Sonic 2026多波束测深系统在小浪底水利枢纽的应用

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　　摘  要：与传统测设技术相比，多波束测深系统具有高精度、高分辨率的优点。将Sonic 2026多波束测深系统应用于小浪底水利枢纽近坝区的水下地形测量工作，结果发现，该系统覆盖面宽、分辨率高，且能完成对垂直壁面的扫测工作;以进水塔上孔洞的实际尺寸为基准，测量误差最大为0.33m。
　　关键词：Sonic 2026;多波束测深系统;小浪底水利枢纽
　　中图分类号：P229 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）07-0177-03
　　Abstract： The multiple-beam system has advantages in more accuracy and higher resolution compared with traditional sounding technology. Sonic 2026 multiple-beam system is applied to the underwater terrain surveys of near dam region in Xiaolangdi Hydro Project. The result shows that， the multiple-beam system has features of wide covers and high resolution， and it is capable of doing the measurement of vertical walls. The maximum measuring error is 0.33m， compared with actual sizes of holes on the intake tower wall.
　　Keywords： Sonic 2026; multiple-beam system; Xiaolangdi Hydro Project
　　1 概述
　　多波束测深系统是一种高精度、高分辨率、高效率的一种水下地形测量新技术，将传统测深技术从原来的点、线扩展到面，具有覆盖范围大、精度高、速度快、记录数字化、成图自动化的优点[1-2]，在河道、水库和海洋等水下探测和地形测绘等工作中发挥着重要作用。
　　Sonic系列多波束测深系统是美国R2SONIC公司研发的浅水多波束测深系统，其中的Sonic 2024多波束测深系统在国内外应用广泛，如码头测深[1]、港池航道测量[3]、河道地形测量[4]、静态库容测量[5]等，均取得了良好效果。随着科学技术的进一步发展，硬件和软件性能的提升，Sonic系列多波束系统不断更新升级。新研制的Sonic 2026多波束测深系统与Sonic 2024相比，更能适应浑水条件下的水下地形测量。文章将结合Sonic 2026多波束测深系统在小浪底水利枢纽进水塔前水下地形测量中的实际应用，介绍多波束测深系统的性能指标和精确度。
　　2 多波束测深系统组成及技术参数
　　多波束测深系统包括三个主要部分：发射阵、接受阵和干端声呐接口模块，由用户通过PC机或便携式计算机的图形用户界面控制，设置声呐参数，并通过应用软件采集并显示深度、图像和其他传感器数据，其技术参数如表1所示。
　　3 水下地形测量的应用
　　3.1 研究区域概况
　　小浪底水利枢纽位于黄河中游，上距三门峡水利枢纽130km，下距花园口水文站128km，控制流域面积69.4万km2，占黄河流域面积的92.3%，控制黄河流域近100%的泥沙[6]。小浪底水库总库容126.5亿m3，其中拦沙库容75.5亿m3，是一座集防洪、防凌、减淤、供水、灌溉和发电为一体的综合性水利工程[7]。至2019年5月，小浪底干流呈三角洲淤积形态，三角洲顶点距坝10.32km。小浪底水利枢纽近坝区的水下淤积形态，直接关系到进水塔闸门的启闭运用安全，对掌握坝前漏斗的形成过程，保持塔前“门前清”和延长水库使用寿命等具有重要的指导作用。目前小浪底水利枢纽漏斗区的水下地形监测主要采用断面法，设备主要为英国GeoSwath条带测深仪和加拿大320B双频测深仪[8]。为更全面、直观了解小浪底水利枢纽近坝区的泥沙冲淤形态，特采用Sonic 2026多波束测深系统进行水下地形测量工作。
　　3.2 水下地形测量
　　测量过程中，将多波束测深系统的换能器通过连接架固定在测船左舷。由于测量区域主要为近坝区，因此测线布设为距坝最近的黄河漏斗区01断面。在进行测量作业时所用主要设备如表2所示。完成测量水上作业后，对扫测原始数据进行数据转换、声速剖面校正、潮汐改成、线模式编辑等一系列处理，处理后的数据以三维点云图的形式在Blue view软件上进行展示（见图1）。
　　3.3 测量结果分析
　　经过对扫测点云数据的分析，Sonic 2026多波束测深系统的单条测线扫测宽度达277.8m（见图2），并可通过波束角的调整对该距离内的垂直壁面进行扫测。
　　在小浪底水利枢纽近坝区水下地形的三维点云图中，进水塔壁面上的孔洞边缘清晰可见，塔前的水下地形呈明显的漏斗状，而坝前的泥沙淤积形态则基本呈平淤状，与条带测深仪测得的套绘图（图3）形态相符。为进一步验证多波束测深系统的准确性，选取进水塔上已知的孔洞宽度和所测宽度进行比对（表3），误差最大为0.33m。
　　4 结束语
　　（1）Sonic 2026多波束测深系统的单线扫测宽度达277.8m，具有覆盖面宽、分辨率高的优点，还可对垂直壁面进行扫测，最后形成的三维点云图能直观展示水下建筑物和泥沙淤积形态。
　　（2）選取小浪底水利枢纽进水塔上孔洞的实际尺寸与测深系统测量结果做比对，测量误差最大为0.33m。
　　（3）本次应用条件下水库水体含沙量较低，Sonic 2026多波束测深系统在更高含沙量条件下的应用仍需进一步测试和探索。
　　参考文献：
　　[1]郭军，刘胜旋，关永贤，等.浅水多波束系统SONIC 2024在码头测深中的应用[J].测绘工程，2016，25（07）：46-50+56.
　　[2]李玉海，陈兰伟，韩明钦.Sonic 2024多波束水下地形扫测应用实例[J].科技创新与应用，2015（14）：62.
　　[3]刘海宝，刘拴龙.Sonic 2024多波束系统在港池航道测量中的应用[J].港工技术，2017，54（03）：113-116.
　　[4]马文喜，任宝学，张羽.R2Sonic2024多波束系统在河道地形测量中的应用[J].东北水利水电，2016，34（03）：55-56.
　　[5]魏荣灏.Sonic 2024多波束测深系统在静态库容测量中的应用[A].2016年度浙江省测绘与地理信息学会优秀论文集[C].浙江省测绘与地理信息学会，2016：5.
　　[6]张帅，夏军强，李涛.小浪底水库汛期排沙比研究[J].人民黄河，2018，40（01）：7-11.
　　[7]王婷，王远见，曲少军，等.小浪底水库运用以来库区泥沙淤积分析[J].人民黄河，2018，40（12）：1-3+20.
　　[8]李珍，台树辉.条带测深仪在小浪底泥沙淤积测验中的应用[J].人民长江，2005（10）：44-45+63.
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