1、淺地層剖面儀在水利清淤工程中應(yīng)用摘 要：淤泥測量在水利清淤工程中是一重要環(huán)節(jié)，通過淤泥厚度的測量可獲得更為準(zhǔn)確且合理的水底淤泥土方量，清淤工程的設(shè)計(jì)以及施工奠定根底。本文就淺地層剖面儀在水利清淤工程中的應(yīng)用進(jìn)展研究和分析，通過淺層剖面儀的定義與工作原理的簡述，結(jié)合詳細(xì)的案例，該儀器設(shè)備在水利清淤工程的應(yīng)用進(jìn)展詳細(xì)地闡述，希望通過本文內(nèi)容的闡述可推動我國水利清淤工程的施行，進(jìn)步清淤的成效與程度。關(guān)鍵詞：淺層剖面儀；水利；清淤工程；淤泥；應(yīng)用1 淺地層剖面儀的概述1.1 定義淺層剖面儀是通過聲波來對淺底地層剖面構(gòu)造進(jìn)展探測的一種儀器，該儀器是基于超寬頻海底剖面儀的改進(jìn)，用于顯示湖泊、海洋以及江河底

2、部地層剖面的一種設(shè)備，借助于地質(zhì)解釋方面的內(nèi)容，可探測到水底以下的地質(zhì)構(gòu)造情況。這種儀器不管是在地層穿透深度上，還是在地層分辨上，其性能均比較高。除此之外，還可隨意選擇相應(yīng)的掃頻信號組合，在施工現(xiàn)場實(shí)時進(jìn)展工作參量的設(shè)計(jì)與調(diào)整，不僅可測量航道浮泥的厚度，該儀器具有圖像連續(xù)、便于操作且探測速度快等特點(diǎn)。淺地層剖面儀是由系統(tǒng)軟件、水下單元與甲板單元所構(gòu)成的，該儀器是基于回聲測探儀器所開展成為的一種儀器，通常情況下其探測的深度是幾十米。在測量過程中，通過聲波在水底以及水中沉積物中的反射、傳播特點(diǎn)，連續(xù)探測水底沉積物自身的分層構(gòu)造，以此獲得更為直觀和合理的淺地層剖面。淺地層剖面儀的工作方式和測探儀大致

3、相似，只是所采用的發(fā)射功率與頻率不同，但測探儀只可對換能器至水底水深進(jìn)展測量，其工作的頻率比較低。相對于測探儀而言，淺地層剖面儀除了可對換能器至水底水深進(jìn)展測量以外，同時還可探測出換能器的垂直下方所對應(yīng)的水底深度，可將水底地層的詳細(xì)分層狀況及各層的地質(zhì)特征反映出來。在淺地層剖面儀中，其換能器根據(jù)相應(yīng)的時間間隔來垂直向下進(jìn)展聲脈沖的發(fā)射，當(dāng)聲脈沖通過水觸及到了水底后，其中有部分的聲能可反射返回至換能器，而另外一部分那么又會繼續(xù)朝地層的深層進(jìn)展傳播，且其回波又會逐步返回，一直到聲波所傳播的這些聲能損失全部耗盡為止。地層厚度的測量其實(shí)就是對聲波穿透至地層這一過程傳播時間的測量，在這里假設(shè)T為地層上下

4、兩個界面間時間差，C為該地層聲速，那么可按照下面這一公式來計(jì)算獲得該地層厚度。，在這一公式中，w是地層厚度。聲波水底反射能量的大小是通過反射系數(shù)R來明確的，其公式為：其中和分別為一層、二層介質(zhì)密度與聲速，通過上述這一公式可以看出要想獲得聲強(qiáng)反射，其介質(zhì)的密度以及聲速差必需要大，以此才可在淺地層剖面儀終端顯示器上將灰度比較強(qiáng)的這一剖面界面線反映出來，在收到的這些反射信號中，大部分信號都攜帶了水底地層構(gòu)造信息以及地質(zhì)構(gòu)造信息。接著利用聲學(xué)理論的相關(guān)原理，對所做得記錄進(jìn)展全面觀察，分析水底這些沉積物對聲波所產(chǎn)生的反射。最后在此根底上，就可更為準(zhǔn)確地理解和掌握探測區(qū)域淺部地層詳細(xì)地質(zhì)情況，同時通過相應(yīng)

5、的處理軟件，將兩層沉積物屬性圖像反映出來。2 在水利工程中出現(xiàn)泥沙淤積這一現(xiàn)象的原因近年來，為了獲得更大經(jīng)濟(jì)效益，在庫區(qū)范圍內(nèi)，隨意進(jìn)展采石、取土或者挖沙等，使得泥石流、崩塌以及滑坡等災(zāi)害頻發(fā)，加大了庫區(qū)泥沙的淤積問題，特別遇到梅汛期的時候，就會傾斜而下，并夾帶一定泥沙流入到庫區(qū)中去，而泥沙的不斷淤積也使得庫區(qū)所具備的功能得不到充分地發(fā)揮。從客觀的角度來看，當(dāng)水庫在建成了后，水庫的水溫就會逐步升高，同時其水質(zhì)也會相應(yīng)地變差，假設(shè)水庫的底泥長期未得到相應(yīng)的清理，該庫區(qū)就會不斷地釋放出各種營養(yǎng)鹽，造成水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化問題，水體就會逐步變綠，且藻類的生長速度也會加快，長期下來，就會產(chǎn)生一種“水華現(xiàn)象

6、，最終影響水庫的水質(zhì)量，繼而影響人們的飲程度安。3 淺地層剖面儀在水利清淤工程中的應(yīng)用為了更好地理解淺地層剖面儀，本文以“秀林水庫清淤工程為例，就淺地層剖面儀的應(yīng)用進(jìn)展詳細(xì)地闡述。在本案例中，應(yīng)用了由美國的Benthos公司所推出的一種淺地層剖面系統(tǒng)，即Chirp系統(tǒng)，該系統(tǒng)的重量較輕，便于運(yùn)輸和攜帶，采用的是線性脈沖調(diào)頻法，該系統(tǒng)可在小型船舶上來進(jìn)展測量與使用。由于原有的拖魚式轉(zhuǎn)換器在進(jìn)展測量時，來往的船只以及河流中所有的這些淺灘會對其產(chǎn)生一定的平安威脅，對此，為了使該儀器在應(yīng)用過程中更好地發(fā)揮其功能，需對儀器原有的拖魚式換能器施行改進(jìn)，從以往安放于測船尾的方式改變?yōu)楣潭ㄓ诖系膬蓚?cè)，通過這

7、種方式不僅可確保其平安性，同時還可進(jìn)步其探測效果。3.1 采集和處理資料由于聲圖判斷為一項(xiàng)細(xì)致且復(fù)雜的工作，在工作過程中，只要出現(xiàn)任何細(xì)小的過失都會造成地層名稱或者地層地層分界限錯定、錯劃。鑒于這種情況，為了防止這種錯誤的發(fā)生，在進(jìn)展淺剖探測的時候，操作人員應(yīng)隨時將以下內(nèi)容標(biāo)注在聲圖上：工作形式、工作的詳細(xì)環(huán)境、轉(zhuǎn)換器的水深波、探測前后的水深比、水深位的移植以及量程范圍、收發(fā)換能器基陣之間的間隔 、定位時線號、點(diǎn)號與時間、測量船周圍所產(chǎn)生的干擾等，通過這些內(nèi)容的標(biāo)注，為圖像資料的評判提供相應(yīng)的參考資料。在對聲圖進(jìn)展判斷的時候，應(yīng)按照不同干擾特征，將聲圖中的虛何地層以及干擾等剔除掉，接著再按照不

8、同沉積地層標(biāo)準(zhǔn)圖譜，結(jié)合工作經(jīng)歷，對聲圖進(jìn)展綜合觀察和分析，將連續(xù)且明晰的地層分界限找出來，基于此再來判斷聲圖。施行這一工作的目的就會為了對淤泥厚度進(jìn)展測量，通過處理軟件在圖像中來直接量取淤泥的厚度。如圖3。3.3 淤泥的分析以及土方的計(jì)算在淤泥厚度測量過程中，基于聲學(xué)原理方面的內(nèi)容，當(dāng)聲波所遇到的介質(zhì)，其密度不同，那么其所反射的強(qiáng)度也會有所不同。對此，在向水底進(jìn)展聲波發(fā)射時候，在遇到密度不同介質(zhì)以后就會開始進(jìn)展反射，其中有部分聲波就會穿透水底反射回來。其中聲波在穿透介質(zhì)以后，其深度主要取決于其頻率與能量，對于具備一定能量的這些聲波來講，其震蕩的頻率越低，那么其穿透力也就越強(qiáng)。而在這其中，所反

9、射的回波，其自身信號強(qiáng)度那么是由水底淤泥層密度變化所決定的，這種變化通常被稱之為密度梯度，通過定量化處理密度梯度，用標(biāo)定了的這些聲源信號來進(jìn)展反射信號強(qiáng)度的記錄，以此將密度梯度值測定出來，接著再根據(jù)在介質(zhì)中標(biāo)定信號振幅值來明確介質(zhì)密度。在具備了這兩個參數(shù)以后，就可對水底淤泥密度進(jìn)展連續(xù)測定。最后利用探頭所采集的反射數(shù)據(jù)，來進(jìn)展密度層的劃分，使這三方面的數(shù)據(jù)成為一個三維數(shù)據(jù)，從而為清淤工程的施行打好根底。測量水底淤泥厚度的主要目的就是為了對淤泥土方量進(jìn)展計(jì)算，通過計(jì)算以此為工程的施工提供相應(yīng)的參考根據(jù)。在外業(yè)所采集到的這些數(shù)據(jù)必需要通過處理成為標(biāo)準(zhǔn)性數(shù)據(jù)文件后才可用到淤泥土方量的計(jì)算中去。通過該儀器在的理論應(yīng)用情況來看，該儀器的應(yīng)用便于水利工程工程演變過程的監(jiān)控和研究，通過剖面圖所呈現(xiàn)的地層地質(zhì)構(gòu)造，可及時獲得沉積物厚度，而這些對于水利清淤工程的施行而言，具有非常大的現(xiàn)實(shí)意義。4 完畢語綜上所述，該儀器自身所具備的高效與快速探測功能，為水利清淤工程的施行提供了有利的技術(shù)保障。通過該儀器設(shè)備，可及時理解和掌握探測區(qū)域沉積物的特征、地質(zhì)構(gòu)造以及地形變化等，通過綜合研究和分析剖面圖像與其他測量方式所獲得的數(shù)據(jù)，可更好地監(jiān)測探測區(qū)域的變化情況，以便于針對詳細(xì)的變化采取相應(yīng)的應(yīng)對措施，提供可靠科學(xué)根據(jù)。參考文獻(xiàn)2 王圣豹.多波束參量陣淺地層剖面儀測深分機(jī)接