測量基礎(chǔ)深度測量

關(guān)于測量基礎(chǔ)深度測量我們要認(rèn)識海洋和水域，全面了解海洋和水域，首先應(yīng)從它的外貌著手研究，然后再研究它的內(nèi)在規(guī)律。——水深測量就是研究其外貌的一種手段。第2頁,共52頁，2024年2月25日，星期天借助水深測量來了解海底地形的分布情況可以避免海面航行的船只擱淺、觸礁，潛艇可以利用海底地形作屏障以避免被搜索。并使對方的信號接收儀器收不到潛艇發(fā)出的噪音。對國防和國民經(jīng)濟建設(shè)具有很重要的意義。海洋調(diào)查中的水深測量是配合其他海洋要素觀測的，作為這些要素測量的基礎(chǔ)，船到站后，首先確定站位水深，由它來確定海洋要素的觀測層次，然后再進行海洋要素的觀測。第3頁,共52頁，2024年2月25日，星期天水深：固定地點從海平面到海底的垂直距離。水深分為現(xiàn)場水深（即瞬時水深）和海圖水深。現(xiàn)場水深指現(xiàn)場測得的自海面至海底的鉛直距離。海圖水深是從深度基準(zhǔn)面起算到海底的水深。我國采用的是“理論深度基準(zhǔn)面”作為海圖起算面?，F(xiàn)場水深和海圖水深第4頁,共52頁，2024年2月25日，星期天水深測量的時間，連續(xù)站每小時測一次；大面（或斷面）調(diào)查，在船到站后即測量。傳統(tǒng)的深度測量準(zhǔn)確度為±2％。100m以淺，記錄取一位小數(shù)；超過100m，記錄取整數(shù)。水深測量通常采用回聲測深儀和鋼絲繩測深兩種方法。用回聲測深儀的方法使用方便，測量快捷，結(jié)果準(zhǔn)確度較高。2．2水深測量的要求第5頁,共52頁，2024年2月25日，星期天用水文絞車上系有重錘（鉛錘）的鋼絲繩測量水深稱為鋼絲繩測深。絞車是供升降各種海洋儀器和采樣工具以及水深測量用的，因而它是調(diào)查船上最重要也是最基本的設(shè)備之一。繩索計數(shù)器是用于計算放出或回收鋼絲繩長度的儀器，由滑輪和滑輪軸組合的若干齒輪構(gòu)成。

2．3鋼絲繩測深第6頁,共52頁，2024年2月25日，星期天一、測深設(shè)備第7頁,共52頁，2024年2月25日，星期天二、測深方法

定時探測時，根據(jù)海流的大小在水文絞車的鋼絲繩前端掛一個鉛魚錘，其探測步驟如下：操縱絞車，放松鋼絲繩，讓重錘的底部恰好降到水面上，此時把計算器清零或記下計算器讀數(shù)。操縱絞車，繼續(xù)放出鋼絲繩，當(dāng)重錘觸底而使鋼絲繩松弛時，立即停車，然后將鋼絲慢慢收緊，使重錘剛好觸底時讀取計數(shù)器指示數(shù)，并記錄它，兩次計數(shù)器的差即為實測水深。若鋼絲繩傾斜時，應(yīng)用傾角器測量鋼絲繩傾角；遇到鋼絲繩傾角過大時，應(yīng)在可能條件下加重鉛錘，使傾角盡量減少。當(dāng)加重鉛錘以后，鋼絲繩的傾角≥10°時，應(yīng)施行傾斜校正。如計數(shù)器誤差超過范圍,則需施以計數(shù)器校正系數(shù)的訂正（校正系數(shù)在0.98～1.02之間，不必校正）。傾角超過30°時，應(yīng)加大鉛錘的重量或利用其他方法使傾角控制在30°以內(nèi)。操縱絞車，收回鋼絲繩。第8頁,共52頁，2024年2月25日，星期天三、測量深度的校正一、計數(shù)器器差校正原因：在制作和使用中，由于機械磨損，存在一定誤差，在使用前必須進行器差校正。校正的方法：將鋼絲繩通過計數(shù)器，自絞車上放出來，當(dāng)鋼絲繩的起端通過計數(shù)器時，將指針撥到“0”處，到放出一定數(shù)量（100～200m）后，用卷尺量取經(jīng)過計數(shù)器的鋼絲繩實際長度。用A表示校正系數(shù)：

A＝L/l式中：L為所放出鋼絲繩的實際長度；

l為計數(shù)器的示數(shù)。第9頁,共52頁，2024年2月25日，星期天二、鋼絲繩的傾斜校正原因：受海流的影響，鋼絲繩的長度比實際的深度大，需進行傾角訂正。校正的方法：用傾角器測出傾角后，儀器沉放的實際深度：：經(jīng)計算器差校正后的鋼絲繩放的實際長度；：傾角：計數(shù)器滑輪到海面的高度實際工作中常把上式變成改正式：第10頁,共52頁，2024年2月25日，星期天前提條件：認(rèn)為鋼絲繩以直線形式斜放入海中的，表示，上下層流速、流向一致、水摩擦阻力可以忽略的情況下是可能的。但實際測量中，鋼絲繩在水中的往往不是直線，而是比較復(fù)雜的曲線，因為上下層流速大小的不同，流向的方向不同，鋼絲繩末端懸掛的鉛錘的形狀、大小和重量等有關(guān)。許多海洋學(xué)家做了不少的實驗和研究，但沒有獲得理想的結(jié)果。因此，在目前實際工作中遇到鋼絲繩傾斜時，最好是用重錘增加鋼絲繩末端懸吊的儀器重量，以減小傾角，盡量不加以校正。第11頁,共52頁，2024年2月25日，星期天如果加重后，鋼絲繩傾角仍然≥10°時，就要進行校正。進行鋼絲繩水上部分校正：根據(jù)計數(shù)器高度和傾角查《鋼絲繩傾斜時水上部分訂正值》表，得出校正值，然后將水上鋼絲繩長減去校正值，得到水上鋼絲繩實際長度；進行鋼絲繩水下部分校正：用鋼絲繩的水下長度和傾角，查《船只拋錨時鋼絲繩傾斜水下部分訂正值》表，得鋼絲繩傾斜的水下部分訂正值。依下式算得實際深度:第12頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第13頁,共52頁，2024年2月25日，星期天訂正示例已知：計數(shù)器離水面得高度＝6m鋼絲繩傾角＝30°入水鋼絲繩長＝100m求實際水第14頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第15頁,共52頁，2024年2月25日，星期天訂正示例根據(jù)和查表得＝0.9m，根據(jù)與得＝5.2m，實際深度＝93.9m第16頁,共52頁，2024年2月25日，星期天四、使用絞車的注意事項觀測前應(yīng)了解絞車和鋼絲繩的最大負(fù)載及絞車的各種開關(guān)，各擋速度及剎車的結(jié)構(gòu)和性能，并熟悉開車、停車、快慢車和正倒車的操作。檢查鋼絲繩有無細(xì)刺、折斷的鋼絲和扭折痕跡，嚴(yán)重時應(yīng)更換，工作過程中應(yīng)盡量避免鋼絲繩擠傷或折傷；如排繩器發(fā)生故障，應(yīng)協(xié)助絞車排繩。絞車卷筒應(yīng)保持順利轉(zhuǎn)動，軸承和齒輪應(yīng)經(jīng)常保持足夠的潤滑油，但禁止在剎車帶里涂油。調(diào)查結(jié)束后，將絞車、鋼絲繩和計數(shù)器擦拭干凈，并在計數(shù)器和鋼絲繩上涂抹黃油，然后用帆布生將絞車蓋好。第17頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2.4、回聲測深儀第18頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第19頁,共52頁，2024年2月25日，星期天利用聲波在海水中的直線傳播，觸海底后反射回來的特性其測深原理如圖2－2所示。圖中發(fā)射超聲波的裝置，稱為發(fā)射震動器，接收海底回聲的裝置，稱為接收震動器。它安裝在船底，若超聲波由發(fā)出，到達海底后，立即反射回來，被接收，前后經(jīng)過的時間間隔為西t，那么，由船底到海底的距離S為：S=（1500×△t）／2H=S十h式中h為船吃水深度；H為真實水深。實際使用中，直接在回聲測深儀指示器上讀取深度數(shù)據(jù)。2.4、回聲測深儀第20頁,共52頁，2024年2月25日，星期天回聲測深儀的進一步應(yīng)用我國使用回聲測深儀的船只較為廣泛，它不僅記錄迅速，而且在停航和航行中均可進行工作，并能把連續(xù)測得的結(jié)果記錄下來，使我們能得到整個航線上的深度、地形分布輪廓和固定站位的潮汐情況。第21頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第3章、潮汐測量沿岸潮位變化直接關(guān)系到船舶的進出港口，海洋和海岸工程設(shè)計、海軍的水雷布設(shè)深度、風(fēng)暴潮和潮汐預(yù)報、海涂圍墾、潮汐發(fā)電等方面。因此，潮位觀測對確定平均海平面和深度基準(zhǔn)面、潮汐表制作、風(fēng)暴潮預(yù)報、海上作戰(zhàn)指揮、海底電纜的敷設(shè)、地震預(yù)報等具有非常重要的意義。第22頁,共52頁，2024年2月25日，星期天《海洋調(diào)查規(guī)范》中規(guī)定水位測量的準(zhǔn)確度為：水深在10m以淺時，測量的準(zhǔn)確度為±0.05m；水深在10-100m范圍內(nèi)時，測量準(zhǔn)確度為±0.1m。規(guī)定取樣時間間隔：連續(xù)觀測在30晝夜以內(nèi)時，取樣時間間隔為5min；連續(xù)觀測超過30晝夜時，取樣時間間隔定為10min。水位觀測需測的量如下：總壓強，它是氣壓與水壓的總和、由水位計的壓力探頭測得，kPa?，F(xiàn)場水溫，由水位計溫度探頭測得,℃?，F(xiàn)場氣壓，由自記氣壓表測得,kPa?！逗I觀測規(guī)范》中規(guī)定：潮高測量的準(zhǔn)確度規(guī)定為三級：一級±1cm；二級±5cm；三級±10cm。3.1水位測量的準(zhǔn)確度第23頁,共52頁，2024年2月25日，星期天潮位和潮位變化水體的自由水面距離固定基面的高度統(tǒng)稱為水位。海洋中的水位又稱潮位。潮位變化包括在天體引潮力作用下發(fā)生的周期性的垂直漲落，以及風(fēng)、氣壓、大陸徑流等因素所引起的非周期變化，故潮位站觀測到的水位是以上各種變化的綜合結(jié)果。第24頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.2潮位觀測的基本概念第25頁,共52頁，2024年2月25日，星期天水尺觀測儀器校準(zhǔn)和臨時性觀測。采用人工讀數(shù)平均法消波。波高越大誤差越大，波高1.5m，精度5cm；平靜海況下，2cm。3.3驗潮儀器第26頁,共52頁，2024年2月25日，星期天形形色色的水尺第27頁,共52頁，2024年2月25日，星期天

浮子式驗潮儀器觀測

采用浮子式驗潮儀觀測的需要建造驗潮井，采用其他驗潮儀觀測一般不用驗潮井。驗潮井是為安裝驗潮儀而專設(shè)的建筑物。驗潮井按其建筑結(jié)構(gòu)形式可分為島式和岸式兩種。第28頁,共52頁，2024年2月25日，星期天島式、岸式驗潮井第29頁,共52頁，2024年2月25日，星期天驗潮井的要求井筒一般為圓形，內(nèi)徑0.7-1m井口應(yīng)高于可能最高潮位1.5-2m井底應(yīng)低于可能最低潮位1m以上井筒開有進水孔，其高度約在可能最低潮位下0.5-1m。進水孔必須要保證驗潮井有較好的隨潮性和消波性（設(shè)計可按規(guī)范要求并考慮海區(qū)的其它因素影響）。英國政府1965年公布的驗潮井手冊中推薦的小孔直徑與井直徑之比為0.01，截面積之比為萬分之一我國一般為五百分之一。岸式驗潮井的輸水管需符合規(guī)范要求（1m,5%,r=1m時管長與直徑：5-0.01,10-0.12,15-0.14）。第30頁,共52頁，2024年2月25日，星期天浮子式驗潮儀介紹

浮子式驗潮儀一般是利用放在驗期井內(nèi)的浮子隨潮位漲落升降，通過傳遞繩帶動繩輪和記錄筒轉(zhuǎn)動實現(xiàn)潮高記錄；同時，由時鐘控制記錄筆尖做水平勻速移動，實現(xiàn)潮時記錄。第31頁,共52頁，2024年2月25日，星期天浮子式驗潮儀介紹第32頁,共52頁，2024年2月25日，星期天浮子式驗潮儀介紹SCA5-1水位自記儀（1992年通過鑒定）由國家海洋局海洋技術(shù)研究所研制。儀器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置采用單片機系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)RS232串行接口，可與微機系統(tǒng)進行通訊。其終端采用兩種形式①單一潮位顯示器，只顯示瞬時水位；②采用小型微機，自動采集、處理潮汐資料，自動顯示打印潮位數(shù)據(jù)．自動繪制潮位曲線，自動存儲錄制潮位數(shù)據(jù)．并可獨立與計算機系統(tǒng)通訊繪制潮汐報表。數(shù)據(jù)采用電話線傳輸或電力載波傳輸。儀器適用于無入值守的臺站使用。儀器測量范圍為0-10rn，準(zhǔn)確度為±1cm，潮位分辨率為00.1cm，可連續(xù)24h工作．采樣時間為1min。第33頁,共52頁，2024年2月25日，星期天壓力潮汐測量儀

3-1國產(chǎn)壓力式驗潮儀器SCA2－2型（原SCL2－2）壓力式驗潮儀由國家海洋局海洋技術(shù)研究所研制(1987年通過鑒定，是SCA2－1型的改型），是一種無井驗期儀。儀器基于測量水下或與水面相聯(lián)系的水上某液面的壓力來測量潮位數(shù)變化。儀器終端來用微機系統(tǒng)。但還保留了A／D轉(zhuǎn)換和模擬記錄部分，以確保儀器的可靠性。潮高測量范圍為0—8m，精確度≤10mm，潮時測量精確度5min/d，傳輸距離：電纜1000m，氣管500m,連續(xù)24h工作。該儀器于1983年曾被聯(lián)合國教科文組織海委會推薦給一些第三世界國家使用。

第34頁,共52頁，2024年2月25日，星期天壓力潮汐測量儀

SSA2－1型便攜式潮汐儀，是由國家海洋局第一海洋研究所研制的一種無井驗潮儀（1991年研制）。由微機、水下探頭、電纜和內(nèi)外導(dǎo)管組成．可實時對大氣壓力、溫度、鹽度、重力、涌浪、海流要素進行補償，能立即打印準(zhǔn)確潮位值。第35頁,共52頁，2024年2月25日，星期天壓力潮汐測量儀

HYC－01便攜式驗潮儀是由海軍海洋測繪研究所研制。1995年12月，海軍海洋測繪研究所與北海艦隊海測船大隊等單位于黃海某海區(qū)進行了自動驗潮儀海上試驗，自動驗潮儀達到國際同類產(chǎn)品的先進水平。自動驗潮儀的組成：從空間上自動驗潮儀分為兩部分:水上機和水下機。水上機包括:釋放應(yīng)答器(含換能器)、數(shù)據(jù)接收器及數(shù)據(jù)處理機;水下機包括:水位計(驗潮主機)、釋放器(含換能器)、基座(或沉塊)、浮球、理電池。自動驗潮儀工作水深10－200m，連續(xù)工作40天以上，壓力采集間隔可選1分鐘、5分鐘、10分鐘等等，潮位精度為現(xiàn)場水深的1‰，工作環(huán)境的溫度為0－50℃，定時精度40天內(nèi)誤差小于12秒。第36頁,共52頁，2024年2月25日，星期天壓力潮汐測量儀

3.2國外壓力式驗潮儀器WLR7水位記錄儀第37頁,共52頁，2024年2月25日，星期天壓力潮汐測量儀工作原理

觀測需測的量如下：總壓強P，它是氣壓與水壓的總和、由水位計的壓力探頭測得，kPa?，F(xiàn)場水溫T，由水位計溫度探頭測得,℃?，F(xiàn)場氣壓PA，由自記氣壓表測得,kPa。在傳感器之上的海水高度H為:第38頁,共52頁，2024年2月25日，星期天超聲波潮汐計超聲波潮汐計種類較多，如美國國家海洋大氣局(NOAA)研制的Aguatrak系統(tǒng)、澳大利亞的新一代水位測量系統(tǒng)(NGWLMS)、法國MORS公司環(huán)境分部研制的BENNIVUS01型超聲水位測量系統(tǒng)等等。SCA6-1型聲學(xué)水位計(國家海洋局海洋技術(shù)研究所)是利用空氣聲學(xué)原理研制的新型水位測量儀器。SSAI一1型聲學(xué)水位計系國家海洋局第三海洋研究所生產(chǎn)。第39頁,共52頁，2024年2月25日，星期天超聲波潮汐計原理一般由聲學(xué)傳感器、溫度傳感器、聲管、測量電路、信號傳輸電纜、微電腦數(shù)據(jù)采集處理組成。關(guān)鍵技術(shù)：1.空氣聲學(xué)測距；2.數(shù)字濾波；3.自校準(zhǔn)。第40頁,共52頁，2024年2月25日，星期天超聲波潮汐計原理聲學(xué)測量中，溫度的影響是產(chǎn)生測量偏差的主要原因，溫度變化1℃，將影響聲速變化約0.18％，為了在不均勻的聲場進行準(zhǔn)確測量，采集水位的同時，還要采集聲程數(shù)點的溫度值，修正聲速，對水位測量值進行溫度補償，減小溫度梯度造成的測量誤差，提高測量準(zhǔn)確度。第41頁,共52頁，2024年2月25日，星期天TD301R溫深儀－儀器簡介TD301是精密的溫深儀，適用于大洋、湖泊、水庫、下水道、江河……的測量。它的傳感器是即插即用的，并且可以與計算機兼容。所有的設(shè)定比如測量間隔、同步時鐘等等，都可以通過菜單找到。所有的程序和校準(zhǔn)參數(shù)都保存在一個穩(wěn)定的寄存器里，即使斷電后也不會丟失。但是當(dāng)存儲器已滿后，舊的數(shù)據(jù)將被新數(shù)據(jù)所替代。如果是外接電纜進行實時觀測，數(shù)據(jù)就會通過一個防水的RS－232輸出口傳輸?shù)酵饨拥挠嬎銠C上，通過一個綜合的計算機程序可以方便的進行數(shù)據(jù)的傳輸和處理。第42頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第43頁,共52頁，2024年2月25日，星期天TD301R溫深儀－傳感器設(shè)計儀器內(nèi)部全部元件被保護在一個聚亞安酯固體外殼里。壓力傳感器植入儀器，通過中部帶有一個小孔的保護蓋進行壓力測量。傳感器是壓電型，對溫度敏感，但是可以通過一個獨有的內(nèi)置補償算法來校正。水溫是通過熱傳感器來測量。TD301有一個內(nèi)置的可替換的電池，是自容式的溫深儀。它有兩個磁性開關(guān)，START和CONFIRM，由一個磁性棒來控制。使用者可以通過側(cè)面內(nèi)置的發(fā)光二極管來判斷儀器是否正常工作。第44頁,共52頁，2024年2月25日，星期天TD301R溫深儀－菜單當(dāng)把儀器和計算機相連，使用者就可以根據(jù)顯示的菜單，讀取記錄數(shù)據(jù)，改變測量模式或者校準(zhǔn)模式等。另外，菜單還具有很多有用的功能，比如設(shè)置同步時鐘、積分時間、波特率、刪除數(shù)據(jù)和顯示電池壽命等等。第45頁,共52頁，2024年2月25日，星期天TD301R溫深儀－操作模式TD301通常測量海洋和湖泊的剖面，有自容和實時兩種模式。如果采用自容模式測量，必須把后來測量的所有壓力數(shù)據(jù)扣除最開始測量的壓力數(shù)據(jù)。因為最開始測量的是海表空氣的壓力，之后測量的才是水中的壓力。這種模式只需要用磁性棒控制儀器的開和關(guān)即可。采用實時觀測模式，可以通過鍵盤來設(shè)置初始的空氣壓力。每一次完整的測量（從成功的開始測量到結(jié)束測量）都被連續(xù)的記錄下來，為了區(qū)分下一次測量，每個記錄都帶有傳感器的編號，日期和時間。第46頁,共52頁，2024年2月25日，星期天TD301R溫深儀－數(shù)據(jù)讀取與處理數(shù)據(jù)可以隨時從儀器內(nèi)部的存儲器中讀入計算機。儀器可以與各種標(biāo)準(zhǔn)的計算機相連，來設(shè)置儀器的狀態(tài)和讀取數(shù)據(jù)。但是必須使用MINISOFTSD200W這個軟件來進行以上操作。該軟件包含了數(shù)據(jù)的傳輸和處理功能，可以把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為計算機的文件，提供了很多強大的圖形和表格處理功能，而且數(shù)據(jù)可以進行更復(fù)雜的處理。第47頁,共52頁，2024年2月25日，星期天TD301R溫深儀－校準(zhǔn)隨儀器配有校準(zhǔn)參數(shù)，這些參數(shù)都存在存儲器里，隨時可以調(diào)出來查看。由于傳感器和線路長時間良好的穩(wěn)定性，儀器可以很多年都不用從新校準(zhǔn)。使用者需要持有正規(guī)的計量論證書，廠家提供高效低費用的校準(zhǔn)服務(wù)。如果使用者希望自己進行校準(zhǔn)，操作手冊可以提供很好的幫助。第48頁,共52頁，2024年2月25日，星期天TD301R溫深儀－參數(shù)壓力：量程：20，50，100，200，500-6000m*

分辨率：0.001％FS

精確度：＋/－0.01％FS溫度：量程：-2～+40’C

分辨率：0.001’C

精確度：＋/－0.01’C反應(yīng)時間：<0.5sec存儲器：CMOSSRAM容量：22000個溫深數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)輸出口：RS2