水深测量归算水位改正

第四章水深测量4.1回声测深仪4.2海水中声波传播特性及声速测定4.3单波束测深技术及水深改正4.4水深测量归算4.5水深测量系统介绍4.6水深测量精度4.1回声测深仪回声测深原理安装在测量船下的发射机换能器，垂直向水下发射一定额率的声波脉冲，以声速C在水中传播到水底，经反射或散射返回，被接收机换能器所接收。4.1回声测深仪回声测深原理2221lCtH)(4.1回声测深仪回声测深原理DCtH214.1回声测深仪回声测深仪组成回声测深仪由发射机、接收机、发射换能器、接收换能器、显示设备和电源部分组成4.1回声测深仪回声测深仪组成4.1回声测深仪回声测深仪组成HD-27Hd-28测深仪4.1回声测深仪回声测深仪组成双频换能器4.1回声测深仪回声测深仪组成换能器安装图4.1回声测深仪回声测深仪组成换能器安装图4.1回声测深仪回声测深仪组成回声测深仪按照频率分为单频测深仪和双频测深仪。单频测深仪仅发射一个频率的超声波，以测量海面到海底表面之间的垂直距离，即水深。双频测深仪换能器垂直向水下发射高、低频声脉冲。通过高频和低频脉冲可获得淤泥厚度hflfHHh4.1回声测深仪回声测深仪组成根据换能器的发射声波的个数、声波发射方向以及换能器安置方式不同，测深仪分为单波束测深仪、四波束测深仪、侧扫声纳、多波束测深仪等类型。国产SDH系列，其测深范围从小于1米到千米甚至万米，精度符合国标和国际海道测量组织标准。国外的如SIMRAD（挪威）、MARIMATECH（丹麦）、ODOM（美国）等公司的系列产品。4.2海水中声波传播特性及声速测定声波机械振动在弹性介质中传播形成机械波，声波是一种机械波人耳能感觉到的声波频率范围为20Hz~20kHz频率范围小于20Hz称作次声波，频率范围大于20kHz称作超声波4.2海水中声波传播特性及声速测定声波声波的传播具有以下特性：（1）声波不能在真空中传播；（2）气体、液体和固体的振动均能产生声波；（3）声波是纵波，传播方向与介质振动方向相同；（4）声波传播速度与介质的性质和状态有关。4.2海水中声波传播特性及声速测定声波的传播速度声波在不同介质中的传播速度，取决于介质的弹性模量和密度。声波在各种介质中的传播速度不同，声波的传播速度可以用近似公式表示：EC29/N1015.2mE2/1020mkgsmC/1425（0°C)4.2海水中声波传播特性及声速测定声波的传播速度工程上应用较多的经验公式PSttttC168.0)35)(010.034.1(00029.0055.06.42.144932t:温度（℃）S:盐度（‰）P:静水压力（标准大气压）4.2海水中声波传播特性及声速测定声波的传播速度的测定tCHmm21tCHpp21水深改正数测得水深)(ppmpCCCHH真实水深4.2海水中声波传播特性及声速测定声波的传播速度的测定测深精度与深度有关，试验证明要使测深精度达到1%，则声速测量误差不应超过0.25％，即为4m/s。为满足测深精度要求，必须精确测定声速值。水深测量中，声速的主要测量方法有：深度比对法声波速度计直接测定4.2海水中声波传播特性及声速测定声波的传播速度的测定深度比对法4.2海水中声波传播特性及声速测定声波的传播速度的测定声波速度计直接测定声波速度计是一种声学仪器，在已知长度的发射器和接收器之间测量短声脉冲传播的时间，计算声波的传播速度。声波速度计可直接测定水深任一点的声速值。4.2海水中声波传播特性及声速测定声波的传播速度的测定声波速度计直接测定111m))((21CZZZZCCniiii4.2海水中声波传播特性及声速测定声波的传播速度的测定解析法测定声速声速是温度、盐度和静水压力的函数，我国一般采用以下经验公式（海道测量规范，1990）DSTTTTCm017.0)35)(01.034.1(00029.0055.06.42.1449324.2海水中声波传播特性及声速测定声波的传播速度的测定解析法测定声速实际工作中，一般根据温度的变化把水柱分成不同的水层，利用加权平均值进行计算。例如，一个160m的水柱，按温度变化分成3层，计算如表所列，结果为4.3单波束测深技术及水深改正单波束测深就是测深仪器在一个测深周期内仅发射一个声脉冲。发射机换能器垂直向水下发射一定频率的声波脉冲，在水中传播到水底，经反射或散射返回。记录声波发射到接收的时间间隔，根据声速值测得换能器底部到水底的深度。回声测深仪总改正数的求取方法主要有水文资料法和校对法。前者适用于水深大于20m的水深测量，后者适用于小于20m的水深测量。水文资料法改正包括吃水改正、转速改正及声速改正。4.3单波束测深技术及水深改正吃水改正测深仪换能器安装方式：固定式安装、便携式安装由水面至换能器底面的垂直距离称为换能器吃水改正H为水面至水底的深度；HS为换能器底面至水底的深度HbHsHHb4.3单波束测深技术及水深改正转速改正转速改正是由于测深仪的实际转速不等于设计转速所造成的Hn)1(0snnHsHn4.3单波束测深技术及水深改正声速改正声速改正是因为输入到测深仪中的声速不等于实际声速造成的测深误差Hn10mCCHsHc4.3单波束测深技术及水深改正综合改正声速改正数对总改正数影响最大。浅海区适宜用校对法求测深仪总改正数。校对法同声速比对法。HcHcHnHbH4.4水深测量归算4.4.1海流、潮汐和海浪海流海水具有一定速度和方向的大规模流动，称为海流。因引起海流的原因不同，海流可分为风生流和密度流；或按其空间分布分为表层环流、中层环流、深层环流和底层环流。表层环流主要是风生环流，而中层环流、深层环流和底层环流则为密度环流。4.4水深测量归算4.4.1海流、潮汐和海浪潮汐海水受日、月引潮力作用而产生的周期性上升和下降运动。它在垂直方向上表现为潮位升降现象，在水平方向上表现为潮流的进退涨落现象。主要是由于天体对地球表面海水的引力作用产生的，这种引力主要来自月球和太阳。4.4水深测量归算4.4.1海流、潮汐和海浪潮汐我国沿海的主要港口和河段的内港均有验潮站。我国的验潮历史可追溯到十九世纪末，最早开始验潮的站有塘沽（1895年）、青岛（1898年）、秦皇岛（1900年）、厦门（1907年）、广州（1908年）、大连（1909年）、建国后，随着我国国防、航运、水产、海洋开发与海洋工程等事业的蓬勃发展，我国沿海地区相继建立了许多验潮站。据截止到1989年的不完全统计，我国共有验潮站和潮水位站281个。分别隶属于水利部（210个）、国家海洋局（34个）、交通部（24个）、海军（12个）、地矿部（1个）。4.4水深测量归算4.4.1海流、潮汐和海浪潮汐高潮：海面升到最高时，低潮：海面降到最低时.潮差：高潮与低潮之差。一次潮汐（全日潮）：平均时间间隔约为24小时50分，二次潮汐（半日潮）：两个高潮(或低潮)的平均时间间隔约为12小时25分。4.4水深测量归算4.4.1海流、潮汐和海浪潮汐观测在指定的时间序列中，通过对海面高度变化的观测(验溯)，而获得了某地区潮汐变化的数据。[方法1]：水尺观测：当进行短时间的临时性的岸边潮位观测时适用。尺上标有刻划，观测时读取海面在尺上的读数，并且记录读数时的时刻。4.4水深测量归算4.4.1海流、潮汐和海浪潮汐观测[方法2]：验潮仪观测：较长期的临时性的潮位观测时适用，由安置在海中的感应部分与安置在岸边的记录和传感部分组成。4.4水深测量归算4.4.1海流、潮汐和海浪潮汐分析1.目的主要采用相应的数模对潮汐变化的资料进行计算，得到潮汐主要参数。2.分类时间分类：长期、中期和短期分析；方法分类：调和分析和波谱分析。4.4水深测量归算4.4.1海流、潮汐和海浪海浪波浪现象：水分子作上下圆周运动，使海水面形成周期性起伏，波浪向前传播。4.4水深测量归算4.4.2平均海面和深度基准面平均海面:平均海面也称“平均海水面”，是指某海域在一定时期内海水面的平均位置。通常由某验潮站相应期间内每小时的潮位观测记录数据计算求得。根据所取时间长度不同，可分为日平均海面、月平均海面、年平均海面和多年平均海面。4.4水深测量归算4.4.2平均海面和深度基准面深度基准面:为了在不同时间测得的不同地点的水深有一个可比性，必须确定一个统一的基准面，这就是海洋测量中的深度基准面。在海洋测量中，常以略低于低潮面的一个面作为海洋深度基准面。4.4水深测量归算4.4.2平均海面和深度基准面深度基准面为了在不同时间测得的不同地点的水深有一个可比性，必须确定一个统一的基准面，这就是海洋测量中的深度基准面。在海洋测量中，常以略低于低潮面的一个面作为海洋深度基准面。深度基准面是海洋深度测量归算和海图上图载水深的统一起算面4.4水深测量归算4.4.2平均海面和深度基准面深度基准面:为了在不同时间测得的不同地点的水深有一个可比性，必须确定一个统一的基准面，这就是海洋测量中的深度基准面。在海洋测量中，常以略低于低潮面的一个面作为海洋深度基准面。深度基准面是海洋深度测量归算和海图上图载水深的统一起算面4.4水深测量归算4.4.2平均海面和深度基准面由于世界各国计算L值的方法各不相同，因此采用的深度基准面也各不相同。中国海区从1956年起采用理论最低潮面（即理论深度基准面）作为深度基准面，内河、湖泊采用最低水位、平均低水位或设计水位作为深度基准面。4.4水深测量归算4.4.2平均海面和深度基准面确定深度基准面的原则是：既要考虑舰船的航行安全，又要充分提高航道的利用率。若深度基准面定高了，会出现图载水深大于实际水深，依此海图航行，很可能发生搁浅事故。若深度基准面定低了，使本来可以航行的航道可能误认为水浅不能通过，从而降低了航道的利用率。4.4水深测量归算4.4.3短期验潮站多年平均海面的确定短期验潮站，是根据局部水域水下地形测量的需要而临时增设的，一般观测一个月的潮位。显然，使用这样短时间的资料来计算平均海面，是不准确的，误差20－50cm。视外界条件基本相同的海区，其平均海面的日变化、月变化和年变化规律基本一致。把邻近的长期验潮站的多年平均海面，通过一定方法联测到短期验潮站提高精度。nhhnii1长期验潮站多年平均海面4.4水深测量归算4.4.3短期验潮站多年平均海面的确定1.水准联测法hhh124.4水深测量归算4.4.3短期验潮站多年平均海面的确定2.同步改正法让长期验潮站和短期验潮站同步观测潮汐，求出短期平均海面在两站水位零点以上的高度，然后将长期验潮站多年平均海面转换为短期验潮站的多年平均海面。21hhhhhh34.4水深测量归算4.4.4水位改正水位改正是将测得的瞬时深度转化为一定基准上的较为稳定数据的过程。水位改正的目的是尽可能消除测深数据中的海洋潮汐影响，将测深数据转化为以当地深度基准面为基准的水深数据。水位观测过程中采用以点带面的水位改正方法，这在一定区域（验潮站有效范围）内符合潮汐变化规律。4.4水深测量归算4.4.4水位改正1.单站水位改正法水Z测Z图Z4.4水深测量归算4.4.4水位改正1.单站水位改正法不同时刻水位站的求法：图解法和解析法4.4水深测量归算4.4.4水位改正2.线性内插法当测区位于A、B两验潮站之间，且超出两站的有效控制范围时，对测区内各点的任意时刻水位改正方法一般为：一是在海区设计时增加验潮站的数量（由于此法耗费太多的人力、物力，不是在特别要求的情况下，一般不用此法）；二是在一定条件下，根据A，B两站的观测资料对控制不到的区域进行线性内插。4.4水深测量归算4.4.4水位改正（2.线性内插法）两站数学模型SZZDZZABAX)(0)()()()()()(