渭河下游根石探測的實踐與探索

梁林江，石長偉，2，羅娜

渭河下游根石探測的實踐與探索

梁林江1，石長偉1，2，羅娜1

(⒈陜西省江河水庫管局，陜西西安710018；⒉陜西省河流工程技術研究中心，陜西西安710018)

通過根石探測，了解撐握對渭河下游河道險工與控導工程安全具有重要影響的根石基本情況，對及時補充根石、加固維護工程安全、發(fā)揮工程效用具有重要的意義；本研究對人工錐桿探測、水下淺地層剖面勘探根石兩種根石探測方法在渭河下游的實踐進行對比分析，指出人工錐桿探測根石存在的主要問題與成果準確性低的原因，以及兩種技術適用范圍、探測效率、成果精度、安全性與運行費用等方面的優(yōu)劣，提出水下淺地層剖面勘探根石在渭河下游基本適用，應適度引進、運用與發(fā)展，對今后渭河下游開展與提高根石探測工作水平具有重要的指導作用。

渭河下游；根石探測；實踐與探索

1 渭河下游河道根石探測的必要性

渭河咸陽鐵橋以下至河口長208 km為下游，是黃河三門峽水庫的主要淹沒區(qū)和影響區(qū)。1960年三門峽水庫建成后，渭河下游泥沙淤積迅速，懸河態(tài)勢加劇，洪澇災害頻繁發(fā)生，防洪治河任務日益艱巨。

為有效地控導渭河下游主流，穩(wěn)定河槽，改善河流邊界條件與水流流態(tài)，使河勢向有利方向發(fā)展，結(jié)合下游河道受自然因素或人工建筑物的影響的主要因素，渭河下游當前采取“河道整治工程布置以防洪為主、兼顧保灘護岸”的河道整治總體方案。2011年陜西省委、省政府全面啟動了渭河陜西段綜合整治工程，基本上初步實現(xiàn)渭河中下游“洪暢、堤固、水清、岸綠、景美”的治理目標；目前，渭河下游共建成河道整治工程69處，壩垛1437座，長度138.5 km，水流已基本得到控制，河勢也在逐步改善。

渭河下游河道整治主要采取工程主要類別有控導工程、護岸工程、護灘工程，由壩體(土胎)、護坡、根石三部分組成。渭河下游各類河道整治工程的穩(wěn)定主要取決于根石與其上部的土石壓力是否相適應；當渭河下游河道水流沖擊向工程某一部位的強度大于該部位能承的最大水流強度時，原穩(wěn)定的坡度隨局部沖刷坑的形成和發(fā)展及根石走失而變陡，工程穩(wěn)定性降低，隨時可能出險；只有當工程受過較強水流的沖刷，根石下沉達到一定深度后，根石坡度才能保持相對穩(wěn)定，工程出險機率才會相對減少。

開展渭河下游河道整治工程根石深度、坡度探測工作，可以準確掌握整治工程根石缺失與安全狀況，為防汛搶險、工程除險加固和安全管理提供技術支撐，對確保渭河下游河道整治工程的安全，順利實現(xiàn)河道整治目標是非常必要的。

2 渭河下游根石探測的實踐

渭河下游在河道工程管理中，根據(jù)《黃河河道整治工程根石探測管理辦法》，逐步開展人工錐桿根石探測等河道整治工程管理實踐；隨著技術發(fā)展，近年來陸續(xù)又開展了水下淺地層剖面勘探根石探測的實踐工作。

2.1 人工錐桿探測實踐

2.1.1 人工錐桿根石探測實踐情況

1998年5月，水利部黃河水利委員會發(fā)布施行了《黃河河道整治工程根石探測管理辦法》，對根石探測的時間、需探測的壩垛數(shù)量、探測斷面的布設、探測方法、斷面測量以及資料整理分析進行了詳細規(guī)定。人工錐桿探測是以點定線確定根石走失的方法；錐桿一般分為長中短三種，短桿3～5 m，中桿5～8 m，長桿8～12 m。從材料上劃分為鋼筋錐和鋼管錐，鋼管錐采用直徑20～30 mm的鋼管，鋼筋錐采用14～20 mm的鋼筋。

從1998年之后渭河下游探測的實踐來看：鋼筋錐在探測水流較小的過水斷面和旱壩的根石時較為方便，鋼管錐因其粗重探測根石較為費時費力；在水深流急處，鋼筋錐柔性大、探測時易彎曲，鋼管錐韌性小、探測時易折斷，兩種錐桿在渭河下游探測實踐中均不能完全滿足需要。

2.1.2 人工錐桿根石探測存在的主要問題

（1）成果準確性難以保障

一是在水流較急河段測船很難到位，即使到位也難以長時間穩(wěn)定以保證探測順利進行，探測時間不足導致探測范圍受限，影響成果精度；二是在水深流急處，錐桿難以豎直，經(jīng)常出現(xiàn)錐頭尚未探到水底，錐桿已經(jīng)被水沖歪、難以控制，致使錐探工作無法準確進行，影響成果精度。

（2）勞動強度大，工作效率低，存在安全隱患

錐探工作是重體力勞動，根石上面通常都覆有較厚的淤沙甚至膠泥層，下錐非常困難，影響工作效率。

在水流速較大時，測船從一個斷面換到另一個斷面，由于較大船只難以靠近R=10 m的雁翅壩與壩檔交角部位探測，一般的小船很難在急流中穩(wěn)住，不但工作效率低下，而且也存在安全隱患。2.1.3人工錐桿根石探測準確性低的原因分析

人工錐探方法影響探測準確性的因素很多：第一，由于根石不連續(xù)，當錐桿碰到石料后就會誤認為探測到了根石，或者錐桿在石縫中斷續(xù)下錐會使探測到的根石深度變大；第二，水深流急的情況下，測船定位困難、穩(wěn)定困難、下錐困難等因素都會使探測數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大誤差；第三，缺石量計算的誤差很大，目前只能計算已探測到的根石范圍內(nèi)的缺石量，計算方法值得商榷。

鑒于人工錐桿測存在的一些問題，上世紀80年代黃河水利委員會開展了大量的根石探測研究工作，但由于穿過渾水、淤泥層探測的困難性，高含沙水流的特殊性以及探測技術開發(fā)、研究水平的局限性，未能解決這一技術問題。

2.2 水下淺地層剖面儀根石探測實踐

2.2.1 水下淺地層剖面儀根石探測原理

水下淺地層剖面勘探是利用聲波反射原理專門勘測水底地形地貌和進行水下地層分層的一種勘探方法。聲波在河水中傳播時不會有明顯的反射界面出現(xiàn)，當遇到水與泥沙界面、水與根石界面、泥沙與根石界面時就會發(fā)生反射。水與泥沙界面一般比較光滑，介質(zhì)比較均勻，為強反射界面，在波形圖上表現(xiàn)為反射波起跳后延續(xù)時間短，初至形成連續(xù)光滑的界面；水與根石界面或泥沙與根石界面中根石一般為塊狀，其界面不平整，根石中的縫隙還填充著水或泥沙，聲波可以有一部分透過，在波形圖上的表現(xiàn)為反射波起跳后延續(xù)時間長，初至形成界面不光滑。

水下淺地層剖面勘探主要由淺地層剖面儀、專用探測船、RTK移動測量定位系統(tǒng)和發(fā)電設備來共同完成，其核心設備為淺地層剖面儀。水下淺地層剖面儀主要由主機、拖魚、電纜線等組成。

當設備進入探測狀態(tài)后，探測船的操作人員沿專用導航設備設定的斷面線控制拖魚運動，自動記錄水下探測斷面測線，然后利用根石探測數(shù)據(jù)處理軟件分析處理探測數(shù)據(jù)，生成探測成果數(shù)據(jù)資料，如缺石面積、缺石量、斷面圖等。最后再利用網(wǎng)絡平臺管理系統(tǒng)進行上報、統(tǒng)計、分析，從而實現(xiàn)動態(tài)管理。

2.2.2 水下淺地層剖面儀根石探測實踐情況

黃河水利委員會為提高河道整治工程根石探測精度與工作效率，于1997年引進了美國Edgetech公司生產(chǎn)的X-STAR全譜掃頻式數(shù)字淺地層剖面儀用于根石探測技術研究，在試驗研究階段取得突破性進展；2009年通過水利部驗收，2010年在黃河下游6個市局試行；為進一步規(guī)范根石探測工作，2014年9月，黃委研究制定了《黃河河道整治工程根石探測管理規(guī)定》，從組織、方法、技術要求、資料整報、安全生產(chǎn)、監(jiān)督檢查、罰則等方面提出了更加細化和更加嚴格的要求，并在黃河下游進行推廣應用。

之后，三門峽庫區(qū)渭河下游開始引進水下淺地層剖面儀，并在渭河下游進行了根石探測探索與實踐。

3 兩種根石探測技術方法優(yōu)劣分析

通過人工錐桿探測、水下淺地層剖面儀探測兩種根石探測技術與方法在渭河下游運用實踐，對兩種根石探測方法技術的優(yōu)劣進行了簡要分析。

3.1 探測適用范圍

人工錐桿探測根石范圍受測船長度限制，深度不超過12 m；水下淺地層剖面儀探測根石的范圍為：渾水探測深度大于20 m，沉積泥沙穿透厚度大于10 m。

3.2 探測效率與成果精度

人工錐桿探測每天最多可探測4～5道壩，流速較急的水域會更少；水下淺地層剖面儀探測每天平均可探測10道壩以上，且受流速影響較小，成果精度更高。

3.3 探測安全性

人工錐桿探測需要人數(shù)較多，探測船空間小，當錐桿插入較深的泥中不易拔出，水流湍急時測船不穩(wěn)定，安全性差；水下淺地層剖面儀探測根石完全是靠儀器實現(xiàn)非接觸自動化探測，安全性好。

3.4 運行費用

人工錐桿探測的主要成本為人工費，且對探測人員的經(jīng)驗要求較高，每道壩需要500～700元；儀器探測主要成本為專業(yè)機構的設備使用費及油料，每道壩需要700～1000元，費用略高。

4 認識與建議

（1）渭河也是多泥沙河流，渭河下游和黃河下游的河性特點十分相似，初步嘗試運用水下淺地層剖面勘探技術進行根石探測在渭河下游較為成功，技術可行。

（2）渭河下游每年臨水靠流壩垛500多座，探測強度大，時間緊，考慮水下淺地層剖面勘探根石探測的效率、成果精度與安全性，在經(jīng)濟許可條件下應適度引進、運用與發(fā)展。

（3）水下淺地層剖面勘探根石探測是一種新技術，在運用實踐中應加強技術經(jīng)驗總結(jié)與技術交流協(xié)作，進一步提高水下淺地層剖面勘探根石探測的效率與成果精度，并降低經(jīng)濟費用，為水下淺地層剖面勘探根石探測進一步推廣運用創(chuàng)造條件。

Practice and Exploration of Root Stone Detection in the Lower Reaches of Weihe River

Liang Linjiang,Shi Changwei,Luo Na
（Shaanxi provincial rivers and reservoirs management bureauXi’an 710018,Shaanxi；Shaanxi provincial rivers engineeringtechnology research center Xi’an 710018,Shaanxi）

It is of great significance to understand and maintain the basic situation of the root and stone and to control the safety of the project in the lower reaches of Weihe River.Through the comparison of the artificial pyramid exploration and the underwater shallowstratigraphic exploration,two kinds of root and stone exploration methods in the lower reaches of the Weihe River are compared and analyzed.It is pointed out that the accuracy of the experimental results is difficult to guarantee and the labor intensity is high.Through comparison of the two technologies’suitable scope,the exploration effect,the result accuracy, the satety and the working cost and etc.,their superiority-inferiority showthat the underwater shallowstratigraphic exploration is available here and suggested that it can be introduced at some extent,and it can help to improve the development of the the lower reaches ofthe Weihe River and alsoimprove the level ofdetection ofthe root stone.

The lower reaches ofWeihe rivers；the Root stone detection and practice and exploration

TV85

B

1673-9000（2017）02-0003-03

2017-02-06

梁林江（1974-），男，河南鄢陵人，高級工程師，主要從事河道治理、建設管理和防汛工作。