

通過在環(huán)島西堤工程中的實踐，我們發(fā)現(xiàn)，利用多普勒雙頻測深儀高低頻信號的不同特征，可以實現(xiàn)對水底浮泥層或其他低密度淤積層的概略探測。

但由于浮泥層或者其他淤積層密度分布通常無規(guī)律，具有多樣性多變性的特征，且低頻聲波信號對浮泥層或者其他淤積層穿透能力的不確定性，容易出現(xiàn)誤探，所探測浮泥層或淤積層厚度絕對精度并不高，建議只能作為輔助數(shù)據(jù)供設(shè)計參考。

總結(jié)發(fā)現(xiàn)，在測量過程中，盡量將低頻頻率設(shè)置較低數(shù)值（建議20kHz），保持測量船低速勻速運行，可以獲得更為準(zhǔn)確的對比數(shù)據(jù)。