長江下游黑沙洲水道原型觀測技術(shù)實施

梁向棋++舒曉明++曹樹青++粱達煒

摘 要：為保證長江下游黑沙洲水道航道整治二期工程工可階段原型觀測順利完成，改善當前水道不利水文條件下的航道條件，擴大航道尺度和通過能力，以黑沙洲水道河段概況為基礎(chǔ)，結(jié)合長江航道測量實際情況，針對原型觀測的內(nèi)容和技術(shù)要求，提出以控制測量、地形測量、水深測量、水文測驗及內(nèi)業(yè)成圖五個部分組成的觀測實施方案，通過嚴謹?shù)慕M織、合理的設(shè)計、規(guī)范的作業(yè)、嚴格的檢查，圓滿地完成了航道原型觀測，同時對原型觀測進行項目總結(jié)，針對項目實際提出了改進措施。

關(guān)鍵詞：長江下游水道 原型觀測 施工組織設(shè)計 技術(shù)實施

長江干線自西向東橫貫中國中部，流域內(nèi)地貌類型眾多，流經(jīng)峽谷河段、巖溶發(fā)育河段、沖積河流河段、平原多州灘分汊河段及感潮河段。長江水運建設(shè)是長江經(jīng)濟帶長足發(fā)展的根基。航道測量是航道建設(shè)、維護的眼睛，為航道整治建筑物設(shè)計、航道整治工程可行性評估、效果評估等提供原始資料和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。黑沙洲水道是長江下游重點礙航淺水道之一，平面形態(tài)為首尾窄、中間向左展寬的典型鵝頭型分汊河道，由兩個江心洲分成南、中、北三個汊道。南水道為現(xiàn)行主航道，但局部沿岸區(qū)域水深較淺，局部沿岸區(qū)域竄溝逐漸發(fā)展為深槽，使淺區(qū)流量減少，流速下降。中水道逐漸淤積衰亡，枯水期呈現(xiàn)干涸狀態(tài)。由于其地理位置及水道情況的復(fù)雜性，對黑沙洲水道進行航道整治，改善當前水道不利水文條件下的航道條件，擴大航道尺度和通過能力，對長江下游航道建設(shè)和維護有非常大的意義。黑沙洲水道航道整治一期工程已于2011年9月竣工，為進一步改善船舶通航條件，擬開展航道整治二期工程。為滿足二期工程河演分析、方案布置和航道整治建筑物設(shè)計的需要，需對黑沙洲水道開展原型觀測。

工程概況

原型觀測包括地形測量和水文測驗。觀測時間為期一年，包括洪、中、枯共四個測次，分別在**年2月、**年8月、**年11月、次年2月完成。

地形測量范圍上起荻港水道皇宮廟、下迄白茆水道保定圩。河道地形測量水上部分觀測到兩岸的防洪大堤堤頂或與堤頂相近的高程。圖上準確標注各種水利、碼頭設(shè)施的位置、尺度、高程等，并將陡岸坡、洲體上植被覆蓋標識清楚，標明岸坡崩塌位置和范圍、測流斷面和水尺的準確位置、已實施整治工程位置、地名。

水文測驗包括水位及比降、斷面垂線流速分布（包括流量）、表面流速流向的觀測以及河床質(zhì)、懸移質(zhì)取樣。設(shè)流量觀測大斷面7處、臨時水尺14把，固定水尺1把（設(shè)于黑沙洲水道出口三山河附近）。觀測水尺水位、測流斷面流速、流量、流向分布，測量時間應(yīng)與地形測量同步。固定水尺觀測從**年2月至次年2月進行每日連續(xù)觀測，每日觀測時間段為上午8：00、下午14：00、晚上18：00。表面流速流向觀測南水道主槽布置7條流向線，北水道布置3條流向線，要求在地形測圖上標繪流向線、表面流速值及觀測時的風(fēng)況條件；河床質(zhì)及懸移質(zhì)取樣位置分布均勻，所取樣本能較全面反應(yīng)河段河床質(zhì)及懸移質(zhì)情況。

觀測技術(shù)方案及實施

綜合測區(qū)概況、觀測內(nèi)容及技術(shù)要求，將該原型觀測分為控制測量、地形測量、水深測量、水文測驗及內(nèi)業(yè)成圖五個部分完成。

1、控制組

控制測量平面采用1954北京坐標系，高斯正形投影三度分帶，測區(qū)所處位置為39度帶，中央子午線經(jīng)度為117°；高程采用1985國家高程基準（絕對圖）和當?shù)睾叫谢鶞剩ㄏ鄬D）。采用國家C級網(wǎng)和E級網(wǎng)構(gòu)建能覆蓋整個測區(qū)范圍的控制網(wǎng)，并解算橢球轉(zhuǎn)換模型的布爾莎七參數(shù)。選取的控制點均勻地分布在河道兩側(cè)。

2、地形組

地形測量從測區(qū)上端至下端實施。無樹林遮擋或樹林較稀疏的地帶，收星良好的情況下，采用中海達RTK測量；樹林較密，天空不夠開闊的區(qū)域，采用天寶R8測量或配合全站儀極坐標法聯(lián)合測量。地形測量點距根據(jù)實際地形按圖上0.8-1.5cm實施，對于地形復(fù)雜的區(qū)域進行了加密測量，詳細測繪地形地貌及與重要地物的相鄰關(guān)系。

3、水深組

為達到觀測精度，水深測量時段內(nèi)測區(qū)風(fēng)力小于3級，浪高小于0.3m。采用快艇從下至上測量主槽水深，對于州灘等水深較淺快艇無法到達的區(qū)域采用吃水較淺的船舶同步測量，船舶無法到達的極淺水域采用人工涉水測量，測量范圍覆蓋整個測區(qū)。測船安裝儀器后、作業(yè)前量取水溫，查詢《水運工程測量規(guī)范》聲速表中對應(yīng)聲速值，設(shè)定測深儀的聲速值、吃水值、靈敏度、量程倍乘、零米線、吃水線、發(fā)射功率等相關(guān)參數(shù)。船上測量人員同步記錄浮標名稱、位置、類型。

4、水文組

水位及比降觀測。固定水尺位置嚴格按照技術(shù)要求中水尺位置坐標控制，設(shè)專人每日進行觀讀。水尺均設(shè)置在前方無沙灘阻隔、江水可自由流通、能充分反映當?shù)厮蛔兓闆r、能牢固設(shè)立、受風(fēng)浪、激流沖擊和船只碰撞等影響較少的地方。使用全站儀三角高程測量方式在工作前后各測定一次水尺零點，并在觀測前在三等水準點上進行高程的檢查校準，確保了水尺零點測量精度滿足四等水準測量要求。水尺觀測每次讀取水尺波峰波谷的讀數(shù)，求取平均值，每處水尺均歸算為基尺零點上水位。

表面流速流向觀測。為保證觀測精度，觀測時風(fēng)力不大于3級。采用自主研發(fā)的防水抗風(fēng)型浮標結(jié)合GPS自動接收機施測，施放起始位置嚴格按照技術(shù)要求中所做規(guī)定執(zhí)行，浮標均勻分布于水道中。

大斷面流速流量流向觀測。根據(jù)實測的斷面資料進行測驗垂線布設(shè)，布設(shè)方法按《河流流量測驗規(guī)范》中的要求執(zhí)行。測量船按斷面設(shè)計采用橫斷面法施測，斷面測點間距為圖上0.4cm以內(nèi)，在深泓和陡岸河床則適當加密了測點。測船始終保持慢速且盡量保持勻速運動。水文測驗的流速流向采用聲學(xué)多普勒流速剖面儀（ADCP）施測，利用聲學(xué)多普勒效應(yīng)原理來進行流速測量，兩岸測至ADCP盲區(qū)水深處，每次施測均從左岸→右岸、右岸→左岸施測一個來回以上，取所測斷面流量的平均值作為實測流量值。

河床質(zhì)和懸移質(zhì)取樣。采用1000cc橫式采樣器在各垂線處進行懸沙取樣，水樣采集時鉛魚到底后等待10秒鐘后再采集底層水樣，以防止鉛魚對水體的擾動。采集水樣后，立即將水樣裝入容器內(nèi)并蓋緊（裝水樣的容器事先已清洗干凈，不殘留泥沙和雜物，每個容器均已編號），同時將樣品瓶號、取樣點號、層號、日期和時間記入含沙量取樣記錄表。對于部分水文斷面上有垂線水深較淺的情況，換用吃水更淺的小船補測或人工涉水測量，確保垂線水樣采樣完整率。在懸移質(zhì)取樣的同時在每條測流垂線位置進行床沙取樣，取樣采用錐式取樣器。為滿足泥沙顆粒分析要求，床沙取樣重量視粒徑而定，一般細沙或沙質(zhì)粘土取樣不少于50g，粗沙取樣100～300g，直徑大于2mm者取樣不少于1000g。如遇一次取樣數(shù)量不足，則分次采取，連續(xù)三次取不到沙樣時，則不再取樣，并在資料中加以說明。

5、內(nèi)業(yè)成圖

內(nèi)業(yè)組接收外業(yè)原始數(shù)據(jù)后對數(shù)據(jù)進行檢查，檢查嚴格按照《水運工程測量質(zhì)量檢驗標準》執(zhí)行。檢查合格后提取水深數(shù)據(jù)進行等高線的編輯，繪制地物地貌及水位標記。采用清華山維繪圖軟件進行圖形處理與繪制，清繪后，按AutoCAD格式成圖提交。根據(jù)測量比例尺的要求，對圖面多余數(shù)據(jù)進行適當?shù)膭h除，確保了數(shù)據(jù)分布合理、圖面美觀。

質(zhì)量檢查

檢查內(nèi)容包括測量任務(wù)書、施工組織設(shè)計、地形測量、水深測量、水文測驗、內(nèi)業(yè)制圖。按照《水運工程測量質(zhì)量檢驗標準》，逐項對照《水運工程測量規(guī)范》上規(guī)定的內(nèi)容進行詳查，判斷出缺陷的類型，分別按分部工程的缺陷個數(shù)及缺陷調(diào)整系數(shù)計算分部工程的質(zhì)量得分值（其中調(diào)整系數(shù)是根據(jù)合同產(chǎn)值來確定的），進而求得各單位工程的質(zhì)量得分值。

經(jīng)檢查，本項目測繪工作組織嚴謹、設(shè)計合理、監(jiān)督檢查嚴格、最終檢查規(guī)范。外業(yè)作業(yè)組能嚴格執(zhí)行《規(guī)范》和施工組織設(shè)計，操作規(guī)范，質(zhì)量控制嚴密。內(nèi)外業(yè)資料及成圖地形測量圖幅清晰，注記規(guī)范，等高線走向合理，地形圖上各要素測繪詳細，地物間關(guān)系表示合理，水文資料規(guī)范清晰，滿足各項規(guī)范要求。

結(jié)論與展望

經(jīng)驗證，觀測方案設(shè)計及實施適用性高、應(yīng)用效果好，組織合理，施工控制嚴格，高效率、高質(zhì)量地完成了黑沙洲水道航道整治二期工程工可階段原型觀測。為進一步完善觀測方案，更好地完成長江下游水道地形、水文原型觀測，針對原型觀測方案實施中發(fā)現(xiàn)的問題，提出以下幾點思考：①控制測量采用高斯正形投影三度分帶，在投影邊緣區(qū)域的變形較大，當測距邊兩端點的橫坐標平均值達到45km時，邊長的投影變形值已超出《工程測量規(guī)范》的要求，必須對測距邊作高斯投影改正；②水道枯水期時，中水道演變?yōu)橛倌鄥^(qū)域，不利于地形組作業(yè)人員行走，甚至極可能出現(xiàn)沉陷的危險情況，采用傳統(tǒng)的GPS RTK測量方法不僅效率低，還不安全。針對這個問題，可以通過改善觀測條件或改變測量方法進行解決。③浮標由水深測量人員在船上觀測并記錄，可能存在個別浮標漏測的情況，測量的浮標位置偏差也較大。目前，長江電子航道圖（3.0版）系統(tǒng)已正式推廣運行，該系統(tǒng)中包含了長江沿線各水道實時航標資料。原型觀測中航標位置、類型的觀測和記錄，如果與電子航道圖相結(jié)合，將能確保水道中航標測量的完整性和精確性。

（作者單位：長江航道測量中心）