Manual On Hydrography

[Mohamed Hashem]

دكتور سيد الزغبى
كلماتك أوسمه على صدورنا
وسعيد جدا لمشاركات حضرتك
فلا تحرمنا من النصح والتوجيه دائما

شكرا مرة أخرى

[Mohamed Hashem]

بسم الله الرحمن الرحيم

أعزائي .. كما وعدناكم نستكمل فى هذه المقالة – وهى الثامنة - موضوع أخطاء القياس فى الـ SBES
وبرغم أنها خارج عن نطاق مانيوال الهيدروغرافيا إلا أننا - كما أوضحنا سابقا - رأينا ضرورة
شرحها لتكتمل الفائدة ونستطيع أن نكمل بعد ذلك مع المانيوال فى موضوع الـ Multi-Beam Echo Sounder إن شاء الله

The Limitations of a Single-Beam Depth Sounder

من مميزاته أن أجهزته تتميز برخص ثمنها نسبيا وبسيطة التركيب وسهلة الاستخدام نسبيا ولكن من عيوبه انه غير ملائم للمساحة الباثيمترية التى تتم لمسطحات مائية شاسعة ولهذا الغرض يناسب الـ MBES أكثر تلك الأعمال خصوصا إذا كان المطلوب مسح تلك المساحات الواسعة بدقة عالية لبيان طبوغرافية القاع الحقيقية وبدون إهدار وقت طويل فى خطوط مسح كثيرة
وكما سترى فان الـ SBES يفشل فى هذه النقطة والسؤال الآن عندما نستخدم SBES أين القاع ؟
فى الباثيمترى نفترض أن قياس العمق يتم فى نفس الوقت الذى تنطلق عنده النبضة تحت السفينة
ليس هذا فحسب بل نفترض أيضا أن قراءة العمق تأتى من نقطة وحيدة على القاع تقع أسفل مذبذب السفينة مباشرة ولكن إذا نظرنا للصورة التالية

نجد فيها القاع يظهر بشكله الحقيقى المتعرج : فأول نبضه مرتدة من القاع ترتد من نقطة لا توجد تحت السفينة وإنما خلفها حيث أن المسافة المائلة أقل ولا تعبر عن العمق والسبب فى ذلك أن النبضة تنطلق من المذبذب فى جميع الاتجاهات على شكل نصف كره مركزها المذبذب وفى هذا الوضع لا يمكن للمساح أن يعرف من أين ارتدت النبضة

Pings from the single-beam echo sounder, which spread out spherically from the sonar— equally in all directions— strike the bottom first at this point. There is no way for an operator on the survey vessel to know that the first return echo is not from the bottom directly below. This situation will produce an inaccurate measurement of the depth at this location

ويتعامل الـ SBES مع تلك المشكلة بتعديل فى التصميم عن طريق توجيه النبضة فى شكل شعاع ضيق وهنا تظهر المشكلة الأخرى أننا بهذا التصميم نقيس العمق كما ذكرنا عند نقطة وحيدة تحت السفينة وهو ما يظهر فى الصورة التالية


فعلى سبيل المثال لو كان تردد المذبذب 12 كيلوهرتز فسينتج شعاع مخروطى زاوية رأسه 30 درجة عندها يقيس العمق عند قاعدته التى سيبلغ قطرها 25 سم فقط ..!! أى أن قياس العمق يحصل لنقاط محدودة الاتساع و يهمل المساحات فيما بينها فإذا رجعنا إلى الصورة المرفقة رقم 2 سنجد أنه من التسجيلات التى تمت على سبيل دراسة هذه الظاهرة تبين أن القاع يوجد فى مكان ما خلال زاوية رأس المخروط والمدى المحسوب وحتى هذه المنطقة تعتمد مساحتها على العمق نفسه فكلما زاد المسافة التى تسيرها النبضة كلما زادت المساحة التى يغطيها الشعاع الخارج من المذبذب وبشكل عام تتناسب تلك المساحة مع زاوية رأس مخروط الشعاع ومربع العمق
فى الحقيقة هناك العديد من العوامل التى تؤدى إلى الحصول على قياسات خاطئة للأعماق يمكن تصنيفها كالتالى :
أخطاء قياس الأعماق : مثل أثر اختلاف سرعة الصوت فى الماء
أسباب طبيعية: كأسراب الأسماك وطبيعة القاع الخ التى تسبب ما يسمى الأصداء الزائفة False Echo
أخطاء ذاتية للقياس : مثل سرعة السفينة وأثر الأمواج
وقد وجدت أكثر المراجع والكتب التى تناولت هذا الموضوع بشكل منسق هو كتاب الدكتور رفعت رشاد ولذا اسمحوا لى بنقل تلك الفقرات من كتابه الأقمار الصناعية والملاحة الإلكترونية .. وقد قمت بتلخيصها وإدخال بعض التعديلات لتتناسب وسياق الموضوع
أخطاء قياس الأعماق: Echo Sounding Measurement Error
من الضرورى قبل إجراء عمليات جس الأعماق أن نقوم بمعايرة الأجهزة المستخدمة بعد تثبيت المذبذبات فى أماكنها وبعد وضع باقى المعدات والوحدات فى أماكنها

خطأ المؤشر index error
عندما لا ينطبق صفر التدريج مع خط الإرسال يكون ذلك بسبب :

• تأخر بيان النبضة المرسلة على وحدة البيان
• ضبط تركيب رولات ورق التسجيل

وفى حقيقة الأمر فإن عملية تحديد نقطة الإرسال والاستقبال تكون صعبه لأنه عندما يطلق المذبذب الطاقة الصوتية فإن جزء من هذه الطاقة ينتقل إلى جهاز الاستقبال بطريقتين الأولى سريعه من خلال حديد بدن السفينة والثانية خلال المياه المجاورة لكل من المذبذب والمستقبل فى حين أن ارتداد النبضة من القاع يولد خط الأعماق هذا يعنى أن دائرة الاستقبال تنشط وتتسبب فى إظهار أصداء العمق قبل وصول الطاقة الفعلية المرتدة من القاع وهنا يجب معايرة الجهاز قبل العمل بحيث نأخذ فى الحسبان مقدار الغاطس ( الذى هو عمق المذبذب فى المياه ) وذلك حتى يكون العمق المسجل هو العمق من سطح البحر وحتى القاع ويستخدم لذلك قائم المعايرة calibration check bar
استخدام قائم الاختبار من أفضل الطرق للتصحيح فى أعمال المساحة حيث يعطى نتائج مباشرة لقيم التصحيح تضاف أو تطرح مباشرة على قراءات جهاز التسجيل للأعماق وتستغرق العملية من 10 دقائق إلى ساعة ولكنها تعطى فى النهاية نتائج مضمونة ويراعى أن يكون البحر هادئاً والعمق أكبر من 30 متر
ويتكون قائم الاختبار من قطاع معدنى ( دائرى أو مستطيل ) يبطن سطحه الداخلى بالإسفنج أو الفلين الصناعى بسمك 1.5 سم وذلك يمثل عاكس جيد للموجات الصوتية وقد يكون عرض القائم مساوياً لعرض القارب المستخدم كما يجب أن يكون سمكه كبير حتى لا ينحنى أثناء تعليقه ويتم إنزاله إلى عمق معلوم تحت المذبذب ويفضل أن تكون حبال الإنزال من السلك الصلب حتى لا تتعرض للشد وزيادة الطول
خطوات العمل :
1. شغل جهاز الجس لمدة 10 دقائق قبل إنزال القائم فى الماء يجب ضمان عدم حركة السفينة أو المركب ويفضل أن يكون العمق أكبر من 30م وحاله البحر ساكن هادئ
2. ننزل القائم مسافة 15م أسفل المذبذب ونسجل الأعماق على ورق التسجيل
3. ننزل القائم 5 أمتار ونكرر التسجيل
4. نضيف قيمة الخطأ الجانبى إن وجد

وجدير بالذكر أن باستخدام قائم الاختبار يمكن تلافى الأخطاء العشوائية وخطأ المؤشر وخطأ سرعة دوران الموتور وتصحيح اختلاف سرعة انتشار الصوت فى الماء انظر الصورة التالية

وسيكون شكل ورق التسجيل كما بالشكل التالى

إنخفاض الحركة settlement & squat
يتسبب تغير حالة قارب المسح من السكون للحركة فيما يسمى Settlement ، كما يتسبب تغير سرعته إلى انخفاض مستوى الماء تحت السفينة أو ما يسمى Squatراجع الشكل التالى

ويتوقف هذا التأثير على العمق أسفل السفينة وشكل البدن وسرعة السفينة فى الماء ولكنه لا يغير من مقدار الغاطس بل يتسبب فى ظهور الأعماق المسجلة أقل من العمق الحقيقى لمستوى سطح الماء
هذا التأثير يكون ذا قيمة إذا كان العمق أقل من 7 أضعاف الغاطس : فبفرض أن الغاطس 2 متر فإن تأثير الانخفاض يظهر عندما يكون العمق 14 متر
ويزداد هذا التأثير كلما قل مقدار العمق وهنا يفضل تثبيت المذبذب قرب نقطة التعادل أو مركز الدرفلة الطولية أو العرضية ..... وللحديث بقية .. تابعونا

[eslam mamdouh]

طبعا وكما تعدونا من حضرتك يا بشمهتدس الموضوع فى غايه التمميز

والاستفاده العلميه منه كبيره جدا


فشكرا جدا لحضرتك وجزاك الله كل خير

[bare_footed]

تسلم أيدك يا باشمهندس

بجد في أستفاده كبيره

ربنا يجزيك كل خير على مجهودك الرائع

ومتابع معاك ان أحيانا الله

[Mohamed Hashem]

طبعا وكما تعدونا من حضرتك يا بشمهتدس الموضوع فى غايه التمميز

والاستفاده العلميه منه كبيره جدا


فشكرا جدا لحضرتك وجزاك الله كل خير

شكرا جزيلا على متابعتك يا اسلام
وشكرا لتنسيق الموضوع .. انا حاولت المرة دى بس برضه وضع الصور داخل المقاله نفسها جميل جدا

[Mohamed Hashem]

تسلم أيدك يا باشمهندس

بجد في أستفاده كبيره

ربنا يجزيك كل خير على مجهودك الرائع

ومتابع معاك ان أحيانا الله

تسلم ياصديقى العزيز
ومرورك دائما يسعدنى

[AYMAN GAMAL]

شكرا جزيلا ليك يا هندسة

جزاك الله كل خير على مجهودك الكبير جدا و القيم

جعله الله في ميزان حسناتك

[Mohamed Hashem]

شكرا جزيلا يا أيمن على مرورك الكريم وتعليقاتك المشجعة
ودائما بالتوفيق

[Mohamed Hashem]

بسم الله الرحمن الرحيم
أعزائي .. نستكمل فى المقالة التاسعة آخر نقاط موضوع أخطاء القياس فى الـ SBES وسنكمل بعد ذلك مع المانيوال فى موضوع الـ Multi-Beam Echo Sounder إن شاء الله
ولكن أستميحكم عذرا بالتوقف عن الكتابة فترة أسبوع أو اثنين لكى يتسنى لنا إعداد موضوع مسابقة أبدع التى ننوى بمشيئة الله عز وجل الاشتراك فيها
والآن إلى المقالة ... كما ذكرنا آنفا الكلام مازال للدكتور رفعت رشاد (بتصرف يسير) عن
الأصداء الزائفة False Echoes
يطلق اصطلاح الصدى الزائف أو الكاذب على تلك الأصداء والأهداف التى تظهر على شريط التسجيل ولا تهم المساح فى تحديد عمق الماء وطبوغرافية القاع ومن أمثلتها الأصداء الناجمة عن تجمعات الأسماك وبرغم أنها تعتبر صدى كاذب للمساح إلا أنها هدف وصدى حقيقى لأعمال الصيد
وهكذا على المساح أن يفسر سبب هذه الأصداء ونوع السطح أو الهدف الذى تسبب فى انعكاس الإشارة الصوتية فمن أهم وظائف المساح أثناء جس الأعماق هو تحديد الموقع وتحديد أقل ارتفاع للماء فوق الأجسام والأهداف الموجودة فى قاع البحر والتى قد تكون خطراً على الملاحة وفى الواقع لا توجد طريقة مباشرة يمكن إتباعها لتحديد الصدى الكاذب من الحقيقى فهى عملية تعتمد بالقدر الأكبر على خبرة القائم على أعمال المسح البحرى وتجاربه السابقة وفيما يلى أنواع الأصداء وأسبابها :

1) الأصداء الزائفة التى تسببها الأسماك False Echoes caused by Fishes
تتميز بعض أنواع الأسماك بوجود حويصلة هوائية swim bladders وعندما تكون هذه الحويصلات الهوائية فإنها تعمل كعاكس جيد للنبضات الصوتية التى يصدرها جهاز جس الأعماق ويعتمد شكل الصدى المرتد من هذه الأسماك على أعداد الأسماك ونوعها
وفى البحار المفتوحة ليس من السهل تمييز أصداء الأسماك إلا إذا كان السمك قريب جداً من القاع .
وإذا كان هناك شك فى احتمال وجود الأسماك فإنه يجب تحويل سرعة جهاز الأعماق إلى السرعة البطيئة مع زيادة مفتاح Gain أو التكبير بقدر الإمكان وهذه الوسيلة سوف تعمل على تقويم الأصداء المرتدة من القاع وإذا كان جهاز الأعماق مزود بمغير للذبذبات الطويلة يمكنها تمييز خط القاع حتى ولو كان محجوباً بواسطة أحد أسراب السمك
والشكل يوضح سرب كثيف من الأسماك فى المياه العميقة فى حين أن الشكل الثانى يوضح سجل للأعماق تم أخذه فى منطقة ضحلة وتجدر الإشارة هنا إلى أن هناك هائمات تعيش حول الشعب المرجانية النامية مثل قناديل البحر تفرز تلك الهائمات طبقات من المواد التى تعمل على ارتداد الصدى وظهور الأصداء الكاذبة
ومن الجدير بالذكر أن أصداء الأسماك أصداء معتادة نرصدها غالباً أسفل سفينة المسح عندما تتواجد أعداد بسيطة من الأسماك على أعماق مختلفة ولكن عندما تقترب الأصداء من القاع يصعب التمييز هل هى أعماق ضحلة أم سرب أسماك قرب القاع ويجب الحرص واعتبار أن الأصداء القريبة من القاع والمشكوك فيها على أنها نتؤات من قاع البحر

2)الأصداء الزائفة التى تسببها طبقات المياه False echoes caused by water layers
عندما تمر الموجات الصوتية من وسط الى وسط مختلف تتغير سرعة الصوت وبالتالى تتعرض الموجات الصوتية للانكسار ويحدث أيضا ظاهرة مصاحبه هى الانعكاس الجزئى للموجات الصوتية أي أن جزء من الموجات ينعكس وجزء ينكسر وفى ظروف معينة يحدث انعكاس تام للاشارة الصوتية والتى يتم استقبالها بجهاز جس الأعماق وكقاعدة عامة كلما زادت ترددات قيمة الترددات (عاليه ) كلما زاد احتمال انعكاس الإشارات الصوتية

3) الأصداء الزائفة التى تسببها ينابيع المياه العذبة False Echoes caused by fresh water springs
فى بعض الأماكن تتفجر المياه العذبة springs فى قيعان البحار والمحيطات وتتسبب فى ظهور أصداء كاذبة قوية وواضحة تجعل المساحين يعتقدون أنها لسفينة غارقة أو حطام أو منطقة ضحلة صغيرة وأكثر الأماكن شيوعاً هى منطقة الخليج العربى حيث قاع البحر يمتد فى طبقات مستوية من الحصى الرملى ويعتقد أن وجود هذه الينابيع له علاقة بالنشاط البترولى فى هذه المنطقة وعلى المساح التحقق من ذلك عن طريق أخذ عينات من المياه فى المنطقة المشكوك فيها وعلى مسافات تصل إلى مائة متر فإذا اتضح أن ملوحة المياه قليلة دل ذلك على وجود الينابيع وأنها سبب الأصداء الكاذبة

4) الأصداء الزائفة التى تسببها النباتات البحرية False Echoes cased by Kelp or Weeds
من الصعب تمييز الأصداء التى تسببها النباتات البحرية خاصة نباتات الكيلب التى يبلغ طولها 100 متر فى بعض الأحيان وتمتد فى اتجاه رأسى فى مجموعات كبيرة فى قاع البحر ولكن الأصداء المرتدة من القاع عادة ما تكون أكثرة قوة من الأصداء المرتدة من هذه النباتات
وبشكل عام النباتات البحرية يكثر وجودها فى المياه القريبة من الساحل وعند أى عمق ويمكن التأكد من وجودها عن طريق استخدام حبل الجس lead line والذى يعلق به كمية من الحشائش والنباتات والتى تؤكد وجودها على القاع وبالتالى استبعاد الأصداء الناتجة عنها

5) الأصداء الجانبية Side-lobe Echoesمن خصائص الطاقة التى تحتويها النبضات أنها تحتوى على حزمة رئيسية مركزية بالإضافة إلى حزم جانبية وهى ما يطلق عليها الحزم الجانبية Side lobes فاذا اصطدمت أحدى هذه الحزم الجانبية بهدف جانبى رئيسى أسفل السفينة مباشرة فإن الهدف سوف يظهر على شريط التسجيل وكأنه أسفل السفينة حيث أن جميع الأصداء الناتجة عن طاقة النبضة سواء ما كان منها فى الحزمة المركزية أو الحزم الجانبية فإنها سوف ترتد كما لو كانت منعكسة من محور الحزمة الرئيسية وتبدو هذه الأصداء الناتجه عن الحزم الجانبية على أعماق صغيرة أسفل السفينة مباشرة وأقل بالطبع من العمق الحقيقى للقاع
ويمكن للحزم الجانبية أن تسبب خط أعماق متصل وممتد بطول خط المسح ولكن لمسافة أقل من العمق الحقيقى وعادة ما تكثر هذه الأصداء الجانبية من حطام السفن ومن الأرصفة البحرية وبالقرب من أرصفة الموانئ

6) التقلبات المائية Turbulence
تتكون التقلبات المائية البحرية فى الأماكن التى تتعرض للتفاعل التبادلى من تيارات المد والجزر فى البحار المفتوحة interaction of tidal او فى مناطق مصبات الأنهار ومن الطريف أنها أحياناً تسبب أصداء كاذبة وأحياناً كثيرة لا تظهر أى أصداء

7) الأصداء الزائفة التى تسببها المعدات المستخدمة Instrumental fasle echoes
بالطبع بتوخى الحذر يمكن تجنب حدوث مثل تلك الأصداء الزائفة بسبب المعدات المستعملة فى عملية جس الأعماق فعلى سبيل المثال وضع الجهاز على وضع الحساسية العالى Gain ينتج بعض العلامات والأصداء التى لا علاقة لها بالأهداف تحت سطح الماء وكذلك :
• الاضطرابات الفجائية فى عدد الذبذبات التى يصدرها الجهاز
• الاضطرابات فى قيمة فرق الجهد
• اختلاف السرعة التى تدور بها ريشة التسجيل
كل ذلك يؤدى إلى الأصداء الكاذبة ، وفى بعض الأحيان سجلت أصداء ناتجة من أصوات غرفة الماكينات بالسفينة وعند مرور سفينة أخرى بالقرب من سفينة المسح

8) الأصداء من الأعماق الكبيرة والصغيرة Multiple Echoes caused by shallow water
عندما يكون قاع البحر صخرى وذو خصائص مساعده على انعكاس الإشارة فإنه من المحتمل أن يرتد الصدى من قاع البحر فيترك هذا الصدى الأثر الدال على الشكل الحقيقى للقاع ثم تنعكس نفس النبضة الصوتية من قاع السفينة مرة أخرى إلى قاع البحر ثم ترتد مرة أخرى من القاع فى اتجاه السفينة فيستقبلها جهاز الإرسال مرة ثانية قبل بداية إرسال النبضة التالية وبالتالى فإننا نحصل على خط أعماق أساسي ثم خط أعماق مماثل له وعلى مسافة مساوية (ومتوازى معه) للعمق الأول ولكن شدة الصدى بالطبع تكون أقل وبالتالى شدة العلامات على ورقة التسجيل تكون أخف
وللتغلب على ذلك نخفض مقدار الـ Gain والشكل يوضح صورة للصدى المتكرر لقاع صخرى على عمق بين 14 – 18 متر
انظر الصورة التالية

وجدير بالذكر أن شكل الأصداء نفسها قد تدل على نوع وطبيعة القاع seabed كما بالصورة التالية

9) أصداء القاع المائل أو المتعرج slant floor echoes
عند مرور السفينة بالقرب من قاع منحدر بميل شديد أو بالقرب من جرف مائل فإنه من المحتمل أن تنعكس الطاقة الصوتية من جانب الحزمة الصوتية وليس من محورها وعلى ذلك تظهر الأعماق الجانبية ( الحرف المائل ) وكأنه أسفل السفينة مباشرة وليس على الأجناب
انظر الصورة التالية

10) أصداء فقاعات الهواء Errors caused by air bubbles
الفقاعات الهوائية تأتى من:
• سير السفينة فى بحر مضطرب مما يحدث درفله طوليه تحجز أسفلها وسائد هوائية
• سير السفينة للخلف مما يجعل الرفاص يسحب ماء ممزوج بفقاعات هوائية
ومن المعروف أن سرعة الصوت فى الماء خمس أضعاف سرعته فى الهواء لذا فإن الطاقة التى تحملها النبضة الصوتية ستتعرض لإنخفاض شدتها إلى الخمس عند مرورها مائى إلى وسط هوائى هذا بخلاف أنها سوف تنكسر وتنعكس مسببة أصداء زائفة
الأخطاء الذاتية لقياس الأعماق
أولاً – أثر سرعة السفينة على شكل القاع :
عندما تتوقف السفينة عن الحركة يظهر القاع وكأنه خط مستقيم بدون تغيير وعندما تسير السفينة ببطء فإن المسافة بين التعرجات التى توجد فى القاع تبدو متباعده فيما بينها ويلاحظ أنه كلما زادت سرعة السفينة فإن المسافة الأفقية بين التعرجات تبدو متقاربة جداً وهذا يعنى أن الشكل الذى يظهر على شريط التسجيل لا يمثل الشطل الحقيقى للقاع ولا يجب أن نعامله كخريطة تضاريسية لطبوغرافية القاع وعلى المساح أن يستخرج البيانات رأسياً فى حينها مرتبطة بالموقع وليس أفقياً من شريط التسجيل
انظر الصورة التالية

ثانياً – أثر سرعة شريط ورق التسجيل :
الشكل يوضح أئر سرعة الشريط على صورة القاع وعلى المساح أن يتحكم فى السرعة بالشكل المناسب والذى يوفر فى إستهلاك الورق انظر الصورة التالية

وللحديث بقية ... تابعونا

[AYMAN GAMAL]

جزاك الله كل خير يا هندسة

شكرا جزيلا على المجهود الرائع اللي بتقدمه و المعلومات القيمة جدا من خلال مقالاتك الممتازة

بحييك على مجهودك