水声呐技术：水下地形回声勘测方法探究

“水声呐”是一种性能独特的回声勘测仪,通过使用干涉测量法的数据来计算底部坐标,勘测结果可即时显示出来,其工作区的扫描宽度达140m。该设备传感器发送的信号在勘测小艇的行驶方向上非常窄,但在横向非常宽,通过使用干涉测量法的数据来计算底部的坐标。

“水声呐”水下地形回声勘测技术应用于:①疏浚前后的勘测,“水声呐”是对疏浚工程进行规划及监测校验较快的的技术办法,使用“水声呐”回声勘测仪,可以非常容易地对相距较远的数个疏浚工程进行全过程监视,如果疏浚的实际情况与规划有出入,便可进行最后的调整(补挖),以保证疏浚效果。②环境规划、防洪及生态规划,当河床由“水声呐”进行电子勘测后,其勘测结果可作为对环境规划、防洪或生存计划进行计算机模拟的基本资料。③水电站水头损失最小化研究,为了增加水电站的发电量,首先用“水声呐”的勘测结果创建一个二维水力模型,再由这个水力模型计算出一个具有成本效益和环保效益的解决方案,即从特定的区域疏浚一定方量的泥沙,在维持水流量一定的情况下使下游的水位降低到一定高度,即使水电站水头损失最小。④绘制河道图。

为解决黄河大坝抛石水下地形探测,黄河水利委员会引进了美国最新型的“X-STAR”水下剖面仪。

下面,简要介绍X-STAR 水下剖面仪的主要技术性能。

X-STAR 水下剖面仪是美国Edge Tech 公司研制的,全套设备包括SPARC 工作站、SB-0512SC拖鱼、0.5～12k Hz发射器和接收器、导航/反射系数软件、反射系数等值线图软件、HP 彩色打印机、热敏打印机和拖鱼专用电缆。主要性能参数如下:

脉冲类型:调频,脉冲幅度加权和相位加权;

频率范围:500Hz～12k Hz;

A/D 转换:20位;

频带宽度:0.5～2.5k Hz,1～4k Hz,1～8k Hz,2～12k Hz;

纵向分辨率:40cm(0.5～2.5k Hz),30cm(1～4k Hz),12cm(1～8k Hz),8cm(2～12k Hz);

穿透深度:从灰质胶结岩30m 到各种泥沙泥土200m;(www.xing528.com)

射线宽度:10×10°(2～16k Hz),15×15°(2～12k Hz),20×20°(2～8k Hz);

发射阵列:4组;

接收阵列:4组;

输出功率:3k W;

操作系统:Unix系统;

拖鱼尺寸(cm):210×134×46(长×宽×高);

重量(kg):114;

拖鱼电缆:3副屏蔽式绞合二股电缆(5根为一股)。

在理想状态下,X-STAR 水下剖面仪的最小分辨率为8cm。在黄河上通过多次试验,根据探测精度与探测深度的要求,一般情况下采用的发射/接收频段范围为2.0～8.0k Hz,最小分辨率为10cm。在黄河河道整治工程抛石探测中,水下最大穿透淤泥层厚度达11.50m;在连云港核电站取排水遂洞区域探测中,海水中连续穿透淤泥层厚5m,粉砂、砂质粘土层厚25m,砂层后7m,总厚度达到37m。