SILAS系统在太湖湖底淤泥调查中的应用

SILAS系统在太湖湖底淤泥调查中的应用 亢文强 , 谢津平 , 鲁志文 ()中水北方勘测设计研究有限责任公司 , 天津 300222 摘 要 : 结合实际工作经验 ,介绍荷兰 SIL A S 走航式测量系统在太湖水下 、湖底淤泥调查的使用 方法及系统的特点 。 关键词 : 淤泥 ;淤泥调查 ; SIL A S 系统 ; GPS2R T K 无验潮 () P631 . 5 A 文章编号 :100121412 20050420295204 中图分类号 : 文献标识码 : 剖面上各点的密度值 ,根据标定点的数值结合声学反 射信息来推断 、划分剖面上其他点的密度 。当确定的 概述 1 密度值被输入后 ,此密度层面即可连续划分出来 。 2 . 1 SIL AS 系统原理 太湖是我国五大淡水湖之一 。长期以来 ,由于受 Sila s 系统利用普通回声测深仪向水底发射低频 入湖河流及周边工业污染造成水质明显下降 ,再加之 声学信号 ,声波到达水底后 ,部分声波被反射而另一 多年的行蓄洪及围垦 、围湖养殖造成了湖底淤泥沉积 部分声波将穿透水底 。反射回波的信号强度取决于 物的不断增加 ,对湖床 、湖线产生了较大影响 。进行 水底沉 积 层 的 密 度 变 化 。这 种 密 度 变 化 被 定 义 为 “密度梯度”, 反射信号的幅度大小是由反射层的密 太湖湖底的淤泥调查 ,掌握太湖湖底淤积的基本信息 对制定太湖综合治理的科学 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 显得尤为重要 。 目度梯度确定的 。密度梯度越大 , 反射信号越强 。由 前国内测量淤泥普遍采用的是测杆法 、钻探 于声波的反射和密度梯度之间的关系是已知的 , 即 法等 ,这些方法在测量过程中淤泥受扰动很大 ,也无 每一次反射都是因为密度的梯度变化引起的 ,这样 () 法在水平 、垂直方向连续测量 ,所以在精度 、效率上 就可以对密度的梯度进行定量化处理 图 1。在图 均不令人满意的 。同时 , 传统的方 法不 能够 查 明流泥和浮泥的分布 。 近几年欧洲 、印度普遍 采用 Sila s 系统进行 适航水深测量研究 , 近两年我国交通部门引进 Sila s 系统用于港口的适航水深测量 。但用 Si2 la s 系统进行湖泊淤泥调查在国内外尚属首次 。 2 S IL A S 系统简介 Sila s 系统 是 一 个 声 学 数 据 采 集 及 处 理 系 统 ,主要应用于水底淤泥及沉积层厚度探测及 物性 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 。它利用双频测深仪获取水底淤泥层 图 1 水底声学剖面 、反射信号回波以及 ( 的声学反射信息 反射信号强度 、信号增益 、时 密度柱状图对应关系图) ( ) 变增益等,利用密度计获得代表点 标定点断 Fig. 1 So und p rofile , t he ref lected wave signal 面的密度柱状图 ,通过 Sila s 专用软件自动推定 vs densit y Col umn 收稿日期 :2005204205 ( ) 作者简介 :亢文强 19652,男 ,天津人 ,工程师 ,从事工程测量工作 。 () 瀑布图 图 4。 1 中 ,左图为水底声学剖面 ,中间部分为反射信号回 波 ,右图为密度柱状图对应关系图 。 2 . 2 系统构成 () 1Sila s 走航式适航水深测量系统硬件组成有 () 图 2: 图 2 系统构成 Fig. 2 St r uct ure of t he system 图 3 利用 Hypack 软件进行导航定位 Fig. 3 Guida nce a nd locatio n wit h Hypack sof t wa re ?高精度双频测深仪器 ; ?De n sit u ne 音叉振动 密度计 ; ?带 A/ D 转换卡的便携式测量计算机 ; ? 导航计算机 。 () 2系统软件 : ?Sila s 软件 ,包括数据采集 、数据处理 、数据编 辑 、数据转换模块 ; ?密度计数据采集 、标定 、数据处 ( 理 、数据编 辑 软 件 包 ; ?导 航 软 件 PD S1000 , Hyp2 ) ack ,或用户自编用软件。 图 4 Sl ias 采集的太湖水底声学瀑布图 3 湖湾淤泥调查 Fig. 4 So und f all diagram di splayed by Slia s sa mples f ro m Taihu lake 本次调查范围安排在淤积情况较典型的竺山湖 、 2 梅梁湖 、贡湖 3 个湖湾部位 ,涉及面积362. 2 km。 淤 泥调查点的平面位置和高程用无验潮方式测 定 。淤泥调查过程如下 : () ( ) 1以湖边 或岛屿上四等 GP S 点为参考站 , ( ) 利用 GPS 实时动态载波相位差分 R T K无验潮技 术进行测点的平面高程定位 。载有 Sila s 系统的作 业船为流动站 ,沿着设计航线行进 ,利用 H yp ack 软 () 件进行导航定位 ,记录实时点位位置和水深 图 3。 () 2 在 行 进 中 启 动 GPS2R T K 系 统 和 Sila s 系 统 ,连续获取测量点的平面位置和高程并记录航线 图 5 选取区域标定点进行密度计标定 上水下地层的柱面信息 。由系统通过换能器向湖底 Fig. 5 The ma r ked densit y at t he selected ma r k point () () 发射高 200 k Hz低 24 k Hz两种频率的声波 ,再由 () () 3根据瀑布图和实际走航情况每条航线选取 6结合平面和高程定位信息 ,按照上述密度层 ( ) 面分别绘制 1 :10000 淤泥厚度图 ,同时计算淤积量 。 几个代表点 一般为 2,3 个,应用 De n sit une 音叉 振动密度计获取密度值 ,作为该航线或该区域的标 淤泥厚度图示例见图 7 。 () 7水草茂密地区的淤泥调查方法 。水草分布 ( 定点 。对于密度 计不 能 达 到 的 密 度 深 度 约 1 400 茂密的区域主要在贡湖 。凡密度计能施测的地方 , ) g/ L 以上则采用钻孔资料补充标定 。密度标定作 用密度计和钻孔资料对密度值进行联合率定 ,密度 业示意图见图 5 , 左图为选取适 当位 置 进行 密度 测 计无法施测的地方 ,用钻孔资料进行密度值率定 ,密 量 ,右图为密度测量 。 度计无法施测 ,也无钻孔资料的个别区域 ,则用测杆 法测量淤泥的厚度 。 () 4按照 Sila s 的程序 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 对密度计本身密度测 定的准确度进行标定 。 () ( ) 5利用密度计获得代表点 标定点断面的密 度柱状图 ,通过 Sila s 专用软件自动推定剖面上各点 4 淤泥调查精度评价 的密度值 ,根据标定点的数值结合声学反射信息来 推断 、划分航线上剖面上其他点的密度 。根据对淤 () () 1Sila s 系统中 ,密度计的密度测量精度优于常 泥的划分情况 ,共划分出1 080 g/ L 水底,1 200 g/ () L ,1 500 g/ L ,1 800 g/ L 共 4 个密度层面 图 6。 规钻孔采样密度测定的精度 ,其检定精度同标称精 度一致 。误差小于 1 % 。 () 2Sila s 系统的测量性能较稳定 ,成果具有复现 性 ,即当某一地区淤泥组成没有变化时 ,测定的结果 是一致的 。 () 3淤泥调查的测定精度取决于密度划分的精 度 , Sila s 密度划分误差的主要来源是测深仪的测深 误差 、密度 计的 密度 测 定误 差 、密度 计 本身 标 定 误 差 。实践证明 , Sila s 系统划分某一密度层是稳定可 靠的 ,如果不考虑钻孔采样的重复测定误差 ,则 Sila s 相对于钻孔采样值的密度划分误差在同深度上小于 1/ 10 。 ( ) 4Sila s 系统采样稳定 , 在走航时对淤泥无扰 图 6 Silas 密度划分结果 动 ,密度测量准确高效 ,同密度层划分可靠 , 是一种 Fig. 6 Cla ssificatio n of Slia s densit y 较好的走航式水底连续密度划分系统 。 () 5尽管钻孔采样受采样方法局限 ,不能准 确划分某一密度层 ,但因其采样深度较深 ,可以 采集到密度大于 1 800 g/ L 的样本 。因此 ,在要 ( ) 求进行高密度 一般大于 1 500 g/ L 的划分测 量时 ,钻孔采样可以作为 Sila s 系 统 的补 充 , 作 为 Sila s 密度划分的输入资料 。 5 结语 根据上述介绍 ,我们可以看出 ,与其他测量 方法相比 , Sila s 系统具有如下特点 : () 1该方法在航线与柱面上均是连续获取 图 7 太湖( 梅梁湖部分) 淤泥厚度分布图 ()1 500 g/ L 淤泥层的密度剖面 ,在淤泥不受扰动的环境下 , Fig. 7 Sl udge t hickness di st ribt utio n at bo t to m of Taihu lake 客观 、真实 、高精度的测定其密度值 , 成果具有 复现性 。 的测定及淤积趋势的推定 。因而太湖淤泥调查的研 () 2走航式的连续采集保证了密度采集的高效 究成果对我国江河湖泊的治理 、水库的监测具有重 性 ,非常适用于太湖这样大规模的淤泥调查工作 。 大的现实意义 。 () 3在低频测定淤泥密度的同时 ,高频也将水深 测出 ,故能保证水深测量点及淤泥密度测量点点位 完全重合 。 :参考文献 () 4Sila s 系统有先进的信号采集 、滤波功能 ,能 秦伯强 ,胡维本 ,陈伟民 ,等. 太湖水环境演化过程与机理 [ M ] . [ 1 ] 保证获得清晰的淤泥层声学剖面 ,因而可以排除仪 北京 :科学出版社 ,2004 . 器性能 、涌浪 、水草 、泥沙悬浮 、淤泥性状等多种因素 冯增昭 ,王英华 , 刘焕杰 , 等. 中国沉积学 [ M ] . 北京 : 石油工业 [ 2 ] 出版社 ,1994 . 影响 。 港口工程地质勘察规范 J TJ 240297 [ S ] . 人民交通出版社 ,1997 . () 5通过实践我们认为 ,太湖淤泥调查的研究成 [ 3 ] 果可用于我国其他淡水湖湖底淤泥的测定 , 并可推 广到全国 366 个大型水库 、2499 个中型水库淤积量 A P PL ICATION O F SILA S S YS TEM IN THE SIL T INVES TIGATION O F THE TAIHU LA KE KA NG Wen2qiang , XIE Jin2ping , L U Zhi2wen ( )N ort h Chi n a W ate r R esou rces I n ves t i g at i on , Des i g n a n d Rese rc h L i m i te d Com p a n y ; T i a n j i n 300222 , Chi na Abstract : Co mbi ne d wit h t he act ual wo r k e xp erie nce t he p ap e r i nt ro duc s op eratio n met ho d a nd c ha ract er2 i stic of t he Holla nd’s SIL A S wal ki ng a nd saili ng sy st e m t hat ha s bee n u se d i n t he Tai h u la ke bo t to m silt i nve sti gatio n . Key words : silt ; silt i nve sti gatio n ; S IL A S syst e m ; GPS2 R T K wit ho ut c hecki ng t he ti de