渭河下游根石探测的实践与探索

梁林江，石长伟，2，罗娜

渭河下游根石探测的实践与探索

梁林江1，石长伟1，2，罗娜1

(⒈陕西省江河水库管局，陕西西安710018；⒉陕西省河流工程技术研究中心，陕西西安710018)

通过根石探测，了解撑握对渭河下游河道险工与控导工程安全具有重要影响的根石基本情况，对及时补充根石、加固维护工程安全、发挥工程效用具有重要的意义；本研究对人工锥杆探测、水下浅地层剖面勘探根石两种根石探测方法在渭河下游的实践进行对比分析，指出人工锥杆探测根石存在的主要问题与成果准确性低的原因，以及两种技术适用范围、探测效率、成果精度、安全性与运行费用等方面的优劣，提出水下浅地层剖面勘探根石在渭河下游基本适用，应适度引进、运用与发展，对今后渭河下游开展与提高根石探测工作水平具有重要的指导作用。

渭河下游；根石探测；实践与探索

1 渭河下游河道根石探测的必要性

渭河咸阳铁桥以下至河口长208 km为下游，是黄河三门峡水库的主要淹没区和影响区。1960年三门峡水库建成后，渭河下游泥沙淤积迅速，悬河态势加剧，洪涝灾害频繁发生，防洪治河任务日益艰巨。

为有效地控导渭河下游主流，稳定河槽，改善河流边界条件与水流流态，使河势向有利方向发展，结合下游河道受自然因素或人工建筑物的影响的主要因素，渭河下游当前采取“河道整治工程布置以防洪为主、兼顾保滩护岸”的河道整治总体方案。2011年陕西省委、省政府全面启动了渭河陕西段综合整治工程，基本上初步实现渭河中下游“洪畅、堤固、水清、岸绿、景美”的治理目标；目前，渭河下游共建成河道整治工程69处，坝垛1437座，长度138.5 km，水流已基本得到控制，河势也在逐步改善。

渭河下游河道整治主要采取工程主要类别有控导工程、护岸工程、护滩工程，由坝体(土胎)、护坡、根石三部分组成。渭河下游各类河道整治工程的稳定主要取决于根石与其上部的土石压力是否相适应；当渭河下游河道水流冲击向工程某一部位的强度大于该部位能承的最大水流强度时，原稳定的坡度随局部冲刷坑的形成和发展及根石走失而变陡，工程稳定性降低，随时可能出险；只有当工程受过较强水流的冲刷，根石下沉达到一定深度后，根石坡度才能保持相对稳定，工程出险机率才会相对减少。

开展渭河下游河道整治工程根石深度、坡度探测工作，可以准确掌握整治工程根石缺失与安全状况，为防汛抢险、工程除险加固和安全管理提供技术支撑，对确保渭河下游河道整治工程的安全，顺利实现河道整治目标是非常必要的。

2 渭河下游根石探测的实践

渭河下游在河道工程管理中，根据《黄河河道整治工程根石探测管理办法》，逐步开展人工锥杆根石探测等河道整治工程管理实践；随着技术发展，近年来陆续又开展了水下浅地层剖面勘探根石探测的实践工作。

2.1 人工锥杆探测实践

2.1.1 人工锥杆根石探测实践情况

1998年5月，水利部黄河水利委员会发布施行了《黄河河道整治工程根石探测管理办法》，对根石探测的时间、需探测的坝垛数量、探测断面的布设、探测方法、断面测量以及资料整理分析进行了详细规定。人工锥杆探测是以点定线确定根石走失的方法；锥杆一般分为长中短三种，短杆3～5 m，中杆5～8 m，长杆8～12 m。从材料上划分为钢筋锥和钢管锥，钢管锥采用直径20～30 mm的钢管，钢筋锥采用14～20 mm的钢筋。

从1998年之后渭河下游探测的实践来看：钢筋锥在探测水流较小的过水断面和旱坝的根石时较为方便，钢管锥因其粗重探测根石较为费时费力；在水深流急处，钢筋锥柔性大、探测时易弯曲，钢管锥韧性小、探测时易折断，两种锥杆在渭河下游探测实践中均不能完全满足需要。

2.1.2 人工锥杆根石探测存在的主要问题

（1）成果准确性难以保障

一是在水流较急河段测船很难到位，即使到位也难以长时间稳定以保证探测顺利进行，探测时间不足导致探测范围受限，影响成果精度；二是在水深流急处，锥杆难以竖直，经常出现锥头尚未探到水底，锥杆已经被水冲歪、难以控制，致使锥探工作无法准确进行，影响成果精度。

（2）劳动强度大，工作效率低，存在安全隐患

锥探工作是重体力劳动，根石上面通常都覆有较厚的淤沙甚至胶泥层，下锥非常困难，影响工作效率。

在水流速较大时，测船从一个断面换到另一个断面，由于较大船只难以靠近R=10 m的雁翅坝与坝档交角部位探测，一般的小船很难在急流中稳住，不但工作效率低下，而且也存在安全隐患。2.1.3人工锥杆根石探测准确性低的原因分析

人工锥探方法影响探测准确性的因素很多：第一，由于根石不连续，当锥杆碰到石料后就会误认为探测到了根石，或者锥杆在石缝中断续下锥会使探测到的根石深度变大；第二，水深流急的情况下，测船定位困难、稳定困难、下锥困难等因素都会使探测数据产生较大误差；第三，缺石量计算的误差很大，目前只能计算已探测到的根石范围内的缺石量，计算方法值得商榷。

鉴于人工锥杆测存在的一些问题，上世纪80年代黄河水利委员会开展了大量的根石探测研究工作，但由于穿过浑水、淤泥层探测的困难性，高含沙水流的特殊性以及探测技术开发、研究水平的局限性，未能解决这一技术问题。

2.2 水下浅地层剖面仪根石探测实践

2.2.1 水下浅地层剖面仪根石探测原理

水下浅地层剖面勘探是利用声波反射原理专门勘测水底地形地貌和进行水下地层分层的一种勘探方法。声波在河水中传播时不会有明显的反射界面出现，当遇到水与泥沙界面、水与根石界面、泥沙与根石界面时就会发生反射。水与泥沙界面一般比较光滑，介质比较均匀，为强反射界面，在波形图上表现为反射波起跳后延续时间短，初至形成连续光滑的界面；水与根石界面或泥沙与根石界面中根石一般为块状，其界面不平整，根石中的缝隙还填充着水或泥沙，声波可以有一部分透过，在波形图上的表现为反射波起跳后延续时间长，初至形成界面不光滑。

水下浅地层剖面勘探主要由浅地层剖面仪、专用探测船、RTK移动测量定位系统和发电设备来共同完成，其核心设备为浅地层剖面仪。水下浅地层剖面仪主要由主机、拖鱼、电缆线等组成。

当设备进入探测状态后，探测船的操作人员沿专用导航设备设定的断面线控制拖鱼运动，自动记录水下探测断面测线，然后利用根石探测数据处理软件分析处理探测数据，生成探测成果数据资料，如缺石面积、缺石量、断面图等。最后再利用网络平台管理系统进行上报、统计、分析，从而实现动态管理。

2.2.2 水下浅地层剖面仪根石探测实践情况

黄河水利委员会为提高河道整治工程根石探测精度与工作效率，于1997年引进了美国Edgetech公司生产的X-STAR全谱扫频式数字浅地层剖面仪用于根石探测技术研究，在试验研究阶段取得突破性进展；2009年通过水利部验收，2010年在黄河下游6个市局试行；为进一步规范根石探测工作，2014年9月，黄委研究制定了《黄河河道整治工程根石探测管理规定》，从组织、方法、技术要求、资料整报、安全生产、监督检查、罚则等方面提出了更加细化和更加严格的要求，并在黄河下游进行推广应用。

之后，三门峡库区渭河下游开始引进水下浅地层剖面仪，并在渭河下游进行了根石探测探索与实践。

3 两种根石探测技术方法优劣分析

通过人工锥杆探测、水下浅地层剖面仪探测两种根石探测技术与方法在渭河下游运用实践，对两种根石探测方法技术的优劣进行了简要分析。

3.1 探测适用范围

人工锥杆探测根石范围受测船长度限制，深度不超过12 m；水下浅地层剖面仪探测根石的范围为：浑水探测深度大于20 m，沉积泥沙穿透厚度大于10 m。

3.2 探测效率与成果精度

人工锥杆探测每天最多可探测4～5道坝，流速较急的水域会更少；水下浅地层剖面仪探测每天平均可探测10道坝以上，且受流速影响较小，成果精度更高。

3.3 探测安全性

人工锥杆探测需要人数较多，探测船空间小，当锥杆插入较深的泥中不易拔出，水流湍急时测船不稳定，安全性差；水下浅地层剖面仪探测根石完全是靠仪器实现非接触自动化探测，安全性好。

3.4 运行费用

人工锥杆探测的主要成本为人工费，且对探测人员的经验要求较高，每道坝需要500～700元；仪器探测主要成本为专业机构的设备使用费及油料，每道坝需要700～1000元，费用略高。

4 认识与建议

（1）渭河也是多泥沙河流，渭河下游和黄河下游的河性特点十分相似，初步尝试运用水下浅地层剖面勘探技术进行根石探测在渭河下游较为成功，技术可行。

（2）渭河下游每年临水靠流坝垛500多座，探测强度大，时间紧，考虑水下浅地层剖面勘探根石探测的效率、成果精度与安全性，在经济许可条件下应适度引进、运用与发展。

（3）水下浅地层剖面勘探根石探测是一种新技术，在运用实践中应加强技术经验总结与技术交流协作，进一步提高水下浅地层剖面勘探根石探测的效率与成果精度，并降低经济费用，为水下浅地层剖面勘探根石探测进一步推广运用创造条件。

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，高级工程师，主要从事河道治理、建设管理和防汛工作。