[发明专利]用于卵砾石输移观测的声音采集系统、采集装置及其布置方法

说明书

本发明公开了一种用于卵砾石输移观测的声音采集系统、采集装置及其布置方法，所述卵砾石碰撞声音采集装置包括布置于河床床面的发声器以及布置于河水中且位于发声器上方的水听器，所述水听器用于录制所述发声器因卵砾石碰撞而发出的声音，所述发声器包括两个相互间隔的铅鱼、连接于两个铅鱼之间的钢管固定座以及并排固定于所述钢管固定座上的多根钢管。所述用于卵砾石输移观测的声音采集系统包括多个不规则的布置在测量区域内的河水中的用于采集卵砾石碰撞声音的卵砾石碰撞声音采集装置，所述卵砾石碰撞声音采集装置的水听器与所述计算处理装置无线连接。上述用于卵砾石输移观测的声音采集系统能够实现实时、多点测量，提高测量的有效性、准确性。

技术领域

本发明涉及航道观测领域，特别涉及一种河流内用于卵砾石输移观测的声音采集系统、采集装置及其布置方法。

背景技术

三峡水库蓄水运行后，库区航道条件得到大幅改善，但仍不能完全适应现阶段航运发展。根据多年的航道泥沙原型观测分析工作认为，变动回水区浅滩碍航主要由卵砾石冲淤变化引起，而目前因受观测设备和观测技术的限制，无法有效获取原型卵砾石输移的实时运动特性，因此对于变动回水区卵石浅滩冲淤规律认识尚不十分明确。

目前国内外推移质泥沙测验方法概括起来可分为两类：直接测验法和间接测验法。直接测验法主要是借助于各种尺寸和结构的采样器和装置，直接测量推移质沙样的方法。直接测量法分器测法和坑测法。器测法是将推移质采样器放至河床直接测取推移质沙洋，取样过程方便、灵活、直观，适应的河道条件和水沙条件与其他方法相比较宽，可测得推移质输沙率的横向分布和断面推移率，当测次能控制推移输沙率变化过程时，可以得出某一测站的月、年推移量和各项特征值。其不足之处在于：一、测验工作量太大；二、采样器不够完善，有的采样器采样效率较低，甚至还没有可供使用的采样效率；三、采样器阻水较大，在洪水条件下存在不能下放到河底的现象，影响到大输沙率资料的正常收集。坑测法中的固定坑测法在干枯的河床上设坑较简便，且不需要进行效率更正的计算，但该方法只能在小河或溪沟使用；只能求出一次洪水后的总推移量，不能测出推移量的变化过程；槽坑法测验精度高，但一般只能用于小河道，且设备笨重复杂，费用高。间接测验法以应用各种物理原理为基础，或通过施测与推移质运动相关的物理量，间接推算推移质输沙量。其中沙波法可以避免器测法对河床的扰动，但其主要用于沙质河床，用于长江推移质测验较困难；差测法只适用于小溪或小河的沙质推移质测验；体积法不能测出推移质输沙率的连续过程，只能得出某一时段的总推移量；岩性调查法在缺乏实测推移质资料的情况下，可在短时间内根据野外岩性调查资料推算出河床各支流的推移质量相对来量，但该方法工作量大只能大致反应多年平均情况，不能反应推移质变化过程，同时，由于岩性卵石的磨损当调查河段较长对测验结果精度有较大影响；示踪法在研究海岸飘沙和根据示踪剂的扩散速度等来研究沙质推移质的输沙量等当面取得可靠地成果，但像长江这样的大型河流，由于卵石颗粒相互掩埋作用，失踪颗粒难以回收，此外，放射性同位素还存在污染环境问题，不能作为常规观测方法；光测法中的光度法由于推移质泥沙颗粒的形状和水流的浑浊度对光度计电脉幅值的影响太大以及为避免泥沙运动的冲击，必须对光学元件进行可靠的防护等因素，该方法受到限制；水下摄像法只适用于含沙量很小、河水较清、水深较浅、泥沙颗粒较大的河流，而且必须对仪器设备进行必要的防护以及必须采取有效的照明措施；超声地形仪受分辨率、时效性、水流条件及含沙量等影响较大，观测成果难以达到要求。ADCP测量法采用ADCP技术，在测量流速的同时，利用同步跟踪与反向散射功能测量推移质的运动速度，以此来推算推移质输沙率，该技术是近几年发展起来的推移质测验新技术，目前尚处在研究阶段。声学法在大颗粒泥沙（卵石或砾石）因运动时，可用声学传感器和记录设备，观测卵石运动情况，可以测量颗粒碰撞声音的强度、推移质运动轨迹，也可以辨别有无卵石推移质运动，该方法测量时不影响床面推移质运动。