天津图书馆

一、回声測深仪运用
  （一）回声測深仪汛期运用情况及其优点
  今年汛期曾使用M.S26型回声測深仪測量各河道的纵橫断面、碼头护岸的前沿、分洪口門的地形、桥樑附近的河床冲刷、桥墩水下形状以及拦河閘上下游护担的冲刷情况。从測量結果看来，比重錘法的效果好，工作效率也高。在流速大、水面深的地方优越性更为显著。根据今年施測海河、子牙河的情况統計，平均每天可以完成40～50个橫断面的測量工作。回声測深仪有以下几个优点：
  1．精度比較准确。今年在每秒2米的流速条件下，使用回声測深仪，精度可达5厘米以內，远比重錘法測量准确。
  2.不受水深限制。在一般河道的任何深度以內，均可滿足精度要求。（仪器測深范围，高速（500轉／分）測深3～90米；低速（250轉／分）測深3～180米）。
  3.不易发生人为錯誤。由于仪器設有自动記录装置，故可大大减少人为的錯誤。
  4．减輕劳动强度因为在具体施測操作时，人只是控制仪器上的各种按鈕，这样可大大节省人力，减輕劳动强度。
  5.黑夜也可以进行測量。仪器是以自动操作为主，人只是做一些輔助工作，故可不分昼夜施測。
  （二）回声測深仪的构造及簡单原理
  1.仪器构造主要配件共分六部分：
  （1）記录器；（2）电力器；（3）振盪器；（4）电池；（5）計速器；（6）定点器。（見图9—32及9—33）。
  2.仪器工作原理
  （1）当接通电源以后，使发声振盪器（A）（見图9—34）因磁伸縮現象产生超声波，这种声波以每秒約1,500米的速度传播出去，碰到水底后产生回声。这种回声又被接收振盪器（B）所接收，再根据磁伸縮的可逆性把声变成电能，在放大器內經放大后传至自动記录笔尖，而立即在記录紙上記下回声訊号，再用特制比例板尺量知予測的水深。
  （2）知道水中传播振动的速度V，发出超声波信号与收到它的間隔时間△t，即可求出声音自发送点至接收点所經的
  Ho表示施測某点的水深；
  H表示自振盪器平面至河底的距离；
  L表示发声振盪器至接收振盪器的間距；
  D表示由振盪器至水面的垂直距离
  （3）为了量出发声振盪器发出信号与接收振盪器接收信号之間的时間間隔，要在回声仪中装一电动机构，在記录紙条上印出所量的发送与接受之間时間△t的綫段。因为紙条运动的速度相当于声音在水中的速度，所以記录紙条上的綫段距离，应該与所量的水流深度成比例的关系（見图9—35）。
  （三）仪器安装及施測的准备
  1．安裝
  （1）先将振盪器放入水中，用鉄支架联装于船舷上，幷使其与水面垂直。
  （2）将仪器主体（包括：記录器、电力器、蓄电池、計速器、定点器）放于船內平稳淸洁之处，然后連接各电纜插头（不包括电源綫）。
  （3）检查蓄电池电量。
  （4）检查仪器各部操纵鈕是否符合測量的需要。
  （5）装記录卷紙。
  （6）接通电源电纜。此部仪器电源为24伏，接通經复查无誤后再开总开关。
  （7）开动仪器試行运轉，主要检驗：
  ①标尺零尺的标号是否准确；
  ②定点器是否有定点綫出現；
  ③电力器上面圓孔內有紅光。
  2．操纵
  （1）仪器的安装和校正工作都沒有問題以后，測量人員按分工各守崗位，即可开动仪器进行測量操作。
  （2）仪器連續工作了2～2.5小时后必需休息，使仪器冷却半小时。
  （3）測深的校正每天在測前測后各进行一次，可用杆測比較。
  （4）河內流速过大时，在桥樑上游100米以內，最好不做断面測量，防止安全事故。
  （四）施測方法
  在一般河道測量中需要4人。即行船司机1人負責船只行駛；船向定綫1人負責指引行船方向，依岸上的标志保証船体按予定的方向行駛；掌握仪器1人負責仪器的开关、定点、定位等具体操作；
  机动工作一人。（見图9—36）
  現将具体施測方法分述如下：
  1．河道断面測量从8月下旬至10月上旬共施測了河道的各种断面704个。其中測海河解放桥至子牙河胜芳碼头間河道断面二次，海河小孙庄至子牙河胜芳碼头間碼头护岸前沿水深三次，独流减河进洪閘至大紅桥間河道断面一次，子牙河右堤进洪閘至大紅桥間险工断面一次，解放桥下游河道纵断二次。
  在施測方法上一般分两种情况。
  （1）較寬的河道
  如独流减河的橫断除用回声仪測深外，还配合六分仪进行定位，求出水平距离，这样就保証了測量的精度。
  具体操作方法是：
  ①首先在堤上里程桩A点插一紅旗，沿堤埝前进500米处的B点再插一紅旗，然后在堤坡下C处（距A点約30米）再插一紅旗。
  ②予先量好β角，測船从C点出发，对准A、C二旗緩緩向对岸直綫駛測，幷在施測期間，随时使用六分仪測得a角。
  ③根据固定的L及β和不同的α角，依三角学定理即可求出不同的X距离（見图37）
   （2）較窄的河道
  在海河、子牙河等較窄的河道上施測横断时，根据流速的大小，也使用了两种測量方法：
  ①在河水低流速的情况下，可使用无动力的船只。为了做好水平定位，可在河两岸拉好过河绳纜，在绳纜上面每5米做一标記，測船即可沿绳纜上所标的距离前进（見图9—38）。
  ②在每秒2米左右的流速情况下，最好使用有动力的船只，兼用过河绳纜决定水平距离。如只測岸前水深，可首先在河流的任意一側岸上插两支紅旗做为航向，船只沿二旗直綫前进。绳纜扎在船上，岸上有专人負責放绳定距，船每前进5米，即做一手式，船上即按定点器，定出水平距离（見图9—39）。
  2.桥下河床断面及桥墩形式的測量这次主要对解放桥、胜利桥、金湯桥、獅子林桥、金鋼桥、大紅桥等进行了施測。由于汛期桥下水流湍急，无法使用船只，故采用了桥上測量方法。
  （1）桥下河床断面的測量 将振盪器 图9—39 直綫定距示意图（活动绳纜）悬挂于桥面上，把仪器装在小車內即可操作。如系定点測量，可每隔5米測一次。如需連續測量，亦可掌握振盪器在水內徐徐移动，則出現連續測点，而得到与在船上相同的測量效果。
  （2）桥墩沒水部分形状的測量使振盪器在桥墩附近水內徐徐移动，将仪器主体置于桥面上操作，这样就可把水下露出土面的桥台形状測量出来。这次汛期由于大紅桥桥墩沒有技术資料，用回声仪測量后，得知桥台附近冲刷严重，經过研究，及时进行了拋石加固。
  3．护坦及护岸险工的測量，汛期除測量了海河閘下游及西河閘上下游护坦外，做配合潜水人員对獅子林桥护岸及子牙河护岸等险工加固地段也进行了重点測量。通过实际工作証明，在測深方面比潜水探模的結果更为准确。在这次配合探測中，先以仪器施測为主，发現有空洞或护坡不平整等間題后，再进行潜水探摸，旣节省了人力又突出了重点。例如海河閘下游护坦如全部用潜水員探摸情况，估計需六天以上的时間，才能掌握。而用回声仪只用了一天时間就可測出全貌，然后重点地区再由潜水員具体探摸，达到又快又准。
  具体的方法步驟是：如护岸的险工測量，可首先用仪器与測橫断相同的方法測知岸前冲刷情况，如发現冲刷过深时，即指定潜水員在較严重的地段进行摸探，确定有无碎砖碎石等防护材料，发現冲走，則应研究加固措施。在拋石或拋碎砖过程中，仍可使用回声仪施測其平整程度。发現不平时，可再指定潜水員下水查实情况，再进行补拋或找平。
  4．分洪口門測量，10月上旬在独流减河共施測三处分洪口門，測量方法与橫断測量相同。該段口門曾用重錘法施測过，經与回声仪測量的結果比較，在水深8米流速每秒1米的情况下，两个測量結果相差50至60厘米。証明重錘法是不够可靠的。
  二、潜水作业
  为了及时掌握各河的水下情况，今年汛期，曾組織了六个潜水小組共50余名潜水人員，在水位高、流速大的困难条件下，重点检查了23,496米护岸、碼头，1,950米土堤和探摸了28处閘涵、揚水站。通过检查，为防汛搶险措施提供了可靠的水下技术資料。
  （一）汛期潜水作业的一般操作程序
  1.組織分工。汛期作业以每組7～8人較适宜。其中潜水員三人，輔助工作人員4～5人。根据今年汛期作业情况，一个潜水組每天可以完成300～400米护岸、碼头或2～3处閘門、涵洞的探摸检查工作。
  2.作业前准备
  （1）汛期检查最好准备5～10吨木船一只，木梯一个，使潜水員旣可安全下水又便于移动。
  （2）严格检查有关使用机具如接通压泵的打气胶管，試驗是否通气良好，检查电話通訊是否正常，等等。
  （3）工具設备准备妥当之后，潜水員即可根据操作規定穿戴做拴好信号绳及通天绳，站在梯子上，由組长通知开始压气，由另一潜水員将銅帽戴好，即可开始潜水作业。
  3.通訊联絡，潜水員下水后，除用电話通訊外，今年还使用了信号绳联系，用拉绳次数确定通話內容，以保証与潜水員的密切配合。
  4．輔助人員的操作分工
  （1）供气工作不可中断，每班安排两人輪換操作。
  （2）由組长或专人听电話，做随时向記录人員报告作业情况。
  （3）有一人負責信号绳，随时掌握潜水員的要求。
  （4）指定一人专門負責給气胶管，保証挂牢，供气通暢。
  （二）对流速較大地区作业的技术措施
  今年汛期潜水作业地区最大流速曾达2米／秒以上（按規定超过0.5米即不能进行潜水）。为了保証高流速下潜水作业的順利完成。潜水人員提出了下列一些簡单有效的措施：
  1.潜水員本身加重，一般更換加重鉛砣，更換加重鉛靴，必要时在脚后加鉄、在腰上和腿下纏鉄练子，这样旣保証了潜水員的水下稳定性，不致因水流而影响工作，又能保护潜水員的安全。
  2．加設拉錨纜绳 此法适合于定点探摸，先将鉄錨用纜绳拴好，抓住河底，纜绳上端拴在船上，使潜水員順着纜绳潜水操作。
  3.小区探摸时，潜水員可在腰部拴小型鉄錨，或潜水員手持鉄錨进行工作，保証操作安全。
  （三）沿河出水口的水下堵塞措施
  过去对沿河出水口都采用堵塞或打壩的方法修理閘門，在今年汛期，河东十經路出水口閘門不严，出現河水倒灌現象，当时采用了用木堵在水下将管口塡塞的方法，效果很好。具体措施是：
  1.按出水口1.2米的管径，制作塞形木堵（长1米、大头1.4米，小头0.9米），周围釘好胶皮，小头中間用螺栓固定十字鉄环，以备栓鋼絲绳。
  2.从靠近河岸的閘井用竹片将1/2吋鋼絲绳引至出水口，由潜水員負責把木堵运至出水口，幷将鋼絲绳穿入鉄卡固定卡好。
  3.在閘井处設一台捲揚机，逐步拉紧鋼絲绳，潜水員在出水口处再用手錘輕輕敲打木堵，使木堵紧紧堵住管口，較小縫隙应再用蔴袋片塞严，不使漏水。堵塞后，将管內水位降低，检查有无漏水現象。
  （四）汛期潜水作业注意事項。
  1.在检查涵洞、閘門，漏水情况时，不要很快就到漏水地点进行探摸，要慢慢試探前进，防止潜水員被水流吸住或吸进洞內。
  探摸护岸，潜水員一定要抓住岸壁后再进行工作，防止水流过大造成事故。探摸前幷应准备长80厘米的鉄鈎以便探測縫洞深度用。
  2.潜水衣及其他工具、設备，事先要进行周密检查試驗，否則坚决不用。
  3.使用船只要有专人負責，用绳纜在岸上固定，幷听从潜水指揮人員的統一指揮，根据要求移动。潜水員一定要在船下游順水流工作，以保証安全。
  4.潜水指揮人員应經常与潜水員联系，幷随时观察潜水員的排气水花，以便掌握潜水作业位置和操作进行情况。
  5.潜水人水下作业每次以3～4小时較好，不得时間过长。在潜水前应向潜水員詳細交待探摸要求。如条件可能，最好提前安排作业計划。
  6.現場作业，在探摸地段标明基点，以便按距离記录探摸情况，記載发現問題。探摸情况以电話联系，位置距离再以通天绳及水花核对。图紙要注明桩号，应繪制平面断面图幷填写探摸記录表。
  三、口門測流
  今年汛期为了迅速导洪入海，在25孔桥、独流减河右岸、馬厂减河和北大港东南围堤上开了很多的口門。由于口門数量很多，水流湍急，不能对每个口門每天都实測流量。因此，采用了实測与推算相結合的方法，分述如下：
  （一）实測流量的方法
  流量的計算公式为Q=VA，因此断面的选择和平均流速的測定都直接影响流量的正确性，現分述如下：
  1．断面位置选择由于口門大部都是爆破的，形成口門底面凹凸不平，有些地方留有小土堆，有的却是个很深的坑（如减河右岸一个口門有深达7米左右的坑），因此在选择断面上必須十分細致，根据当地实行情况，考虑各种有利条件进行选择。如：
  （1）25孔桥口門測流断面就选在津浦鉄路25孔桥下，利用桥面測流，比較方便。
  （2）馬厂减河的一些断面則选在靠近口門上游的大堤边上，这是因为此处口門原先是人工挖的，比較平坦，而堤中心在爆破时却往往形成深坑。
  （3）有些断面选在口門上游5～10米处，在此断面上流速較口門处为低，便于停船，測流操作方便而且安全，断面面积变大，但断面上实測流速較低，对整个流量而言影响不大，同时此处距口門中心較远，底面比較平坦，对于計算流量可較精确。
  2．垂綫間距和測点的选定。一般先在断面內測定若干水深后，再决定垂綫位置，狹的口門最少有三个垂綫，寬的口門适当放寬垂綫間距。北大港东围堤的口門一般垂綫間隔为50米左右，垂綫距离用绳尺或經緯仪視距測定，垂綫点上立以竹杆，作为測流标誌。
  3．測流方法 此次所有口門大都采用水深0.6处測一点流速，代表垂綫內平均流速。測流工具主要是流速仪。将木船停在已选定的垂綫位置上，进行流速測定。由于口門水流很急，木船固定的方法大体上有下列三种：
  （1）双錨法 用二根长达100米左右的大绳，各系鉄錨一个，把它远远拋在上游，两錨相隔距离以口門寬度来决定。然后把船順流放送到口門处，改变两根绳的不同长度，使船在断面內左右摆动，到垂綫点为止。
  （2）单錨法 当口門水流不急，或断面选在口門上游5～10米处时，則可用一个錨，每次将船划到上游，下錨后船随水飘到垂綫处（已立有竹杆），紧錨绳，固定船后測流。
  （3）纜绳法 在口門两側各打木桩一个，在木桩上挂上纜绳，船順纜绳行走，此法只适用于寬度較小的口門。此外若測流断面在桥樑之下即可利用桥樑，不用木船，人站在桥上即可測流。
  4．水尺的設置 有些口門設立水尺比較困难，問題在于无法引測眞高，因此只能在口門上下游各設水尺一根，根据上下游水位差数估算流量，有些口門則用較远处的水尺讀数来代表此口門的水位。
  （二）估算和推算流量
  对于开始过流的口門先行估算。俟正式实測后，一面修正估計数值，一面将实測流量及当时口門落差等已知条件代入寬頂堰公式中，再用試算法反求堰頂平均水深及相应的沉溺系数，从而繪出落差水位与流量关系曲綫，以作为推算流量的依据。每当口門疏浚后在高程及寬度有改变时，通过实測重新修訂关秉曲綫。具体作法如下：
  1.寬頂堰公式及其系数的选定
  口門过流后开始为非潜流状态，后期下游水位上升轉为潜流，故选用下列計算公式
  非潜流公式：Q=MbHo3/2.........（1）
  潜流公式：Q=MbHo〓......（2）
  式中：
  （1）Q为流量（单位：秒／立米），
  （2）b为堰口寬度，以实际水寬代表。（单位：米）
  （3）M为流量系数，其值通过实測流量修訂后取1.3，
  （4）Ho为包括流速在內的堰頂水头（单位：米），由于口門底部高低不平，无法測量，采用簡单的推算法推出，具体步驟如下：
  ①在口門上选一个断面，用流速仪測定流量Q，
  ②选定流量系数M=1.3，
  ③实測过水寬度b及口門落差Z，
  ④将Q、M、b三值代入公式（2）
  （5）〓为沉溺系数，自（3）式可見〓与Ho为相关变数，〓值在Ho决定后才能肯定，故先用試算法求出Ho，做相应的定出〓值。
  ①先假設若干不同的近似Ho值，幷求出Ho3/2值，代入公式（3）求出合适的〓值。
  ②仍采用同样假設的Ho值，按Ho-2/Ho的数值，从水工手册查出不同〓值。
  ③当〓值与〓值相等时，其相应假設的Ho即为堰頂水头。举例見表9—16。
  2.繪制出流曲綫通过上述計算办法，先求出实測流量的相应Ho值后，即可定出堰頂平均高程；再依不同水位减去堰頂高程，得出不同的Ho值，分別代入公式（1）及（2）后，即可得出相应水位时的流量。更依靠落差参变关系，以流量为橫坐标，以水位为纵坐标繪出各口門在一定情况下不同落差时的洪水出流曲綫（見图9—40）。
  为了便于計算，把馬厂减河的35个口門分为三个組，組內各口門曲綫合併为一个曲綫以便查算。
  3.修訂曲綫由于口門不断浚深，因此寬度及平均高程也不断变化，因此，过一时期后，将口門断面及流量重新測量，用以修訂原有曲綫关系。
  （三）人員組織
  此次測流，作业按小組进行，各小組的人員配备不等，有的3～4人，有的为8～9人，負責的口門少的为3至4个，多的达10余个，口門相距最远的有10多公里，測流后通过电訊上报成果。
  （四）工作中的体会
  1．在口門上探測水深比較困难，由于口門处水流很急，船的位置很难固定，因此难以測得口門底部的实际情况，对流量的实測和推算都有一定影响。今后应改用机动舢板，或用架設过河纜的方法来測水深。
  2．在垂綫內选择測点数的意見、此次选用了一点法測流（即水面下水深0.6处測流），实践說明在口門处測流用一点法計算流量精度較低，由于口門底部很不平整，因此水的流速幷不是很規律的。例如有一个口門有深坑，当选用水面下水深0.6处測流时，发現流速仪幷不轉动，說明这个深度已在深坑內，水在坑內成为死水，影响了流量計算的正确性。
  3.风的影响，团泊洼、北大港等水面辽闊，基本上是一个大面积的湖泊。因此当刮較大西北风时，流速較快，流量增加，水尺讀数也增大，口門上下的落差也大（口門下因受大堤阻挡，水尺讀数受风的影响小）。事实上起风的时間早晚不一致，而观測落差时間及測流的时間基本上是固定不变的；因此根据一个时間內所求得的流量，来代表全日的平均情况，是有出入的。在团泊洼就曾出現过水位在风后降落很大，而与当日洩量不相适应的情况，因此今年在推算和实測流量时，应該考虑到风的影响。
  4.实測和推算应有統一的时間，由于口門多，測流队分散，如果实測和推算相結合的办法进行工作，应規定相隔一定日期有一天統一实測流量，其余日期推算流量，这样在全面計算洪水流量上可以比較准确。另外还应規定統一时間上报流量，以免参差不齐。