[发明专利]河道水下根石非接触式水下探测方法

说明书

技术领域

本发明涉及探测技术，特别是主要用于防洪工程、港口工程中的水下基础探测工作，也可用于水下地质勘察的一种河道水下根石非接触式水下探测方法。

背景技术

河道整治工程特别是黄河防洪工程的重要组成部分，包括险工和控导工程均由坝、垛、护岸三种建筑物构成，工程安全依赖于坝岸根石基础的稳定，因此，根石探测是确保工程安全及防洪安全的重要技术基础工作。

黄河河道整治工程根石探测一直沿用传统人工锥探法，一种接触式探测方法。沿探测断面，工作人员或直接在水中用锥杆探测，锥杆接触到根石为止，或在探测断面上固定船只，沿船侧工作人员用锥杆向水下进行探测，锥杆接触到根石为止。每两米探测记录1个根石深度数据，勾绘出根石探测断面图。人工探测根石, 每组需10人( 6 人握杆作业, 2人辅助测距, 1人记录, 1人提水灌眼, 除专人记录外, 其余各工种也可轮换), 人工劳动强度大, 一天工作8 h, 只能探测2道坝( 8个断面,50个测点), 探测最大深度小于6 m,该方法比较依赖于探测操作人员经验，容易受到探测时大河水流流速、水深、天气、风力等因素影响，探测数据误差较大，同时存在探摸劳动强度大、工作效率低水上作业具有很大的危险性等问题，难以满足防洪保安全的要求，无法准确的了解水下根石分布状况，对根石加固决策与防守十分不利。

还有一种近几研制出的电动根石探测机，属于机械锥探，仍然是一种接触式探测方法，它是模仿人工探测根石时提杆、下冲动作的原理而设计的。探测根石时,还是在船上，人工锥探时人工提拉锥杆，改为机械提拉锥杆，换汤不换药，没有从根本上改变根石的技术方法，一般需4人作业( 2人操作机具, 1人测距、记录, 1人操作电机), 一天工作8 h, 探测5道坝。效率较低，操作性差，不能满足防洪保安全的要求。

人工探测根石的方式存在诸多弊端：一是安全性较差，这方面在八十年代曾经有人员伤亡的惨痛教训；二是探测结果不准确，误差较大；三是工作效率较低，劳动强度大。

根石探测状况是河道整治工程防洪安全的决定性因素，长期未能解决穿透淤泥层探测根石的技术难题，主要原因在于：

（1）根石探测需穿过含沙量高的浑水、淤泥层或土层。

黄河水流含沙量大，信号需穿过浑水、淤泥或土层，才能到达根石界面，能量衰减快，难以提取有效信号，以前采用过的电法、电磁法、地质雷达、地震法均未能试验成功。常用的水下探测设备，如SP-Ⅲ浅剖仪等，不具备穿透浑水和淤泥层探测的能力。

（2）根石探测范围一般仅在坝头外30～40米的范围内，工作场地狭窄，探测难度大。常规地球物理方法，无法布置合理的观测系统。

（3）坝前流态紊乱，流速变化大，工况复杂，信噪比差，操作困难。

（4）根石散乱，表面不规则，坡度陡，界面信号难以识别。

如何解决根石探测问题，多年来一直是黄河防洪工作中的重大研究课题之一，许多科研单位和技术管理部门为此曾做过大量的工作，如：1982年黄委与中科院声学所合作，利用声呐技术进行了六年的根石探测试验研究。1985年黄委引进美国SIR-8地质雷达进行根石探测试验。作为国家“八五”科技攻关研究的重点内容，黄委设计院联合中国地质大学、长春地质学院等单位，分别采用直流电阻率法、地质雷达探测法、瞬变电磁法、浅层反射法及声呐探测法进行根石探测试验研究。如郭玉松,胡一三,马爱玉.黄河水下根石探测的浅地层剖面技术，《水利水电技术》2009年第12期；周莉,郭玉松,崔炎锋.黄河河道整治工程根石探测新技术研究，《人民黄河》 2011年07期；刘广柱，电动根石探测机的研制及应用，《人民黄河》 2007年02期。但均未能解决根石探测技术难题。解决根石探测的技术难题，一直是业内所关心的问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种河道水下根石非接触式水下探测方法，可有效解决水下根石快速、准确、安全的探测问题。

本发明解决的技术方案是，由于河水、沉积泥砂、根石界面之间存在着很大的波阻抗差异，当声波入射到水与沉积泥砂界面以及沉积泥砂与根石界面时，会发生反射，仪器记录来自不同波阻抗界面反射信号，同时将GPS定位系统测量的三维坐标记录到采集的信号中，对信号进行识别、处理得到水下根石的分布信息，把探测到的根石分布信息输入到黄河河道整治工程根石探测管理系统中，对根石进行网络动态实时管理，利用水声数据处理软件处理分析探测数据，最终经过成图软件绘制出根石探测成果断面图。据此，本发明由以下步骤实现：