关于多波束水下坝面平整度检测方法的研究.docVIP

2008年大坝安全监测设计与施工技术交流会论文集119 关于多波束水下坝面平整度检测方法的研究 王瀛勇 张宁 燕樟林（华东勘测设计研究院，浙江 杭州 310014）摘要：根据目前国家对一些运行时间较长、年代久远的水电站和水库大坝进行防渗补强，需对水下坝面平整度进行检测的现状，针对性地提出了采用多波束水下坝面平整度检测方法，并在实践中加以探索性研究，为解决工程实践中的问题提供了切实可行的方法。同时，对野外采集的“点云”数据进行分析和处理，并在Microstation 环境下进行构TIN 和三维模拟，形象直观地再现了水下坝面的实际情况，为大坝防渗补强施工提供了技术支持，取得了较好的效果，具有较好的推广和应用价值。关键词：多波束；水下坝面平整度检测；“点云”数据处理；构TIN 和三维模拟 1概述东北某水电站位于吉林省吉林市第二松花江中游，坝址距下游的吉林市24km。电站始建于1937 年，1943 年第一台机组发电；1948 年和1949 年进行恢复工作；1951～1953 年进行了扩建和改建；1953 年全部建成。大坝为混凝土重力坝，坝顶长1080m，最大坝高91.7m，坝顶高程为267.7m，总装机容量为1004MW。由于建坝时的施工技术水平差，施工质量低劣，大坝建成以来存在着坝体混凝土强度偏低、渗漏、扬压力偏高、溶蚀及冻胀等问题，需进行全面加固处理，治理措施包括大坝防渗处理、大坝整体性加固处理、新增泄洪设施、坝体排水、大坝外包混凝土、开关站搬迁等。为了能对大坝上游水下坝面进行土工膜防渗处理必须了解上游水下坝面平整度情况，本次试验使用具有国际先进水平的美国RESON SeaBat8125 多波束测深系统和GPS RTK技术对水下坝面进行数据采集，并在此基础上对大坝上游水下坝面平整度检测方法进行了探索和研究，同时对所采集的数据进行处理、在Microstation 环境下进行构TIN 和三维模拟。 2波束水下坝面平整度检测方法的研究 2.1大坝上游水下坝面进行土工膜防渗处理对坝面平整度的要求为了保证水下采集数据能满足进行土工膜防渗处理的要求，按20～25 点/m2 点位采集密度，高程中误差限差小于±0.2m 的测量精度，在外业采集大量的具有三维坐标值X、Y、Z 的大坝上游水下坝面点。然后应用AUTO CAD 和Microstation软件进行数据分析，对水下坝面的平整度情况进行全面地分析和模拟并得出相关的成果及结论。对于这样的特种要求，采用目前常规的水下测量方法是无法实现的。为此，我们需要探索和研究采用多波束水下高精度坝面平整度检测方法的可行性。 2.2多波束大坝上游水下坝面平整度检测数据采集2.2.1SeaBat8125多波束测深系统的工作原理SeaBat8125 多波束测深系统的工作原理是利用水下声纳单元发射和接收脉冲声波，声波被河床或2008年大坝安全监测设计与施工技术交流会论文集120水中物体反射，部分被探头接收，由声波在水中的传播时间与声速的乘积即可计算出水深，SeaBat8125有多达240 个相互独立的换能器组成，每次可同时采集240 个水深信号，这240 个换能器呈1200 扇形夹角，每个波束角在扇形面上为0.5 度，在纵向上为1 度（测船航向）并且以每秒1～40 次(根据水深自动调整速率)的更新速率采集数据。这样，它对水下地形测量是以一种全覆盖的方式进行，它测量的水下地形是一个面，其工作原理见下图：(图1)图1RESON SeaBat8125 超高分辨率聚焦多波束测深系统的组成见下图：图2系统运转时，采用DGPS 实时动态（RTK）技术测定安装在船上的GPS 天线的平面位置；GYRO（电罗经）实时动态测定船艏与真北方向的夹角；按专用声速剖面仪提供的水体声速，81-P 处理器可计算出同步声纳点的水深；主控计算机即可计算出水底各测点的X、Y、Z 坐标。2.2.2外业数据实时采集系统该系统由计算机及RESON 6042v7.1 多波束数据采集和实时处理/可视化软件包组合而成，软件包是基于windows 操作环境的水下地形外业测量软件包，具有多种功能，是目前国际上最为完善的水下测量软件包，该软件主要包括如下功能：与各种外围设备的连接(各种不同型号的声纳系统、罗经、姿态传感器、定位GPS 等)，组成一个功能强大的测量系统，完成测线的设计，包括椭球参数的基面转换，采集存储各种测量数据，记录测量设备的工作状态，进行相关数据的处理及改正，提供各种导航信息，以多种方式实时显示设备工作状态及测量数据。2008年大坝安全监测设计与施工技术交流会论文集121图3 图42007 年10 月21 日，使用多波束和GPS 系统对上游水下坝面进行了扫测数据采集工作，进入SeaBat8125 多波束测量系统外业数据采集界面，分别打开各项数据显示窗口