水电站水下结构检测新方案--多波束声呐系统

灬李佳儒灬

水电站水下结构常见风险

水电站库区边坡、坝体、消能结构、导墙等因常年处于水下，容易出现裂纹、冲蚀。因此定期检查水下结构安全状况是维持水电站正常运行的必要条件。大中型水电站库区及大坝整体结构较大，传统的潜水、摄像方式作为水下检测手段难以全面覆盖，且成本较高，效率低下，另外水下作业危险系数是非常高的。

为了高效快速地检测水电站水下结构，我公司引入多波束声呐系统。

多波束声呐系统工作原理是利用发射换能器阵列向水下发射宽扇区覆盖的声波，利用接收换能器阵列对声波进行窄波束接收，通过发射、接收扇区指向的正交性形成对水下地形的照射脚印，然后对这些脚印进行恰当的处理。

一次探测就能给出与航向垂直的垂面内上百个甚至更多的水下被测点的水深值。从而能够精确、快速地测出水下地形的形状和高低变化，并且描绘出水下地形的三维特征。与现场采集的导航定位及姿态数据相结合，绘制出高精度、高分辨率的数字成果图。

某水电站位于四川东部，大坝为重力溢流坝，坝长229.71米，修建于上世纪七十年代，我公司受邀对该电站尾水渠及坝后消力护坦进行水下查勘，总查勘面积约14000㎡。

由于查勘面积较大，传统的水下检测手段耗时长，难以完整覆盖，不利于整体评估。我公司决定采用多波束声呐系统完成本次水下检测工作。因检测时属于枯水期，水位较浅，最低水位不足2米，为了满足多波束系统成像效果，我公司重新设计了工装，并采用橡皮艇搭载设备。

对多波束声呐扫描原始点云数据进行处理，通过配套软件进行点云的过滤工作，将多余的扫描数据和噪声通过软件功能进行剔除，保留用于后续点云分析的数据，过滤过程处理的越精准，为后续成果输出提供的数据质量越有保证。

最后生成点云拼接影像，影像中含有所有的水下扫描数据。

对点云数据进行建模处理，生成三维模型，直观展示水下情况，该模型还可以用于测量，其精度达厘米级。

通过模型数据，我们可以明显看到该电站左岸尾水渠底板冲蚀严重，形变量较大，急需进行修复。该电站右岸尾水渠状态较好，无明显冲蚀、变形现象。

多波束系统可广泛用于库区和河道水下地形建模、水电站水工建筑水下结构扫描，其扫描效率高、范围广，可以将水下影像进行拼接建模，完整的展示电站水下状态；多波束数据还可用于工程测量，其精度达到厘米级。

采用多波束系统进行水下扫描，使水电站水下检测简单化、轻量化；与传统模式相比，减少人工水下操作步奏和时间，更具安全性；数据的模型化，更加直观的展示目标状态，帮助电站更好的安全管理水下结构风险。