海底地质地貌测绘技巧 -海底地形地势图

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目前，根据水深图对比分析水下地形的冲淤情况所使用的方法在相关规范中没有明确的规定，在相关教材中也没有系统的指导，平常所使用的方法都比较零散单一，没有综合性的对比分析方法可遵循，在进行冲淤对比分析的时候常常很难找到参考资料。本文结合某港区定期测量工程项目及其专题冲淤分析报告，通过对每期测绘成果数据的再编辑、统计、计算和绘图，总结出根据水深测量图进行水下地形冲淤变化对比分析所常用的几种方法。

一、资料来源

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在某港区相同测量范围内，2006年4月至2017年4月11年内完成的16次定期水深测量图及其成图数据（全部为数字测图）。其中测量数据包括重点水域的多波束全覆盖扫测数据（测点间距为1m）、1:500比例尺测图数据、港区周边水域1:2000和1:5000比例尺测图数据。测图数据全部使用GPSRTK定位（三维水深数据可做校核），每期测量断面线布设方向和位置相同，水位站位置布设相同，测量设备、测绘软件和测量方法保持相同，测量精度较高，测绘资料的可比较性比较好。

二、分析方法

利用上述已有的水深测量图及其成图数据，经过多年的逐步完善和总结，分别采用多种方法对港区的整体和重点区域进行冲淤变化对比分析，分析方法只针对冲淤的变化和结果，不针对冲淤变化的成因。共总结出六种常用的水下地形冲淤变化对比分析方法。这些方法分别从整体地貌动态变化到局部地形细微变化，从纵横面变化展示到具体冲淤变化数量显示，贯穿整个分析区域的时空变化，体现了冲淤变化的速率及强度。具体分析方法为：绘制冲淤变化图法、制表统计法、绘制等深线变化图法、绘制固定断面变化图法、绘制冲淤变化速度图法、地貌变化对比图法。

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⒈绘制冲淤变化图法

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顾名思义，冲淤变化图就是任意两次测量的地形变化量图。使用冲淤变化图可以从总体直观地描述出两次水下地形测量间地形冲淤变化的位置、范围和冲淤变化量。冲淤变化图最主要的图形要素就是冲淤变化的位置和冲淤变化量。其中冲淤变化量的计算是关键，计算方法主要有两种。一种是使用两次水深测量数据分别建立三角网模型，然后将三角网叠加进行空间体积计算，以三角棱柱为最小单元计算出相同区域范围内两次水下地形的冲淤变化量，形成以三角棱柱底边三角形的重心坐标为冲淤变化代表位置的数据文件（使用Auto CAD成图软件二次开发），再根据冲淤变化量数据文件利用Auto CAD绘制冲淤变化图。此法紧紧依靠测图数据，计算冲淤量的最小单元与实际水深图测点间距基本保持一致，计算精度相对较高。另一种方法是使用Surfer软件，分别对任意两次相同区域水下地形测量数据进行相同间隔密度的格网化，然后再对两个格网文件进行差运算，得出两次水下地形变化量的格网文件，根据此格网文件使用Surfer和AutoCAD软件绘制出冲淤变化图、冲淤变化三维可视图。绘制出的冲淤变化局部样式如图1。

图1 冲淤变化示意

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⒉制表统计法

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根据不同区域被关注程度的需要，在测区划定出重点分析区域范围，在各自重点分析区域范围内计算并统计每次测量成果图中的特征数据（邻近二期数据比较），然后制表对比，可直观地表示出重点区域的重要地形特征数据的变化量。统计内容包括最小水深、最大水深、冲刷面积、淤积面积、最大冲刷深度、最大淤积厚度、冲刷土方量、淤积土方量、平均冲刷深度、平均淤积厚度等等。制表统计计算所使用的软件有Surfer、Cass 9.1、EXCEL。

冲淤方量计算使用Surfer软件的“Volume”计算功能来实现，也可以使用以Auto CAD 为开发平台的南方测绘Cass 9.1的DTM土方计算功能来实现，二者计算结果比较接近。冲淤面积使用Surfer计算比较方便快捷，最大冲刷深度和最大淤积厚度从冲淤变化图成图数据中统计出来。

⒊绘制固定断面变化图法

通过固定断面变化图，可以局部分析断面位置的地形随时间的纵向地形变化情况，特别清晰地表示出垂直方向变化量以及变化趋势。绘制方法是首先确定关注区域的固定断面线位置，然后将同一固定断面线在不同时期测绘的断面图绘制在同一张图上，使用不同的颜色和线型区别出测绘时间和断面型态，制作固定断面变化图所使用的软件为南方测绘Cass 9.1的“绘断面图”功能。固定断面变化示例如图2。

图2 固定断面变化示意

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⒋绘制等深线变化图法

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利用等深线变化对比图，可以看出某一深度等深线随时间变化平面发展的方向，判断出冲淤变化平面方向发展的趋势，同时也可统计出重点区域某一深度等深线包围区域的面积变化情况，以具体面积数量表现其面积变化程度。绘制等深线变化对比图的方法是将每次测图的某一深度等深线绘制在同一张水深图上，使用不同颜色和线型区分出不同时间测量的等深线，形成等深线变化图。制作等深线变化图所使用的软件为南方测绘Cass 9.1。等深线变化示例如图3。

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图3 等深线变化对比示意

⒌绘制冲淤变化速图法

冲淤速度是反映冲淤变化状况的一个重要指标。要想了解某一区域内的冲淤速度，可通过绘制冲淤变化速度图来实现，方法就是统计某区域一定测量间隔时间内，两次测量图的冲淤变化值和间隔时间，然后选择区域的中心，分别向周围以15°间隔做辐射线，沿这些辐射线计算各方向上的冲淤速度，最后将计算出的冲、淤速度标绘在图上，绘制冲淤变化速度图所使用的软件有Auto CAD和EXCEL，冲淤变化速度示例如图4。

 图4 冲淤变化速度

⒍绘制地貌变化对比图法

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利用地貌变化对比图可以直观对比分析出测量期间海底地貌冲淤变化的演变情况。地貌变化图的绘制方法就是利用每期测量数据，使用Surfer软件，按照相同的范围、相同的格网间隔和色标，生成三维地貌图（静态三维），每期三维地貌图可以直观表现海底地貌的现状，然后使用Surfer软件将每期三维地貌图合并在同一张图上生成地貌变化对比图。地貌变化对比示例如图5。

图5 地貌变化对比图

同时可以利用视频制作软件，将每期三维地貌图按时间顺序播放生成地貌动态演变视图（动态三维），在电脑中动态展示海底地貌演变，形象反映出海底地形地貌随时间的变化状态。

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三、结语

由于水下地形冲淤分析的方法在规范中没有明确规定，只能依靠各自的需要和能力进行，受能力和技术水平限制，本文只总结了部分成熟的冲淤对比分析方法，其它的对比分析方法（如使用Arcinfo进行）正在积极研究当中，相信将来的冲淤变化对比分析可以用动态三维地形模型来实现。目前这些方法已在类似工程中得到应用，成效显著，值得总结推广。

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【作者简介】文/胡志渠，男，1975出生，中交第一航务工程勘察设计院有限公司，高级工程师，主要从事港口与航道及工程测绘工作；本文来自《港工技术》（2018年增1期），用于学习与交流，版权归作者及出版社共同拥有。

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