不同频率回声测深仪测量水库淤泥的初步研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com维普资讯http://www.cqvip.com第l2期王宝成等：不同频率回声测深仪测量水库淤泥的初步研究85声速与密度组合情况通常为4种组合关系，在此只讨论泥高，其衰减越迅速，但分辨率也越高。则频率越低，裒减愈小、穿水底，／，．与掠射角日的关系，在许多软泥底中声速接近于它透率越大。上面水中的声速，如图2所示，它具有一透射角的存在，即声波可向下透射的物理特性。图3测深仪探测淤泥工作原理图2声波向下透射示震(O

2、条件、地点声波辐射至水底淤泥层界面或淤泥底层界面时要产生反射试验仪器为DF一3200回声测深仪(工作频率为：200、24和透射。kHZ)，EF一500型回声测深仪(工作频率为：100kHZ)。反射系数：T=L，lr=[]试验条件：(1)试验最大水深为3080m，且河床底相对平坦；透射系数：R==[P](2)DF一3200、EF一500增益、灵敏度一旦调至最佳位置时，』；’C'十iCi不能改变，否则失去可比性；式中，，为入射声强；c。为第1层介质声速；，为反射声强；P．(3)回声仪采用异步比测方式(同步比测仪器之间

3、相互产为第1层介质比重；c为第2层介质声速；P为第2层介质比生中频干扰)进行测深。重。试验地点为三峡水库近坝区$31断面附近。可以看出Pc与Pc．的差另4越大，反射系数越大，当Pc3．2试验结果：Pc．时。R：0，T=1，也就是不产生反射，全部透射。2004年在三峡水库近坝区流量为15100m3is(5月4日)，声信号的能最在沉积地层中传播时会产生吸收损失，吸收30300m3Is(6月16日)，35100Is(7月17日)，60100Is(9系数：。kf月8日)之后分别做了4次测深和容重取沙试验，试验数据见表式中

4、厂为声波频率；k为与沉积层物质孔隙度有关的系数，1至表4。当孔隙为35％一6o％时，k0．5。表1回声仪比测及窖重成果可以看出吸收系数。与声波频率厂成线性关系。另一方面，在淤泥河底中，还存在散射系数，它与河底的泥沙粗糙度有着重要的关系。即粗糙度比波长大的河底反向散射系数与频率无关；而河底粗糙度谱中有相当一部分粗糙度小于波长时，散射强度随频率而增大。同声测深仪通过其换能器向正下方发射一束圆锥形声波束，声波到达水底时一部分能量被水底反射回来，得到一个很强的回波(海底回波对应声图的水底线)，一部分能量透入水底，在淤积层

5、内继续向地层深处传播，地层内由于固体物质的散射和吸收，部分能量损耗，其中部分能量反向散射回换能器，这部分的大小包涵了地层成分的信息。声传播特性是由其介质的密度(P)和声速(c)决定的，当遇到P、c发生剧烈变化的地层界面时会产牛较强的反射，所以可以在一定程度反映地层的分层结构。以图3为例，从水体到淤泥，从淤泥到硬泥，P、C都发生变4测量结果分析化。所以在这两个界面上形成较强的反射，如图3中右上回波所示，水体中的P、c变化很小，因此几乎不产生回波，而淤泥的结4．1回声测深仪高、低频在淤泥河底中测量深度分析构不像水体那

6、样均匀，因此其回波信号比水体的回波略强，但比由卢传播理论分析说明回声测深仪工作频率的大小，反映容重较大的淤泥界面回波弱；而当信号进入淤泥，特别是硬泥着淤泥河底的不同深度，并与淤泥层密度的大小有着较大关系。后，信号迅速衰减，无法进一步穿透，也就不能形成回波。(1)回声测深仪不同频率在测量淤泥容重重度较大的水底由于不同频率的信号在介质中有不同的衰减规律，频率越维普资讯http://www.cqvip.com86人民长江2006芷时，获得的水深相对误差较小(见表1)。高工作频率如DF一裹3回声仪比测厦容重成果3200高

7、频、EF一500记录均为淤泥层表层的回波高程(见图4、图5)。低工作频率也同样记录着淤泥表层的回波高程。图4DF3200回波记录裹4回声仪比测厦容重成果DF一3200EF一删干容重，水深，干容重，水深，干容重，水深，干容重，淤泥厚度，5380，98图5EF—s00回波记景!：：!：：)!：：2!：：：2IIJ78．478．40．51579，40．84680．40．778108181图4为DF一3200回波记录，下一层为低频记录，为原始的78．678．57980．993800．7810．91．2地层记录，上面一层为

8、高频回波记录，它同时包含有低频回波成84分，界面清晰，为水库蓄水淤泥的沉积，但它能反映其某一段时000O00O0O0O0000073．874．80．69975．10．927610睨删拼张辆睨姗张跚问内河底淤泥的厚度。如图4示，它为不同灰度的两个界面层组成，下面一层黑度较大为低频碰至强反射面的回波信号，上面74．575．60．776．60．96

9、玎0．81．1层则为高频信号