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多波束测深系统在黄河水下地形测量中的应用

    责任编辑:范江涛 来源:

  多波束测深系统是河道基础地形勘测中的一项高新技术产品,是一种全新的高精度、全覆盖式、高效率的测深技术。它可以接收河底地形反射回波信号,根据各角度声波到达的时间延迟,得到水底多个点的水深值。与单波束回声测深仪相比,多波束测深系统具有测量范围大、测量速度快、精度和效率高的优点,特别适合进行大面积的水下地形探测。

  多波束测深系统主要由换能器、表面声速仪、剖面声速仪、罗经姿态仪、GPS定位授时仪等设备组成。其中,换能器同时测定水下多个点的回波时间,罗经姿态仪精确测定换能器的实时姿态,表面声速仪、剖面声速仪获得不同水深的声速,GPS确定换能器的实时空间坐标,GPS定位授时仪同步各个传感器数据的时间轴,确保各个数据在同一时刻产生。由同一时刻的位置、姿态、声速、回波时间可以精确计算出各个点的空间坐标。

  黄河系多泥沙河流,下游为游荡性河道,水流宽浅散乱。因此,黄河下游床面形态的观测十分困难。20世纪50年代末,黄河下游花园口河段曾利用测深杆进行了沙垄的观测。但是,鉴于观测条件及观测技术的限制,获得的观测资料很少且不系统,难以完全反映花园口河段床面形态的特征。鉴于此,在黄河花园口约5千米区域利用多波束测深系统进行不同时期的主河槽水下地形信息获取,用于研究黄河河水不同泥沙含量对黄河沙垄变迁的影响。

  多波束测深系统利用回声测量水深,水越浅,泥沙含量越大,越容易在采集数据时形成噪点。数据后处理时,必须首先对测量的原始数据进行去噪。黄河沙垄变迁研究项目的数据后处理中,需要采用自动滤波和手动滤波相结合的方式来处理噪声。

  从2016年的观测结果来看,在花园口站流量为800~1200立方米每秒左右的情况下,黄河下游花园口河段的床面形态主要表现为不均匀的沙垄,沙垄尺度沿河流方向及断面方向的分布都不均匀,沙垄波长一般在10~50米,波高在0.5~1.2米之间。从观测河段的整体纵剖面来看,黄河下游花园口河段床面形态为复式沙垄,即存在一个波长800~1200米、波高3米左右的一个大沙垄,而上述小尺度的沙垄附着在这一大沙垄上。1959年在花园口河段利用测深杆观测到的沙垄,波高一般不超过2米,波长一般为数百米,有时也可达1千米以上。目前来看,2016年多波束测深系统观测到的黄河下游花园口河段的床面特征,与已有的观测基本一致,但是此次观测提供了更多的床面形态的信息,结果也更为可靠。

  多波束测深系统在黄河冲积性河流进行床面形态的测量,采集的数据经软件后处理后,均能够达到较高的精度,可以给出黄河下游床面形态的三维立体图形,直观反映床面形态特征,获得床面形态的基本特征尺寸,如波高、波长及沙波的运动速度,可为黄河下游动床阻力及输沙能力的研究提供翔实的数据支撑,同时也可进行河道整治工程冲刷尺度的量测,为黄河防汛抢险等提供基础数据。(王俊雷)


发布时间:2017年04月25日
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