量水深电路

1. 水深测量的深度测量

为连续测得水深，必须选择适当的测深线间隔和方向。测深线间隔一般取为图上 1厘米。探测航行障碍物时，应适当缩小测深线间隔或放大测图比例尺。测深线方向一般与等深线垂直。港湾地区的测深线方向应垂直于港湾或水道的轴线。沿岸测量中，测深线的布设，在岬端处应成辐射状，在锯齿形岸线处应与岸线总方向成45°。水底平坦开阔的水域，测深线方向可视工作方便选择。江河上可根据河宽和流速，布设横向、斜向或综合的测深线。
测量水深所使用的工具和仪器一般有测深杆、水砣（测深锤）和回声测深仪等。20世纪60年代以来，开始使用多波束测深系统，70年代又使用了遥感技术，大大提高了工作效率。但由于受海水的各种物理、化学因素的影响，测量深度仍受到一定限制。
为评定水深测量成果的精度，测区内应适当布设检查线。检查线与测深线相交处两次测得的深度之差不能超过规范的要求。另外，还须检查与邻图拼接处相对应水深的符合程度。对其中相差较大或存在系统误差的深度点，要找出引起误差的原因，一般海底平坦处着重从测深方面检查，在海底地貌变化较大处，着重从测深点定位方面检查，作出正确结论，适当处理。
测得水深后，必须进行水位改正。就是把在瞬时水面上测得的深度归算到由深度基准面起算的深度。当深度点处的瞬时水面与验潮站在同一瞬时的水面高差不超过20厘米时，用该站的潮位观测资料进行水位改正；若高差超过20厘米，则用水位分带法进行改正，即在满足水位改正精度的条件下，根据两个或两个以上验潮站的潮位观测资料，用图解内插（或计算）的方法，把测区分成若干个带（区），求出各带（区）的潮位资料，进行分带（区）改正。近海测量中，可用模拟法进行水位改正。

2. 怎样测量水的深度

一般用一条绳子绑上重物，掉到水里面，等重物沉到水底，量下绳子有多少长，就可以知道水的深度了，不过在海上不一样。长久以来，海员们用“测深索”来估测海洋的深度。他们把一根已知长度的绳索放下海，直到绳上的重物触到海底，根据绳索的长度就知道海洋的深度。但这种方法速度很慢而且很不可靠。因为当重物随着不断下降的绳索进入海洋深处，很难判断它是否已触到海底以及这时的绳索是否是绷紧的。
对于深海的研究始于一艘科研船HMS挑战者号，它是由英国战舰改装成的。1872年12月首航，任务是“全面了解海洋”。挑战者号对全球的海洋作了首次全面的研究。这艘蒸汽帆船穿越了除北冰洋以外的所有大洋。它载着273名船员和6名科学家航行了68890英里。在威维利·汤姆森爵士的带领下，考察了所有可能影响水生生物的物理和生物因素。
船上所有人员共作了492次水深测量和133次取样工作。每次测量，他们都费力地把系有重物的绳索放入海中。最后，测得马里亚纳海沟深约27000英尺，证明了海洋比人们想象中要深得多。同时，他们还掘取了洋底的~沉积物~标本，以供进一步研究并发现新的物种。
尽管这次航行带回了丰富的数据（航行报告足足有50卷），人类对于海底的认识却仍是肤浅的。广阔的海底世界又岂是靠一次一次的测量就能够完全了解的呢。这之后，航行越来越多，资料一点一点慢慢地积累起来。
1920年，由于一项技术上的突破，人们可以借助声波来探测海底。通过电子回声探测器（后被称作声纳），人们可以进行精确的深度测量。回声探测器装在船上，可测得一次声波脉冲传到海底并反射所需的时间。把这个时间除以二，再乘以声音在海水中的平均速度（每秒4925英尺）就得到海洋的深度。把连续的回声波绘制下来，就可以大致了解海底的情况。
1922年，U.S.S.斯图尔特号第一次使用这项新技术，作了900次~回声~测量。接着，德国流星探索号把自然海洋学带入了一个新的领域。从1925年到1927年，它十四次穿越南大西洋，搜集了70000多次水深测量的数据。通过这些数据，我们可以了解到海底是崎岖不平的。
现在，科学家们采取另一种方法－－太空卫星来了解海底情况。卫星上装有~测高仪~，通过雷达来测量海洋的准确深度。由于洋底的万有引力不同，这一深度会有所不同。大洋中脊、海山、海沟等造成地壳密度不同，因而对海面的引力也不同。计算机就利用这些数据来推测海底的情况。

3. 谁有rtk测量水深技术原理的流程，最好是电

位移监测有实时和后处理两种，RTK模式属于实时测量，经过算法优化可以达到毫米级精度，静态模式是定期去观测一次，然后将记录的静态数据通过软件后处理得到观测结果，再对比之前的数据算出位移，前者是现在的主流方法，但是资金投入高，后者效率低一点，但是需要很高的工作经验。

4. 如何测量水深

最原始的方法，用一根长绳子栓上重物（石头之类的），抛入想测量位置感觉已经触底，拉上绳子测量入水绳子的长度

5. 有没有一种可以测水深的传感器，不是那种测水位的

测量水深所使用的工具和仪器一般有测深杆、水砣（测深锤）和回声测深仪等。
20世纪60年代以来，开始使用多波束测深系统，70年代又使用了遥感技术，可以大大提高工作效率。但由于受海水的各种物理、化学因素的影响，测量深度仍受到一定限制。

6. 水深测量的主要方法有哪几种

传统的河流流量方法包括人工船测，桥测，缆道测量，和涉水测量等。其基本原理是在测流断面上布设多条垂线。在每条垂线处测量水深并用流速仪测量一至几个点的流速仪从而得到线平均流速。进而得到断面面积和断面平均流速。流量则由断面面积和断面平均流速的乘积得到。
浮标测流发，利用浮标漂移速度与水道断面来推算断面流量。用睡眠浮标法测流时，应先测绘出测流断面上水面浮标速度分布图。将其与水道断面相配合，便可计算出断面虚流量。断面虚流量乘以浮标系数，便可计算出断面流量。浮标系数与浮标类型、风力风向及河流状况等因素有关

7. 水深测量在工程测量中有什么用途

1、目的：探测和研究海底地貌,并准确而完善的反映出来；探测出海中的航行障碍物,最后绘制水深图.
2、任务：为设计施工单位、保证舰艇安全航行、建立档案、科学研究提供水深图.
二、水深测量的特点
1、对象的不可见性.由于海底地形的不可见性,增加了测量的难度.
2、测量的运动性.由于测量时船在运动,水也在运动,因而增加了测量的不确定性.
三、水深测量的特殊要求
1、无法选择特征点.在测量地形时,我们可以选择便于表示地形地貌的特征点,因而可以准确的反映地形.但在测量水深时只能布设一定数量的测深线和测点,用它们来反映海底的地形.于是要求布设合理的测线与测点,这样才能又快又准的反映海底地形.
2、同步性：水深测量是要测出一点的三个坐标.因此要求密切协作,只有这样才能保证测得的平面位置和水深数据属于同一个点.
3、水面不断运动,造成了测得的水深只是瞬时水深.它包括了水面的变化,必须对其进行改正.
4、水上作业的安全问题更为重要.
主要包括平面定位（目前主要依靠GPS差分定位）、水深测量（主要靠回声测深仪包括单频单波束,双频单波束,单频多波束等）、水位观测（利用验潮站来消除水位变化的影响）、内业计算（一般通过软件自动完成）、成图（软件、绘图仪）

8. 水深测量的主要技术方法有哪些

水深测量的主要技术方法有：单波束测深、多波束回声测深、机载激光测深。
水深测量测线一般布设为直线，又称测深线。测深线分为主测深线和检查线两类。

9. 水深测量方法有哪四种

全站仪，水准仪都不具备测量水深的功能，一般的做法是先测出水面高程，然后再直接量取水深度（可以使用5米塔尺或者别的有刻度的杆来量），这个坑明显是人为挖掘的，深度很不规律，而且也不大，没有必要进入其中去量深度，在岸边用5米塔尺伸个3-4米量一个深度，四周都量一下，基本就可以确定了

10. 近岸海底管线路由调查与管线的探测

马胜中 陈炎标 陈太浩

第一作者简介：马胜中，男，1968年出生，高级工程师，1990年毕业于中国地质大学（武汉）石油地质系，从事地震资料解释，工程地质、海洋地质及综合研究工作。

（广州海洋地质调查局 广州 510760）

摘要 在近岸海底管线路由调查的探测过程中，回声测深仪或多波束测深仪、旁侧声纳扫描、浅地层剖面仪和海洋磁力仪是探测的主要仪器。回声测深仪测量水深和了解地形变化，旁侧声纳扫描探测海床的岩石露头、管线以及锚痕、沙波等海床地貌和地质灾害现象，浅地层剖面主要探测浅埋岩石、管线及海底浅部的地质灾害现象，海洋磁力仪探测带有磁性的管线等物体，以上几种方法综合使用，可以探测管线或探明路由的地质情况，海底地质灾害是威胁管线的重要因素。

关键词 路由与管线探测 海洋地质灾害 探测方法

1 前言

随着社会的发展与进步，人们已逐步将工程建设的中心转移到了海洋。近岸带已成为人们开发建设的中心。石油、天然气管道的铺设、通讯电（光）缆的铺设、排污管道、水下隧道的建设等近岸工程的设计、施工及日后定期安全防护要求对工程场址或路由进行细致的调查和评价。

管线埋置到土中一定深度，避免管线直接接受波浪、潮流作用是保持管线稳定经常采用的方法。一般管线埋置深度取管顶以上1.5～2.0m，特殊地段甚至需要4～6m，它的上面还需要铺设岩石等坚硬的物体，当水深达到一定深度时，管线可以直接铺设在海床。海洋地质灾害现象不仅对海上构筑物、海底管线或其他工程设施构成潜在的重大危险，而且导致严重的人身财产损失和工程失败，因此，预先查明海底工程地质条件及各种海底不稳定因素，了解海底沉积物的类型与其工程特性，是管线定期安全防护不可缺少的前期工程。

2 调查工作原理

陆地上地下管线的探测主要应用电、磁方法，尤其探地雷达应用非常广泛（王兴泰，1996）。而回声测深仪、旁侧声纳扫描仪、浅地层剖面仪和海洋磁力仪则是目前国内外通常采用的水下管线路由的勘查系统。它们的配合使用可提供所测场区内海底表面和海底下一定深度内埋藏在沉积物中的各种灾害地质现象的形态、规模等特征，配合高精度导航定位系统（陈卫民等，1997），还可获知其准确的发育位置及发展方向。

2.1 回声测深仪

在近岸工程的调查及评价过程中，回声测深仪是使用最广、最有效的水下声波探测系统。水下声波测量是通过探测声波在水下或岩土介质内的传播特征来研究岩土性质和完整性的一种物探方法。

回声测深仪工作原理：换能器从水面向水底发射声波信号，声波传到水底界面被反射，再回到换能器被接收（换能器是利用压电材料的压电效应工作的），接收到的声波信号转换成电信号后送至仪器的接收放大器进行放大，放大后信号送入A/D（模拟量转换成数字量专用电路）转换器，它将模拟信号采样后，依次将每个样值转换成二进制数字量，形成一组时间离散的数字量系列，送入电脑，进行实时处理。测定声波从发射，经水底反射，到被接收所需时间，就可确定水深H=CT/2（其中H为水深，C为声波在水中的传播速度）。测深仪将水深模拟量一方面提供给记录器作模拟记录，在记录纸上直接显示测线上连续起伏变化的海底剖面，而不只是单纯的某点的水深值。另一方面提供给量化器转换成数字量显示并从RS232口输出，可与GPS全球定位系统及计算机直接进行通讯形成数字记录。测深仪按频率可以分为单频测深仪（仅低频或者高频）和双频测深仪（具有高、低频，可以同时记录，低频工作水深大，但是它能穿透水底的非常稀的浮泥，高频工作水深小，但是水深比较准确，经常用于工程方面），测深仪的原理方框图如图1所示。

图1 回声测深仪工作原理示意图和海底剖面的模拟记录

Fig.1 The working principle of echo sounder and seafloor record on echo sounder profile

测深资料反映了海底表面起伏变化、高差大小和延伸范围（发育规模），利用计算机处理和绘图技术，可制成所测海区海底地形图。利用多波束探测能得到更好的三维地形图。

2.2 旁侧声纳扫描

旁侧声纳是一种高分辨率、多用途的水声设备，在海洋测绘、海底目标探测（如探测沉入水底的船、飞机、导弹、鱼雷及水雷等）、大陆架和海洋专属经济区划界、海洋地质、海洋工程、港口建设及航道疏浚等方面有广泛的应用。

旁侧声纳有许多种类型，根据发射频率的不同，分为高频、中频和低频旁侧声纳，低频作用距离大，分辨率较低，高频作用距离小，分辨率较高。另外，还可以划分为舷挂式和拖曳式旁侧声纳，单频和双频旁侧声纳，单波束和多波束等。

旁侧声纳工作原理：左右两条换能器具有扇形指向性。在航线的垂直平面内开角为θ_v，水平面内开角为θ_H。当换能器发射一个声脉冲时，可在换能器左右侧照射一窄梯形海底，如图左侧为梯形ABCD，可看出梯形的近换能器底边AB小于远换能器底边CD。当声脉冲发出之后，声波以球面波方式向远方传播，碰到海底后反射波或反向散射波沿原路线返回到换能器，距离近的回波先到达换能器，距离远的回波后到达换能器，一般情况下，正下方海底的回波先返回，倾斜方向的回波后到达。这样，发出一个很窄的脉冲之后，收到的回波是一个时间很长的脉冲串。

硬的、粗糙的、突起的海底回波强，软的、平坦的、下凹的海底回波弱。被突起海底遮挡部分的海底没有回波，这一部分叫声影区。这样回波脉冲串各处的幅度就大小不一，回波幅度的高低就包含了海底起伏软硬的信息。一次发射可获得换能器两侧一窄条海底的信息，设备显示成一条线。在工作船向前航行，设备按一定时间间隔进行发射/接收操作，设备将每次接收到的一线线数据显示出来，并转化成图像的形式记录下来，就得到了二维海底地形地貌的声图。声图以不同颜色（伪彩色）或不同的黑白程度表示海底的特征，可直观海底表面诸如岩石露头（包括出露的管线）、沙波等海底表面形态特征，是进行海底表面灾害地质现象形态及规模研究的重要仪器（夏真等，2003）。工作原理示意图如图2所示。

图2 旁侧声纳扫描工作原理

Fig.2 The working principle of side scan sonar

2.3 浅地层剖面仪

浅地层剖面仪也是一种水下声波探测系统，它可以提供调查船正下方地层的垂直剖面信息。

浅地层剖面仪工作原理：它所发射的低频声波（3.5～12kHz中选择一种频率，低频穿透深度大，分辨率较低，高频穿透深度小，分辨率较高）对海底有一定的穿透深度，能准确反映出海底下不同深度的海底沉积物的结构构造特征。高能发射的低频声波穿入海底，部分能量由浅部地层各声学反射介面反射回来被换能器所接收，反射信号转化成图像后依次以时间函数的形式记录下来，构成一幅连续地层剖面。它可以准确地反映出近岸工程所要求的地层界面及可能存在的浅层气、浅断层和古河道等海底地质灾害因素或其它物体（如管线）。浅地层剖面仪的穿透深度小于50m，分辨率大于1cm。

2.4 海洋磁力仪（磁法）

磁法是利用地下岩矿石或者岩土介质之间的磁性差异所引起的磁场变化（磁异常）来寻找有用矿产，查明地下构造和解决其它地质问题的一种探测方法。铯光泵磁力仪是建立在塞曼效应原理基础上，塞曼效应指的是原子处在外磁场下，它的每一能级分裂为（2J+1）条的现象，其中J为原子总角动量量子数，铯光泵磁力仪的工作介质是铯原子。

以上四种高分辨率的水下探测系统在高精度的定位系统的支持下配合使用，可使我们获得近岸工程建设场址内三维的工程地质条件，特别是危害工程建设的各种灾害地质现象的形态、规模、位置及其发展趋势等性质（李学杰等，2002）。

3 资料处理和解释

3.1 磁力探测资料处理和解释

管道的出现，改变了地层序列，使正常的磁场分布发生了变化，从而产生了磁异常，就可以利用磁力仪探测出这些磁异常的分布。磁法探测的资料，用计算机程序自动进行数据处理，对所测的总场数据进行日变、正常梯度的校正后，得到天然气管道所产生的ΔT磁异常。对整个区域的磁场观测表明，凡有管道存在的地段，其ΔT磁异常均出现尖峰状或低谷状。绘制已经改正的ΔT磁异常曲线图（图3），根据磁异常曲线的平面特征和剖面特征可以确定管道的走向。从图中可以看出，有管道存在的地段，其ΔT磁异常呈现尖峰状或低谷状，尖峰或低谷的中心正好位于管道的中心。但是从图上也可以看出磁力探测的局限性，当海底有其它铁磁性物体存在时，管道产生的磁异常就会被干扰。由于磁法探测的拖体在船后面3倍船长距离的水面，在受水流、风、浪和潮水的影响，拖体偏离测线，在没有水下定位的情况下，最后在做拖体位置改正时，位置存在误差，可能偏差十几至二十米。在海上单独使用磁力探测往往达不到精度要求，需要结合其它手段综合确定。

图3 ΔT磁异常曲线平面特征图

Fig.3 Curve of ΔT magnetic anomalies

3.2 旁侧声纳扫描图像处理和解释

管道出露在海底，我们根据旁侧声纳扫描图像判译管道的位置和走向。

综合分析扫测区特殊水深和水深分布情况，海底沉积物分布特点，水深等深线形态分布特点，声图反映海底障碍物，和海底微地貌图像的可信情况（冯志强等，2002）。确定海底微地貌基本形态特征及其分布范围：确定海底障碍物性质、位置、高度、长度和宽度、走向、所处位置的水深及底质类型等。

旁侧声纳最终的扫测结果是以声图的形式呈现在使用者面前，而声图与照片有很大的不同，不能反映物体的真实形状，只能用灰度来反映物体的强与弱。判读声图图像的处理过程是由人眼完成的，声图判读是通过对旁侧声纳的二维图像的特征提取，根据声图的形状特征、大小特征、色调和颜色特征、阴影特征纹形特征和相关体特征进行判别，从而识别海底地貌、沉船、沉雷、礁石、管线等人工或自然目标（图4）。声图判读也称声图识别、声图解释或称声图判释。

图4 旁侧声纳显示的礁石

Fig.4 The reefs show on the side scan sonar profile

3.3 浅地层剖面资料处理和解释

管道如果为钢筋水泥管，与周围的地层相比差异很大，是一个良好的反射层，能形成强反射波，但有些地段，为了保护天然气管道，在铺设管道时上面铺了一层石头或其它物体，它们也与周围的地层相比差异很大。我们利用浅地层剖面的反射波组的振幅、频率、连续性、波形和反射形态的相对变化确定管道，管道造成地下反射层中断，反射波变得不能连续追踪，管道以及铺设的物体具有比较强的反射，在剖面上表现为反射波的频率的变化，由于管道以及铺设的物体的存在使反射波的波形和反射形态变得不规则、絮乱甚至产生畸变，由于浅层剖面仪的穿透深度与海底底质密切相关，若底质是砂泥非致密物时，穿透深度在30～50m左右，能得到良好的记录，垂直分辨率可达0.1～0.5m；但当底质是较致密的砂质海底或者是含气沉积物层时，穿透能力明显降低。当识别出管道后，根据定位点的坐标确定管道的位置和在剖面上管道的顶界面距离海底的埋藏深度，在根据同一位置的水深就可以确定管线的管顶高程（图5、6）。

图5 浅地层剖面显示的管道（上面铺设填石和填土）

Fig.5 The pipe cover with stone and soil show on the sub⁃bottom profile

图6 浅地层剖面显示的管道

Fig.6 The pipe show on the sub⁃bottom profile

4 结论与讨论

1）回声测深仪、旁侧声纳扫描和浅层剖面仪结合磁力仪是目前国际上探测管线路由以及海底地质灾害现象特征的主要仪器设备。

2）测深资料反映了海底表面起伏变化、高差大小和延伸范围（发育规模），利用计算机处理和绘图技术，可制成所测海区海底地形图。利用多波束探测能得到更好的三维地形图。

3）旁侧声纳设备按一定时间间隔进行发射/接收操作，转化成图像后，就得到了二维海底地形地貌的声图。可直观海底表面诸如岩石露头（包括出露的管线）、沙波等海底表面形态特征，是进行海底表面灾害地质现象形态及规模研究的重要仪器。

4）浅地层剖面仪高能发射的低频声波穿入海底，部分能量由浅部地层各声学反射介面反射回来被换能器所接收，反射信号转化成图像后记录下来，构成一幅连续地层剖面。利用反射波组的振幅、频率、连续性、波形和反射形态的相对变化确定管道。

5）管道的出现，改变了地层序列，使正常的磁场分布发生了变化，从而产生了磁异常，就可以利用磁力仪探测出这些磁异常的分布。对整个区域的磁场观测表明，凡有管道存在的地段，其ΔT磁异常均出现尖峰状或低谷状。但是当海底有大量含铁磁性的物体存在时，管道产生的磁异常就会被干扰，造成探测的难度。

6）影响海底不稳定性的因素很多，归结起来有两个，一是应力增加，一是强度减小，或者是两者结合的结果。对地质灾害主要以预防为主，要使防治地质灾害取得良好效果，应首先查明各种地质灾害的成因、分布和发育规律，并对一些具有较大潜在危险的地质灾害进行必要的监测、预报以便防避，或制订抑制灾害形成和发育的有效措施，对于渐发性的地质灾害则要加强灾害成生规律的研究。才能做好管线等构筑物的安全防护。

7）海洋调查要求较高的GPS定位系统，在探测、设计和施工各个阶段统一坐标系统，以免在坐标系转换中产生误差。

参考文献及资料

陈晖，曹立华等.2003.埕岛海域浅水区人工构筑物周边海底地形演化与海洋灾害地质现象关系研究.海岸工程，22（3），19～24

陈卫民，曹立华.1997.危害近岸工程的海洋地质灾害现象及其探测方法.自然灾害学报，6（2），48～54

冯志强，李学杰，林进清等.2002.广东大亚湾海洋地质环境综合评价.武汉：中国地质大学出版社

李学杰，冯志强等.2002.广东大亚湾海洋地质环境与潜在地质灾害.中国地质，29（3），323～325

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夏真，林进清等.2003.珠江三角洲近岸海洋地质环境与地质灾害调查.内伶仃岛以北水域成果报告

杨进.1982.环境地球物理教程.北京：中国地质大学出版社

张胜业，潘玉玲.2004.应用地球物理学原理.北京：中国地质大学出版社

Offshore Submarine Pipeline Route Survey and Exploration

Ma Shengzhong Chen Yanbiao Chen Taihao

（Guangzhou Marine Geological Survey，Guangzhou，510760）

Abstract：Echo⁃sounder，side scan sonar，subbottom profiler and marine magnetometer are main instruments for exploring submarine geo⁃hazards in the oil ＆ gas field pipeline route or pipeline survey of the offshore engineering.Echo⁃sounder can sound depth and know hypsography.Side scan sonar can show directly the topographic characteristics of the sea floor，the distributions of the obstacles on the sea floor，such as rock crop，pipeline，sandwave and touch of anchorage.Subbottom profiler can investigate a lot of submarine geo⁃hazards such as shallow buried rock and its crop，landslide，shallow gas，paleochannel，shallow fault.Submarine geo⁃hazards are the important factors endanger pipeline route.

Key words：Offshore pipeline route explore Marine geo⁃hazard Exploring method