海洋环境学概论第二章深度测量

1、海洋环境科学概论第二章 深度测量主讲人：主讲人： 孙孙 苗苗目录目录2.1 水深测量的意义和目的水深测量的意义和目的2.2 水深测量的要求水深测量的要求2.3 深度测量的方法深度测量的方法2.4 深海调查深度订正方法的比较深海调查深度订正方法的比较2.5 海图水深计算海图水深计算 想要全面的了解海洋，首先应从它的形态着手，想要全面的了解海洋，首先应从它的形态着手，然后进而研究它的内在规律。水深测量就是研究其然后进而研究它的内在规律。水深测量就是研究其形态的一种手段。形态的一种手段。2.1 2.1 水深测量的意义及目的水深测量的意义及目的 不知道海洋的深度就可能是航行的船只搁浅、不知道海洋的深度

2、就可能是航行的船只搁浅、触礁，潜艇可以利用海底地形作屏障使对方的信触礁，潜艇可以利用海底地形作屏障使对方的信号接收仪接收不到潜艇发出的噪音。号接收仪接收不到潜艇发出的噪音。水深：水深：水域中某点自深度基准面至水底的垂直深度。水域中某点自深度基准面至水底的垂直深度。 水深分类：现场水深（瞬时水深）和海图水深水深分类：现场水深（瞬时水深）和海图水深现场水深：指现场测得的自海面至海底的垂直距离。现场水深：指现场测得的自海面至海底的垂直距离。概念概念海图水深：指从深度基准面起算到海底的水深。海图水深：指从深度基准面起算到海底的水深。目前我国采用的是目前我国采用的是“理论深度基准面理论深度基准面”作为海

3、图起算面。作为海图起算面。2.2 水深测量的要求水深测量的要求1.1.水深测量的时间、连续站每小时测一次；大面（或断水深测量的时间、连续站每小时测一次；大面（或断面）调查，在船到站后即测量。传统的深度测量准确度面）调查，在船到站后即测量。传统的深度测量准确度为为+ +（- -）2%2%。100100米以浅，记录取一位小数；超过米以浅，记录取一位小数；超过100100米，米，记录取整数。记录取整数。2.2.水深测量通常采用回声测深仪和钢丝绳测深两种方法。水深测量通常采用回声测深仪和钢丝绳测深两种方法。用回声测深仪的方法使用方便，测量快捷，结果准确度用回声测深仪的方法使用方便，测量快捷，结果准确度

4、较高。较高。2.3.1 2.3.1 钢丝绳测深钢丝绳测深2.3.2 2.3.2 回声测深仪测深回声测深仪测深2.3.3 2.3.3 现代主要测深系统现代主要测深系统2.3 深度测量的方法及资料订正深度测量的方法及资料订正一一 基础知识基础知识1.1.定义：定义： 用水文绞车上系有重锤的钢丝绳测量水深称用水文绞车上系有重锤的钢丝绳测量水深称为钢丝绳测深为钢丝绳测深2. 测深设备：测深设备： 绞车是供升降各种海洋仪器和采样工具以及水绞车是供升降各种海洋仪器和采样工具以及水深测量用的，因而它是调查船上最重要也是最基深测量用的，因而它是调查船上最重要也是最基本的设备之一本的设备之一 。 绳索计数器适用

5、于计量放出或回收钢丝绳长度绳索计数器适用于计量放出或回收钢丝绳长度的仪器。由滑轮和滑轮轴组合的若干齿轮构成。的仪器。由滑轮和滑轮轴组合的若干齿轮构成。2.3.1 2.3.1 钢丝绳测深钢丝绳测深测深设备测深设备定时探测时，根据海流的大小在水文绞车的钢丝绳前端挂一个铅鱼锤，定时探测时，根据海流的大小在水文绞车的钢丝绳前端挂一个铅鱼锤，其探测步骤如下：其探测步骤如下：操纵绞车，放松钢丝绳，让重锤的底部恰好降到水面上，此时把计数操纵绞车，放松钢丝绳，让重锤的底部恰好降到水面上，此时把计数器清零或记下计数器读数。器清零或记下计数器读数。操纵绞车，继续放下钢丝绳，当重锤触底而钢丝绳松弛时，立即停车，操纵

6、绞车，继续放下钢丝绳，当重锤触底而钢丝绳松弛时，立即停车，然后将钢丝慢慢收紧，使重锤刚好触底时读取计数器指示数，并记录然后将钢丝慢慢收紧，使重锤刚好触底时读取计数器指示数，并记录它，两次计数器的差值即为实测水深。它，两次计数器的差值即为实测水深。若钢丝绳倾斜时，应用倾角器测量钢丝绳倾角；遇到钢丝绳倾角过大若钢丝绳倾斜时，应用倾角器测量钢丝绳倾角；遇到钢丝绳倾角过大时，应在可能条件下加重铅锤，使倾角尽量减少，当加重铅锤以后，时，应在可能条件下加重铅锤，使倾角尽量减少，当加重铅锤以后，钢丝绳的倾角大于等于钢丝绳的倾角大于等于10度，应实行倾斜校正（校正系数在度，应实行倾斜校正（校正系数在0.981

7、.02之间，不必校正）。倾角超过之间，不必校正）。倾角超过30度时，应加大铅锤的重量度时，应加大铅锤的重量或利用其它方法使倾角控制在或利用其它方法使倾角控制在30度以内。度以内。1. 操纵绞车，回收钢丝绳。操纵绞车，回收钢丝绳。二二 测深方法测深方法一、计数器器差校正一、计数器器差校正1、原因：在制作和使用中由于机械磨损，存在一定误差，在、原因：在制作和使用中由于机械磨损，存在一定误差，在使用前必须进行器差校正。使用前必须进行器差校正。 2.2.校正的方法：将钢丝绳通过计数器自绞车上放出来，当钢丝绳的校正的方法：将钢丝绳通过计数器自绞车上放出来，当钢丝绳的起端通过计数器时，将指针拨到起端通过计

8、数器时，将指针拨到“0”0”处，到放出一定数量后处，到放出一定数量后（100100200米米）后，用卷尺量取钢丝绳的实际长度。用）后，用卷尺量取钢丝绳的实际长度。用A A表示校正表示校正系数系数: : A = L/l A = L/l 式中：式中： L L为所放出钢丝绳的实际长度；为所放出钢丝绳的实际长度； l l为计数器的示数为计数器的示数三三 测量深度的校正测量深度的校正二、二、 钢丝绳的倾斜校正钢丝绳的倾斜校正1. 1. 原因：受海流的影响，钢丝绳的长度比实际的深度大，需进行原因：受海流的影响，钢丝绳的长度比实际的深度大，需进行倾角订正。倾角订正。2. 2. 校正的方法：用倾角器测出倾角后

9、，仪器沉放的实际深度：校正的方法：用倾角器测出倾角后，仪器沉放的实际深度： Z= LCOS Z= LCOS a -h-h式中：式中：L L：经计算器差校正后的钢丝绳放的实际长度；：经计算器差校正后的钢丝绳放的实际长度； a ：倾角：倾角 h: h: 计数器滑轮到海面的高度计数器滑轮到海面的高度公式的前提条件：公式的前提条件：认为钢丝绳以直线的形式斜放入海中的，表示在认为钢丝绳以直线的形式斜放入海中的，表示在水上下层流速、流向一致，水摩擦阻力忽略的情况下是可能的。但水上下层流速、流向一致，水摩擦阻力忽略的情况下是可能的。但实际情况中，钢丝绳在水中往往不是直线，而是比较复杂的曲线，实际情况中，钢丝

10、绳在水中往往不是直线，而是比较复杂的曲线，因为水上下层流速大小不同、方向不同，而且钢丝绳下端悬挂的铅因为水上下层流速大小不同、方向不同，而且钢丝绳下端悬挂的铅锤的形状、大小、重量也不同。锤的形状、大小、重量也不同。 许多海洋学家做了不少的实验和研究，但没有获得理想的结果。许多海洋学家做了不少的实验和研究，但没有获得理想的结果。因此，在目前实际工作中，遇到钢丝绳倾斜时，最好是增加钢丝绳因此，在目前实际工作中，遇到钢丝绳倾斜时，最好是增加钢丝绳末端悬吊的仪器重量，以减少倾角，尽量不加以校正。末端悬吊的仪器重量，以减少倾角，尽量不加以校正。如果加重后，钢丝绳倾角仍然大于等于如果加重后，钢丝绳倾角仍然

11、大于等于1010度，就要进行校正。度，就要进行校正。1.1.进行钢丝绳水上部分校正：根据计数器高度进行钢丝绳水上部分校正：根据计数器高度h h 和倾角和倾角A A查查钢丝钢丝绳倾斜时水上部分订正值绳倾斜时水上部分订正值表，得出校正值表，得出校正值m m，然后将水上钢丝绳，然后将水上钢丝绳长减去校正值，得到水上钢丝绳实际长度；长减去校正值，得到水上钢丝绳实际长度；2.2.进行钢丝绳水下部分校正：用钢丝绳的水下长度和倾角，查进行钢丝绳水下部分校正：用钢丝绳的水下长度和倾角，查船只抛锚时钢丝绳水下部分订正值船只抛锚时钢丝绳水下部分订正值表，得钢丝绳倾斜的水下表，得钢丝绳倾斜的水下部分订正值部分订正值

12、k .k .3.3.依下式算得实际深度：依下式算得实际深度： Z = L- k - mZ = L- k - 已知：已知：计数器离水面的高度计数器离水面的高度h h为为6 6米，钢丝绳倾角米，钢丝绳倾角a为为3030度，入水钢丝绳度，入水钢丝绳长度为长度为L=100L=100米，米，求：实际水深求：实际水深Z Z根据根据h h和和a查表我们可以得知查表我们可以得知m=0.9m=0.9根据根据L L和和a查表我们可以得知查表我们可以得知k=5.2k=5.2根据公式根据公式Z = L- m - k,Z = L- m - k,得得 Z= 100-0.9-5.2 = 93.9Z= 100-0.9-5.2

13、 = 93.9米米订正示例订正示例四四 使用绞车的注意事项使用绞车的注意事项1.1.观测前应了解绞车和钢丝绳的最大负载及绞车的各种开关，观测前应了解绞车和钢丝绳的最大负载及绞车的各种开关，格挡速度及刹车的结构和性能，并熟悉开车、停车、快慢车格挡速度及刹车的结构和性能，并熟悉开车、停车、快慢车和正倒车的操作。和正倒车的操作。2.2.检查钢丝绳有无细刺、折断的钢丝和扭折痕迹，严重时应检查钢丝绳有无细刺、折断的钢丝和扭折痕迹，严重时应更换，工作过程中应尽量避免钢丝绳挤伤或折伤；如果排绳更换，工作过程中应尽量避免钢丝绳挤伤或折伤；如果排绳器发生故障，应协助绞车排绳。器发生故障，应协助绞车排绳。3.3.

14、绞车卷筒应保持顺利转动，轴轮和齿轮应经常保持足够的绞车卷筒应保持顺利转动，轴轮和齿轮应经常保持足够的润滑油，但禁止在刹车带里涂油。润滑油，但禁止在刹车带里涂油。4.4.调查结束后，将绞车、钢丝绳和计数器擦拭干净，并在计调查结束后，将绞车、钢丝绳和计数器擦拭干净，并在计数器和钢丝绳上涂抹黄油，然后用帆布讲绞车盖好。数器和钢丝绳上涂抹黄油，然后用帆布讲绞车盖好。2.3.2 回声测深仪测深回声测深仪测深利用声波在海水中的直线传播，接触利用声波在海水中的直线传播，接触海底后反射回来的特性。其探深原理海底后反射回来的特性。其探深原理如右图所示，图中发射超声波的装置，如右图所示，图中发射超声波的装置，称为

15、发射震动器，接收海底回声的装称为发射震动器，接收海底回声的装置称为接收震动器。它安装在船底，置称为接收震动器。它安装在船底，若超声波由发出到达海底后，立即反若超声波由发出到达海底后，立即反射回来，被接收前后的时间间隔设为射回来，被接收前后的时间间隔设为t t那么由船底到海底的距离那么由船底到海底的距离h =h =（1500 1500 * * t t）/2 /2 H= D + h H= D + h D D为船吃水的深度；为船吃水的深度；H H为实际水深为实际水深实际使用中，直接在回声探测仪指示实际使用中，直接在回声探测仪指示器上读取深度数据。器上读取深度数据。 与传统的单波束回声测深系统相比，多

16、波束测深系统具有扫幅宽、 全覆盖， 高效和高精度的特点，可完成全海洋的高精度海底地形探测任务，它一出现就受到海洋科学、工业和军事界的高度重视。多波束测深技术是声学、电子和计算机等高科技最新成就的集成，它的诞生对声学探测技术的发展具有划时代的意义。 （1 1）SEABEAM 1000 SEABEAM 1000 系列为代表的第一代产品，它的波束数少、扫幅宽度仅系列为代表的第一代产品，它的波束数少、扫幅宽度仅 6060，集成度低，水深数据不能实时处理。集成度低，水深数据不能实时处理。 （2 2） SEABEAM 2000 SEABEAM 2000 系列、系列、 ATLAS HYDROSWEEPATL

17、AS HYDROSWEEP和和SIMRAD EM12SIMRAD EM12为代表的第二代产为代表的第二代产品，采用了品，采用了 P30 P30 大规模集成电路和大规模集成电路和 DSP DSP 技术，波束数达到技术，波束数达到 121 121 个，波束角宽个，波束角宽 2 2，数据实时和后处理软件成熟。，数据实时和后处理软件成熟。 （3 3）SIMRAD EM 120 SIMRAD EM 120 和和RESON SeaBat 8150RESON SeaBat 8150深水多波束测深系统为代表的第三代深水多波束测深系统为代表的第三代产品，采用了超大规模集成电路和速度更快的产品，采用了超大规模集成

18、电路和速度更快的 DSP DSP 板，板， 波束数达到波束数达到 191 191 个或更个或更多，波束角宽多，波束角宽 0.50.511，实现全姿态稳定，数据实时和后处理软件更加成熟。，实现全姿态稳定，数据实时和后处理软件更加成熟。 （4 4）近年刚出现的）近年刚出现的 SIMRAD EM122 SIMRAD EM122 深水多波束测深系统和深水多波束测深系统和 EM710 EM710 被称为第四代被称为第四代产品，采用宽带技术、近场自动聚焦和水体显示等技术，提高了声呐性能，波束产品，采用宽带技术、近场自动聚焦和水体显示等技术，提高了声呐性能，波束数更多，测深点更密，集成度也更高。相比较数更多

19、，测深点更密，集成度也更高。相比较 EM120 EM120 系统系统EM122 EM122 系统标称指标覆系统标称指标覆盖宽度最大盖宽度最大 37 km37 km， 单次发射形成两行共单次发射形成两行共 576 576 个波束，可加密至个波束，可加密至 864 864 个测深点，个测深点，波束角宽最小可达波束角宽最小可达0.50.51 1，该系统目前正在推广阶段。，该系统目前正在推广阶段。2.3.3 2.3.3 现代主要测深系统现代主要测深系统一、订正原因：一、订正原因： 我国海洋调查在观测水文、化学和生物等要素时，根据海洋调我国海洋调查在观测水文、化学和生物等要素时，根据海洋调查规范规定，当

20、钢丝绳倾角大于查规范规定，当钢丝绳倾角大于1010度时，需用海洋学常用表进行订度时，需用海洋学常用表进行订正各预定层的深度。正各预定层的深度。 在海上调查，遇到大风浪使钢丝绳倾角较大时，就经常发现在海上调查，遇到大风浪使钢丝绳倾角较大时，就经常发现250-300250-300米以下预定层用开、闭端温度表的温差求得的深度值反而小米以下预定层用开、闭端温度表的温差求得的深度值反而小于小于于小于150150米甚至更浅的预定层用米甚至更浅的预定层用 “ “海洋水文常用表海洋水文常用表1 1、2 2 订正后的订正后的深度值的现象。对于这种深度值的现象。对于这种300300的米和的米和150150米预定层

21、间订正后深度的不米预定层间订正后深度的不连续现象，连续现象， 反映了深度订正方法上一些缺陷。刘连金等人反映了深度订正方法上一些缺陷。刘连金等人 曾对此曾对此进行过讨论。一般可以这样认为进行过讨论。一般可以这样认为, ,开闭端颠倒温度表在无故障情况下开闭端颠倒温度表在无故障情况下, ,用其温差求得的计算深度应算是准确的。因而可以断定：产生这种用其温差求得的计算深度应算是准确的。因而可以断定：产生这种300300米以下预定层间深度不连续的现象是由于对米以下预定层间深度不连续的现象是由于对300300米以下各预定层米以下各预定层进行深度订正时存在较大误差所造成的。进行深度订正时存在较大误差所造成的。

22、2.4 2.4 深海调查深度订正方法的比较深海调查深度订正方法的比较方法一方法一, ,根据海洋调查规范规定进行深度订正。即根据海洋调查规范规定进行深度订正。即: :由预定层的放出绳长度和由预定层的放出绳长度和甲板上量得甲板上量得 的钢丝绳的倾的钢丝绳的倾 角角, ,查算海洋水文常用表查算海洋水文常用表 (1 )(1 )、(2 ),(2 ),求得订正求得订正深度。此法深度。此法, ,这里简称为规范法。这里简称为规范法。方法二方法二, ,根据余弦定理进行深度订根据余弦定理进行深度订 正。即正。即: :由预定层的放出绳长度由预定层的放出绳长度 (L ) (L ) 和和甲板甲板 上量得的钢丝绳上量得的

23、钢丝绳 的倾角的倾角 ( (以以 。),),用余弦用余弦 公式公式:H = L c o s a :H = L c o s a 。求。求得订正深度得订正深度, ,此法此法, ,这里简这里简 称余弦法。称余弦法。方法三方法三, ,根据预定层根据预定层 的放出绳长的放出绳长 (L ) (L ) 和和 由开闭端温度表温差求得由开闭端温度表温差求得 的的200200的米预定层的米预定层 的的 计算深度计算深度 (H 0) (H 0) 进行深度订正。称为进行深度订正。称为H=(H0H=(H0* *L)/200= L)/200= Lcosa2 . Lcosa2 . a2 为表层至为表层至200200米预定层

24、钢丝绳的平均倾角。此法称为修正余弦法。米预定层钢丝绳的平均倾角。此法称为修正余弦法。二、主要订正方法二、主要订正方法三、比较三、比较表一表一 倾角小于倾角小于1515度时，各种订正深度误差的比较度时，各种订正深度误差的比较表二表二 1515倾角倾角 303 03 0时各种订正法深度误差的比较时各种订正法深度误差的比较比较结论：比较结论： 规范法、余弦法和修正余弦法相比较规范法、余弦法和修正余弦法相比较, ,规范法的深度订正误差最规范法的深度订正误差最大大, ,余弦法次之余弦法次之, ,修正余弦法最小修正余弦法最小; ;规范法和余弦法的深度订正误差与规范法和余弦法的深度订正误差与水深度和倾角有关水深度和倾角有关, ,水深度越深水深度越深