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 第2O卷第4期 2005年12月地质找矿论丛Vo1.2ONo.4 Dec.2005 SILAS系统在太湖湖底淤泥调查中的应用 1概述 亢文强,谢津平,鲁志文 (中水北方勘测 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 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SILAS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i淤泥;淤泥调查;SILAS系统;GPS-RTK无验潮 中图分类号:P631.5文献标识码:A文章编号:1001—1412{2005)o4—0295—04 太湖是我国五大淡水湖之一.长期以来,由于受 人湖河流及周边工业污染造成水质明显下降,再加之 多年的行蓄洪及围垦,围湖养殖造成了湖底淤泥沉积 物的不断增加,对湖床,湖线产生了较大影响.进行 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. 目前国内测量淤泥普遍采用的是测杆法,钻探 法等,这些方法在测量过程中淤泥受扰动很大,也无 法在水平,垂直方向连续测量,所以在精度,效率上 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Silas系统进行 适航水深测量研究,近两年我国交通部门引进 Silas系统用于港口的适航水深测量.但用Si— las系统进行湖泊淤泥调查在国内外尚属首次. 2SILAS系统简介 Silas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.它利用双频测深仪获取水底淤泥层 的声学反射信息(反射信号强度,信号增益,时 变增益等),利用密度计获得代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 点(标定点)断 面的密度柱状图,通过Silas专用软件自动推定 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 密度值被输入后,此密度层面即可连续划分出来. 2.1SILAS系统原理 Silas系统利用普通回声测深仪向水底发射低频 声学信号,声波到达水底后,部分声波被反射而另一 部分声波将穿透水底.反射回波的信号强度取决于 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 度梯度确定的.密度梯度越大,反射信号越强.由 于声波的反射和密度梯度之间的关系是已知的,即 每一次反射都是因为密度的梯度变化引起的,这样 就可以对密度的梯度进行定量化处理(图1).在图 收稿日期:2005—04—05 作者简介:亢文强(1965一).男,天津人, 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师,从事工程测量工作. 图1水底声学剖面,反射信号回波以及 密度柱状图对应关系图 Fig.1Soundprofile,thereflectedwavesignal VSdensityColumn 第20卷第4期亢文强等:SILAS系统在太湖湖底淤泥调查中的应用297 (3)根据瀑布图和实际走航情况每条航线选取 几个代表点(一般为2,3个),应用Denskune音叉 振动密度计获取密度值,作为该航线或该区域的标 定点.对于密度计不能达到的密度深度(约1400 g/L以上)则采用钻孔资料补充标定.密度标定作 业示意图见图5,左图为选取适当位置进行密度测 量,右图为密度测量. (4)按照Silas的程序要求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Silas专用软件自动推定剖面上各点 的密度值,根据标定点的数值结合声学反射信息来 推断,划分航线上剖面上其他点的密度.根据对淤 泥的划分情况,共划分出1080g/L(水底),1200g/ L,1500g/L,1800g/L共4个密度层面(图6). -? {} } I {i ?}1f ? 图6Silas密度划分结果 Fig.6ClassificationofSliasdensity ? d5 : ?\ ,, g3 鼍jI .g2 (二( g1,I 跫-. %.1 9c【/ @ 噼 (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. 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 茂密的区域主要在贡湖.凡密度计能施测的地方, 用密度计和钻孔资料对密度值进行联合率定,密度 计无法施测的地方,用钻孔资料进行密度值率定,密 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淤泥调查精度评价 (I)Silas系统中,密度计的密度测量精度优于常 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1oA. (2)Silas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,Silas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,Silas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Silas 相对于钻孔采样值的密度划分误差在同深度上小于 1/10. (4)Silas系统采样稳定,在走航时对淤泥无扰 动,密度测量准确高效,同密度层划分可靠,是一种 较好的走航式水底连续密度划分系统. 图例 cps^口 1?{ _.一 ?0-===::====:=:= -__^?莹:皇:?!蕈;;;;; ".营= #__-^?一一一一 *一:;=== 一 三l?at?t?===+|==二?l?一一一 图7太湖(梅梁湖部分)淤泥厚度分布图 (1500g/L) Fig.7SludgethicknessdistribtutlonatbottomofTaihulake (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1800g/L的样本.因此,在要 求进行高密度(一般大于1500g/L)的划分测 量时,钻孔采样可以作为Silas系统的补充,作 为Silas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,Silas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 淤泥层的密度剖面,在淤泥不受扰动的环境下, 客观,真实,高精度的测定其密度值,成果具有 298地质找矿论丛2005焦 复现性. (2)走航式的连续采集保证了密度采集的高效 性,非常适用于太湖这样大规模的淤泥调查工作. (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. (4)Silas系统有先进的信号采集,滤波功能,能 保证获得清晰的淤泥层声学剖面,因而可以排除仪 器性能,涌浪,水草,泥沙悬浮,淤泥性状等多种因素 影响. (5)通过实践我们认为,太湖淤泥调查的研究成 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 的测定及淤积趋势的推定.因而太湖淤泥调查的研 究成果对我国江河湖泊的治理,水库的监测具有重 大的现实意义. 参考文献: E1]秦伯强,胡维本,陈伟民,等.太湖水环境演化过程与机理[M]. 北京:科学出版社,2004. E2]冯增昭,王英华,刘焕杰,等.中国沉积学[M].北京:石油工业 出版社,1994. [3]港口工程地质勘察规范JTJ240—97[s].人民交通出版社,1997. APPLICATIONOFSILASSYSTEMINTHESILT INVESTIGATION0FTHETAIHULAKE KANGWen.qiang,XIEJin.ping.LUZhi-wen (NorthChinaWaterResourcesInvestigation,DesignandReserchLimitedCompany;Tianjin300222,China) Abstract:Combinedwiththeactualworkexperiencethepaperintroducsoperationmethodandcharacter— isticoftheHolland'SSILASwalkingandsailingsystemthathasbeenusedintheTaihulakebottomsilt investigation. Keywords:silt;siltinvestigation;SILASsystem;GPS—RTKwithoutcheckingthetide