本发明涉及浅水滩涂根石断面探测方法，有效解决在浅水、滩涂区下对根石断面进行快速、低成本探测的问题，方法是，首先，安装浅水滩涂根石断面探测设备，然后按下列步骤进行：断面定位与扫描、敷设电极、电参数测量、数据处理、计算缺石量，探测设备的移动测量装置装在船体上，船体上焊装有支撑架，液压泵装在支撑架的上部，液压泵的升降柱垂直穿装在立柱壳体下部的立柱凹槽内，并与连接杆相连，连接杆同电机轨道槽相连，船体上装有电法勘探仪器和绞线轮，绞线轮与电缆总线相连，电法勘探仪器与电极转换开关相连通，本发明方法简单，易操作，成本低，工作效率高，探测准确，保证施工质量，有效用于河岸、海岸堤防，确保防洪、防潮的需要。
1.一种浅水滩涂根石断面探测方法，其特征在于，由以下步骤实现：首先安装浅水滩涂根石断面探测设备，然后按下列步骤实现：A、断面的定位与扫描：
将船体（4）行驶到待测浅水区域（3）固定，然后将船体上的电法勘探仪器（9）、GPS模块（6f）、移动测量装置（11）的时间同步，用船只上的移动测量装置（11）对陆地断面进行线型测量，得到该断面的地形线及GPS坐标，通过与电极槽相连的GPS模块测得电极槽起止坐标，并经显示器显示位置，调整船体或电极槽的位置，保证电极槽与测线处于同一直线上；
（1）、支撑架（7）底部安装有回转轴承（7a），轴承上方为立柱壳体（7e），壳体上有凹槽（7d），连接杆（7b）通过凹槽（7d）伸出，在非工作状态下，电极轨道槽（6）被收于船上，工作时启动液压泵（10），转动支撑架（7），将电极轨道槽（6）从船体上转到水位面（5）上方，然后操作液压泵（10）带动升降柱（7c）和连接杆（7b），将电极轨道槽（6）下降到靠近水面的位置；
（2）、启动绞线轮（8），通过绞线轮（8）带动绞绳（6e），绞绳（6e）预制在轨道槽上方的线槽（6j）中，其末端连接在最后一个电极转换开关（6a）上，所有的电极转换开关由电缆总线（6d）串接，并在开关的侧面通过轮轴（6h）连接上行走轮（6g），带动电极（6c）在电极槽（6）内行走，从而拉动串接的电极展开，电极转换开关（6a）与电极（6c）之间设置一段弹簧（6b），落下过程即使碰到根石（1）、淤泥（2），以保护电极转换开关（6a），转换开关（6a）与电极（6c）通过弹簧（6b）圈体内部空隙连接的电极连接线（6i），保证电极的供电和接受电信号；
打开电法勘探仪器，连接上电缆总线（6d），进行测量，由于船只受水流影响会发生位移，会导致某些数据点并非预想的位置数据，造成了数据点漂移，通过GPS模块得到每个漂移测点的时间和坐标，每个漂移测点所测数据不少于5次；
（1）、对漂移数据的拟合处理：首先提取出漂移测点空间位置的视电阻率值，然后通过多次电阻率值之间位移相对关系进行插值拟合，得到原正确位置的电阻率值，然后将该电阻率值返回给这个正确的位置，并剔除掉漂移数据，得到一个完整的视电阻率剖面；
（2）、通过电法软件RES2DINV进行反演，得到电阻率剖面，然后在Surfer和CAD中重构，形成可编辑的断面电阻率（RES2DINV、Surfer和CAD是市场上容易取得的免费软件）；
（3）经过计算机对断面电阻率的计算与转换，再与通过GPS坐标将该段数据与移动测量系统所测陆地部分坐标进行嵌套拼接，便得到一个完整的含有纵向高程与横向水平坐标的剖面；
断面缺石面积的计算：采用数学积分方法来实现，因为电法数据点是已经离散的数据，所以积分时不需要再作离散，追踪到的根石数据每两点与固定坡度围成一个梯形面积，按照几何图形面积的计算方法计算出每个梯形面积，然后再将所有的梯形面积相加即可得到需要的缺石面积，从而计算出缺石量；
所述的浅水滩涂根石断面探测设备其结构是，包括船体、电机轨道槽、支撑架、电法勘探仪器和移动测量装置，移动测量装置（11）装在船体（4）上，船体（4）上焊装有支撑架（7），支撑架的底部装有回转轴承（7a），构成支架的旋动结构，液压泵（10）装在支撑架的上部，液压泵的升降柱（7c）垂直穿装在立柱壳体（7e）下部的立柱凹槽（7d）内，并与伸入立柱凹槽（7d）内的连接杆（7b）相连接，构成升降柱在立柱凹槽内的升降结构，连接杆（7b）同电机轨道槽（6）相连接，船体上装有电法勘探仪器（9）和绞线轮（8），绞线轮与电缆总线（6d）相连，电法勘探仪器经电缆总线与电机轨道槽的电极转换开关（6a）相连通。
2.根据权利要求1所述的浅水滩涂根石断面探测方法，其特征在于，所述的电机轨道槽（6）其结构是，电极转换开关（6a）、电缆总线（6d）、电极（6c）置于电机轨道槽的槽体（6k）内，绞绳（6e）固定在槽体（6k）最末端的电极转换开关（6a）的外壳上，向上穿入线槽（6j）内，经绞线轮（8）带动绞绳（6e）拉动电机轨道槽里的电极（6c）收放，电机轨道槽两端上固定有用于确定电机轨道槽位置的GPS模块（6f），电极转换开关（6a）由电缆总线（6d）串接，并在电极转换开关（6a）侧面的轮轴（6h）上装在行走轮（6g），带动电极（6c）在电机轨道槽内行走结构，起始端接电法勘探仪器（9），电极转换开关（6a）与电极（6c）之间置有弹簧（6b），在弹簧（6b）内设有保证电路相通的连接电极（6c）与电极转换开关（6a）的柔性电极连接线（6i）。
3.根据权利要求2所述的浅水滩涂根石断面探测方法，其特征在于，所述的电极（6c）为若干个，每个电极上均装有电极转换开关（6a），每两个电极转换开关之间线缆长度为0.2-
浅水滩涂根石断面探测方法
技术领域
[0001] 本发明涉及工程地球物理勘察领域，特别是用于探测河道、海岸堤防浅水区和滩涂区根石断面情况的一种浅水滩涂根石断面探测方法。
背景技术
[0002] 河道、海岸堤防出于防洪、防潮的需要，一般都有险工、控导、护滩等一系列堆石坝垛，这些工程构筑物多是通过石块及附属物按照一定规则堆积，起到控制水流保护堤防的作用。构成这些建筑物的石块被称为根石，在正常情况下，由于水流的冲刷，根石会被冲走，此时必须进行抛石以保持建筑物的稳定。
[0003] 现行查明根石是否被冲走的方法较为原始，多靠人工或机械锥探，但其原理均是通过带有刻度的硬杆往下捣捅，直至感觉杆头触碰到较为坚实的物体，无法继续，则认为此深度为根石顶界面，例如专利ZL 201320278733.2、ZL 200920158324.2、ZL 201320105577.X、ZL 200920019604.5、ZL 201320406277.5等，虽然数量众多但原理相同，这些方法均是点测，然后将多点进行连线成为断面，断面的精确度与测点数量关系非常大，然而现实中因费时费力、效率不高等因素往往致使测点少，以此来推算根石缺失量误差非常大，是一种非常粗略的估计，精度差。并且，浅水、滩涂区域淤泥较厚，如若进行人工或机械锥探，很有可能人和机械陷落于泥潭中，不安全。
[0004] 也有使用地球物理方法来对根石进行整断面探测的，如申请公布号CN 103744117 A《河道水下根石非接触式水下探测方法》提出了利用浅剖仪即声呐的原理来对根石进行探测，能够较为快捷、准确、迅速的解决根石断面探测的问题，但其［0016］条第四项也提出了在水深大于0.5m的水域进行探测，其主要原因是因为船只吃水及声呐探头（拖鱼）体积造成无法再小于0.5m的水域进行探测，在实际生产中发现水深低于1m，受二次波等因素影响探测效果不佳，反射界面图像模糊而难以判别；对于类似于沼泽的滩涂等浅水区域，因无法行船，该方法根本无法探测，会导致计算断面过少，所测得根石缺失量与实际差距较大。
[0005] 另外还有使用电信号来对根石进行尝试，最为接近的是在工程地球物理学报2005年10月（第2卷第5期）上刊登的《五极纵轴测深法探测黄河根石的效果分析》技术，是通过测深曲线来进行判断，从其结果看划分界面相当粗糙；其根石界面的判定过于依靠经验来判断异常区；通过几个测点勾勒出的根石轮廓，精确度很成问题，容易造成凸凹不规则的根石区域漏判；因没有专用的探测装置故效率低下，文章结论中也有工作效率低的论述。其他如在长江科学院学报2004年21卷第6期上发表的《高密度电法在抛石体与土层分界面探测中的应用》等技术也都存在类似问题，特别是都没有专用探测设备的论述，另外还有其数据处理手段（第4节第2段提到以电阻率值1Ω·*m做为划分依据）及效果也较差，且无电阻率梯度这种表征数据变化率的处理，其结果的可信度低。因此，如何有效解决浅水滩涂根石断面的探测是需要认真解决的技术问题。
发明内容
[0006] 针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种浅水滩涂根石断面探测方法，可有效解决在浅水、滩涂区下对根石断面进行快速、低成本探测的问题。
[0007] 本发明解决的技术方案是，由于浅水、滩涂区域的根石的地球物理环境组成一般是最下为根石层，中间为淤泥层，上层为水层，这之间有较为明显的电性差异。船上的用电法仪通过电极轨道槽记录下该区域的视电阻率剖面，同时使用GPS精确定位所测位置的三维坐标位置，依据坐标将视电阻率剖面定位于该工区的测线图上，然后对视电阻率剖面进行处理和进一步地质解译，得到该断面的根石埋深及规模，从而计算出该坝断面的缺石量。据此，本发明解决的技术方案是，首先，安装浅水滩涂根石断面探测设备，然后按下列步骤进行：断面定位与扫描、敷设电极、电参数测量、数据处理、计算缺石量，所述的浅水滩涂根石断面探测设备包括船体、电机轨道槽、支撑架、电法勘探仪器（简称电法仪器）和移动测量装置，移动测量装置装在船体上，船体上焊装有支撑架，支撑架的底部装有回转轴承，构成支架的旋动结构，液压泵（或液压缸）装在支撑架的上部，液压泵的升降柱垂直穿装在立柱壳体下部的立柱凹槽内，并与伸入立柱凹槽内的连接杆相连接，构成升降柱在立柱凹槽内的升降结构，连接杆同电机轨道槽相连接，船体上装有电法勘探仪器和绞线轮，绞线轮与电缆总线相连，电法勘探仪器经电缆总线与电极转换开关相连通。
[0008] 本发明方法简单，易操作，成本低，工作效率高，探测准确，保证施工质量，有效用于河岸、海岸堤防，确保防洪、防潮的需要，有巨大的经济和社会效益。
附图说明
[0009] 图1为本发明根石断面探测环境示意图。
[0010] 图2为本发明浅水滩涂根石断面探测设备结构主视图。
[0011] 图3为本发明支撑架结构图。
[0012] 图4为本发明电机轨道槽结构图（电极打开状态）。
[0013] 图5为本发明图2中A-A向视图。
[0014] 图6为黄河大堤某断面数据重构后的电阻率反演图。
[0015] 图7为钻探与本发明方法根石顶界面探测结果对比图。
具体实施方式
[0016] 以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
[0017] 本发明在具体实施中，可由以下步骤实现：首先安装测量设备，然后按下列步骤实现：
[0018] 1、断面的定位与扫描：
[0019] 将船体4行驶到待测浅水区域3固定，然后将船体上的电法勘探仪器9、GPS模块6f、移动测量装置11（如车、船载三维激光扫描仪等）的时间同步，用船只上的移动测量装置11对陆地断面进行线型测量，得到该断面的地形线及GPS坐标，通过与电极槽相连的GPS模块测得电极槽起止坐标，并经显示器显示位置，调整船体或电极槽的位置，保证电极槽与测线处于同一直线上；
[0020] 2、敷设电极：
[0021] 通过根石断面探测装置敷设电极，方法是：
[0022] （1）、支撑架7底部安装有回转轴承7a，轴承上方为立柱壳体7e，壳体上有凹槽7d，连接杆7b通过凹槽7d伸出，在非工作状态下，电极轨道槽6被收于船上，工作时启动液压泵（或液压缸）10，转动支撑架7，将电极轨道槽6从船体上转到水位面5上方，然后操作液压泵（或液压缸）10带动升降柱7c和连接杆7b，将电极轨道槽6下降到靠近水面的位置；
[0023] （2）、启动绞线轮8，通过绞线轮8带动绞绳6e，绞绳6e预制在轨道槽上方的线槽6j中，其末端连接在最后一个电极转换开关6a上，所有的电极转换开关由电缆总线6d串接，并在开关的侧面通过轮轴6h连接上行走轮6g，带动电极6c在电极槽6内行走，从而拉动串接的电极展开，电极转换开关6a与电极6c之间设置一段弹簧6b，落下过程即使碰到根石1、淤泥2，以保护电极转换开关6a，转换开关6a与电极6c通过弹簧6b圈体内部空隙连接的电极连接线6i，保证电极的供电和接受电信号；
[0024] 3、电性参数测量：
[0025] 打开电法勘探仪器，连接上电缆总线6d，进行测量，由于船只受水流影响会发生位移，会导致某些数据点并非预想的位置数据，造成了数据点漂移，通过GPS模块得到每个漂移测点的时间和坐标，每个漂移测点所测数据不少于5次；
[0026] 4、数据处理：
[0027] （1）、对漂移数据的拟合处理：首先提取出漂移测点空间位置的视电阻率值，然后通过多次（最少5次，如有较大误差，应视情况增加）电阻率值之间位移相对关系进行插值拟合，得到原正确位置的电阻率值，然后将该电阻率值返回给这个正确的位置，并剔除掉漂移数据，得到一个完整的视电阻率剖面；
[0028] （2）、通过电法软件RES2DINV进行反演，得到电阻率剖面，然后在Surfer和CAD中重构，形成可编辑的断面电阻率（RES2DINV、Surfer和CAD是市场上容易取得的免费软件）；
[0029] （3）经过计算机对断面电阻率的计算与转换，再与通过GPS坐标将该段数据与移动测量系统所测陆地部分坐标进行嵌套拼接，便得到一个完整的含有纵向高程与横向水平坐标的剖面；
[0030] 5、计算缺石量：
[0031] 断面缺石面积的计算：采用数学积分方法来实现，因为电法数据点是已经离散的数据，所以积分时不需要再作离散，追踪到的根石数据每两点与固定坡度围成一个梯形面积，按照几何图形面积的计算方法计算出每个梯形面积，然后再将所有的梯形面积相加即可得到需要的缺石面积，从而计算出缺石量。
[0032] 所述的浅水滩涂根石断面探测设备其结构是，包括船体、电机轨道槽、支撑架、电法勘探仪器（简称电法仪器）和移动测量装置，移动测量装置11装在船体4上，船体4上焊装有支撑架7，支撑架的底部装有回转轴承7a，构成支架的旋动结构，液压泵（或液压缸）10装在支撑架的上部，液压泵的升降柱7c垂直穿装在立柱壳体7e下部的立柱凹槽7d内，并与伸入立柱凹槽7d内的连接杆7b相连接，构成升降柱在立柱凹槽内的升降结构，连接杆7b同电机轨道槽6相连接，船体上装有电法勘探仪器9和绞线轮8，绞线轮与电缆总线6d相连，电法勘探仪器经电缆总线与电机轨道槽的电极转换开关6a相连通。
[0033] 所述的电机轨道槽6其结构是，电极转换开关6a、电缆总线6d、电极6c置于电机轨道槽的槽体6k内，绞绳6e固定在槽体6k最末端的电极转换开关6a的外壳上，向上穿入线槽6j内，经绞线轮8带动绞绳6e拉动电机轨道槽里的电极6c收放，电机轨道槽两端上固定有用于确定电机轨道槽位置的GPS模块（或称GPS定位器）6f，电极转换开关6a由电缆总线6d串接，并在电极转换开关6a侧面的轮轴6h上装在行走轮6g，带动电极6c在电机轨道槽内行走结构，起始端接电法勘探仪器9，电极转换开关6a与电极6c之间置有弹簧6b，在弹簧6b内设有保证电路相通的连接电极6c与电极转换开关6a的柔性电极连接线6i。
[0034] 所述的电极6c为若干个，每个电极上均装有电极转换开关6a，每两个电极转换开关之间线缆长度为0.2-1.0m，拉开后等间距，每两个电极转换开关之间线缆长度最好为0.5m。
[0035] 本发明方法经实际应用和实验，取得了非常好的有益技术效果，有关资料如下：
[0036] 经本发明方法对黄河大堤实验，如图6所示的黄河大堤某断面数据重构后的电阻率反演图可以看出，有一梯度变化剧烈的水平状层状结构，即两条粗实线是所标示的位置，这里等值线较密集，说明该处存性质不同的界面，上粗实线为淤泥和根石的界面，下粗实线为根石与大堤基础的界面，粗实线内部即是该断面根石的厚度，可通过软件解析数据自行追踪梯度变化，从而自动计算水面以下根石层部分厚度。
[0037] 为了测试该方法的准确程度，该断面位置通过钻探进行根石顶界面结果对比，共对比5个测点。第5个点距离10m的位置为最小绝对误差为0m；第4个点距离8m的位置为最大绝对误差为0.3m，由于钻探结果也存在误差，所以其绝对误差的大小并不能完全代表本发明探测方法及装置的误差，在现有条件下，这种测量精度及误差范围已能够满足河务部门的要求，对比数据见图7。表明本发明方法具有实际应用价值，易操作，工作效率高，与现有技术相比，具有以下突出的优点：
[0038] 1、本发明可对浅水、滩涂区域的根石断面可进行有效探测，以往依靠声学信号的声呐类方法在此环境下的地球物理特征不满足，无法对这种水位低于1m的区域进行探测或探测结果失真；而传统人工锥探方法实现该环境下的根石断面探测实现均较为困难，且安全系数低，效率低下，即便强行探测锥探，探测一个断面至少需要半个小时左右，而本发明方法3分钟左右即可，效率提高10倍。
[0039] 2、使用电性参数可对根石的底界面进行探测，声呐类方法因其频率较高，无法穿透根石，只能分清根石的顶界面，物理锥探等方法更是不可能。
[0040] 3、由于专用的根石断面探测装置将一系列较为复杂、费时的附属设备进行了集成，基本实现自动化，可有效降低成本、省时省力，保证了效率。该套设备在电极槽上配备了GPS模块，通过市面上常用的导航软件在笔记本上可以实时显示电极槽位置，避免了人工陆地指挥方位；断面的移动测量装置实现自动激光扫描，每个断面的测量至少可以省去50%的时间，传统方法使用全站仪或RTK差分式GPS定位，需人步行到断面上并稍作停留，故每个断面上所测地形点有限，而自动激光扫描方式可将断面地形点小间距、高密度记录，故精度比传统方法大为提高，整个断面测量精度提高至99%以上。电极槽收放的自动化，效率和安全性大幅提高，传统人工布置需要2人，且要淌水、在淤泥来回插电极、走线，与之相比更是省去了90%的时间，并且安全，也有效的降低了人工成本，可节约成本50%以上。
[0041] 4、通过电阻率梯度变化实现界面的自动识别，从而追踪根石分布情况，与钻探对比误差小，其最大绝对误差不超过0.3m，可信度高，完全能够满足河务部门管理和指导施工的要求，具有很好的实用性，经济和社会效益巨大。
