渭河下游河勢(shì)查勘的實(shí)踐與探索

袁 崢 ,梁林江 ，3,楊 軍

（1.陜西省江河水庫(kù)工作中心，陜西 西安 710018；2.陜西錦源勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 渭南 714000；3.西藏自治區(qū)阿里地區(qū)水利局，西藏 噶爾 859400）

1 渭河

1.1 渭河的基本情況

渭河古稱渭水，是黃河最大的支流，流域面積13.48 km2，全長(zhǎng)818 km，流經(jīng)甘肅、寧夏、陜西三省區(qū)。渭河是陜西的母親河，在鳳閣嶺進(jìn)入陜西，流經(jīng)寶雞、楊凌、咸陽(yáng)、西安、渭南，長(zhǎng)502 km，流域面積6.71萬km2，造就了八百里秦川，在潼關(guān)注入黃河。

1.2 渭河下游的特點(diǎn)

渭河咸陽(yáng)鐵橋以下至入黃口段是下游，長(zhǎng)208 km，是黃河三門峽水庫(kù)的淹沒區(qū)和影響區(qū)。受三門峽水庫(kù)運(yùn)用影響，潼關(guān)高程抬升，泥沙淤積嚴(yán)重，河勢(shì)多變，沒有得到完全有效控制，有時(shí)直接危及堤防安全，加之“地上懸河”形勢(shì)嚴(yán)峻，防洪短板突出，洪水預(yù)見期短，洪水風(fēng)險(xiǎn)依然是最大威脅。

2 河勢(shì)查勘

查《黃河網(wǎng)》“黃河辭典”，河勢(shì)查勘是對(duì)河勢(shì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察工作。查勘內(nèi)容主要是觀測(cè)河勢(shì)、分析河勢(shì)演變狀況、了解工程險(xiǎn)情及管理狀況等。其主要目的是為來年河道整治及其他建設(shè)項(xiàng)目提供依據(jù)。黃河下游河道查勘，每年汛前汛后各進(jìn)行一次。查勘方法是乘船順流而下，在河灣、塌岸、控導(dǎo)工程、險(xiǎn)工等重點(diǎn)地方，上岸徒步查勘，利用望遠(yuǎn)鏡、激光測(cè)距儀，在寬闊的河道里觀察河道的汊流、沙洲等分布情況，繪制出五萬分之一的河勢(shì)圖。汛期水情變化較大或發(fā)生重大險(xiǎn)情時(shí)，隨時(shí)組織查勘，預(yù)估河勢(shì)發(fā)展趨勢(shì)，為防汛搶險(xiǎn)決策提供依據(jù)。

3 河勢(shì)查勘傳統(tǒng)方法及存在問題

3.1 傳統(tǒng)方法

目前渭河下游河勢(shì)查勘也采用驅(qū)車和徒步相結(jié)合的方法，乘車順河而下，在河灣、塌岸、控導(dǎo)工程、險(xiǎn)工等重點(diǎn)地方岸上徒步查勘，目視或利用望遠(yuǎn)鏡，在寬闊的河道里觀測(cè)河道的汊流、沙洲等分布情況，繪制出五萬分之一的河勢(shì)圖。

3.2 存在問題

采用傳統(tǒng)的查勘方法，在過去幾十年的防汛工作中起到了非常重要的作用。但在新形勢(shì)下，各級(jí)政府和防汛應(yīng)急部門對(duì)防汛備汛、安全度汛信息精細(xì)化及數(shù)據(jù)實(shí)用化和數(shù)據(jù)多元化挖掘利用的要求越來越高、精、準(zhǔn)和細(xì)，仍存在諸多需改進(jìn)和完善的地方。

查勘采用驅(qū)車和徒步相結(jié)合的方法，在河灣、塌岸、控導(dǎo)工程、險(xiǎn)工等重點(diǎn)部位詳細(xì)查勘，但對(duì)無工程險(xiǎn)工或河道主溜遠(yuǎn)離堤防部分河段的河勢(shì)變化、汊流沙洲分布、河灣崩塌及發(fā)展趨勢(shì)等情況，因交通不便等問題，難以全面準(zhǔn)確掌握，即就是到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，因視覺角度、定位等方面的限制、很難整體準(zhǔn)確把握。對(duì)工程壩岸靠水、靠溜、著溜的性質(zhì)按壩號(hào)進(jìn)行查勘統(tǒng)計(jì)，雖然有重點(diǎn)部位的照片、文字描述和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表，但系統(tǒng)性直觀性仍然較差。

無論是河勢(shì)變化還是工程壩岸變化情況，目前只能做定性預(yù)判，從河岸崩塌寬度，河段灘體沖刷淤長(zhǎng)量、重點(diǎn)工程部位水面寬度、出水高度，主溜線險(xiǎn)工、壩岸靠水范圍和長(zhǎng)度，難以做到精確研判。盡管有部分河道管理部門查勘時(shí)利用激光測(cè)距儀對(duì)重點(diǎn)工程部位進(jìn)行觀測(cè)，但因需要的技術(shù)、儀器和專業(yè)人員的限制，也很難做到全面和準(zhǔn)確。已建、在建橋梁及浮橋、采沙船作業(yè)等阻水障礙物的位置、規(guī)模等信息缺失或不全面準(zhǔn)確。

由于河勢(shì)信息和工程著溜信息碎片化，未能形成整體、系統(tǒng)、全面性數(shù)據(jù)影像資料，不能為急需維修加固的河道工程和當(dāng)年或來年河道整治及其它建設(shè)項(xiàng)目提供可信度高、說服力強(qiáng)、足以決策定板的依據(jù)。查勘資料后期可利用性差，很難和往年或來年的河勢(shì)信息和工程著溜信息進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)分析河勢(shì)演變過程，預(yù)估工程防守重點(diǎn)，提高編寫查勘報(bào)告和防汛預(yù)案質(zhì)量，套匯編制河勢(shì)圖的精準(zhǔn)度、深度的提高等要求都存在很大差距。

4 可嘗試的河勢(shì)查勘方法及分析

隨著航空攝影與遙感成像技術(shù)發(fā)展，特別是近幾年低空無人機(jī)攝影技術(shù)的不斷成熟，能夠以較高精度、快速高效地進(jìn)行大面積成像，其光學(xué)成像產(chǎn)品，具有數(shù)學(xué)坐標(biāo)信息，內(nèi)容豐富，直觀反映地表信息，為防災(zāi)減災(zāi)和公共建設(shè)規(guī)劃等提供依據(jù)，還可以從中提取和派生新的信息，為進(jìn)一步開發(fā)和研究服務(wù)，也為進(jìn)一步深化支持河勢(shì)查勘提供了現(xiàn)代化技術(shù)手段。

4.1 利用互聯(lián)網(wǎng)地圖（衛(wèi)星影像）結(jié)合實(shí)地查勘

此類產(chǎn)品具有獲取方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，影像直觀且全面的優(yōu)點(diǎn)，但具體到為防災(zāi)防汛服務(wù)，由于互聯(lián)網(wǎng)地圖是公共民用服務(wù)產(chǎn)品，用于專業(yè)支持，存在以下不足：信息實(shí)時(shí)性、現(xiàn)勢(shì)性較差，一二線城市幾個(gè)月或一年更新一次，城市外地區(qū)往往幾年才更新；分辨率不足以滿足工程查勘的要求；坐標(biāo)、高程信息無法直接獲取，不利于后期進(jìn)一步開發(fā)和定量研究，通過專業(yè)技術(shù)單位加工，成本高、周期長(zhǎng)。

4.2 利用航空影像及成圖產(chǎn)品（航片）結(jié)合實(shí)地查勘

無論是高空（有人機(jī)）或低空（無人機(jī)）技術(shù)生產(chǎn)的地圖產(chǎn)品，內(nèi)容豐富，可以一次性生成適當(dāng)分辨率的直觀性、現(xiàn)勢(shì)性很強(qiáng)的正射影像圖（DOM）和可用于規(guī)劃設(shè)計(jì)的線劃圖（DLG），和當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)高程套合，是全面、詳細(xì)、系統(tǒng)解決目前汛前汛后存在不足之處的最好技術(shù)手段，但在實(shí)際應(yīng)用中因其生產(chǎn)成本高，產(chǎn)品生產(chǎn)周期比較長(zhǎng)，很難推廣到河勢(shì)查勘實(shí)際工作中。

4.3 利用定位設(shè)備和無人機(jī)低空錄像結(jié)合實(shí)地查勘

可對(duì)重點(diǎn)工程和重點(diǎn)河彎運(yùn)用激光測(cè)距儀、GPS定位儀進(jìn)行定位、定量，并采用無人機(jī)拍攝工程全貌及重點(diǎn)部位視頻和照片，這種技術(shù)手段雖有創(chuàng)新但仍存在以下不足：利用常規(guī)設(shè)備進(jìn)行定位，需要一定數(shù)量的專業(yè)人員，如果考慮和當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)高程套合，受交通、找控制點(diǎn)等因素影響，工作量大、效率低，成本高；無人機(jī)拍攝的視頻、照片資料，很好地滿足了查勘人員視覺感官需求，但無人機(jī)本身受滯空時(shí)間（一般十五分鐘/架次）、頻繁選擇起降場(chǎng)地、天氣等要素制約，工作效率難以掌控，對(duì)工程的著溜數(shù)量、性質(zhì)、河勢(shì)的狀況可以遠(yuǎn)程的當(dāng)下判讀，但無法做到定量分析及變化的對(duì)比分析；常規(guī)測(cè)量形成的定量數(shù)據(jù)（坐標(biāo)、高程等）不能和無人機(jī)視頻照片影像融合，資料碎片化，不系統(tǒng)，很難形成全河系統(tǒng)的定位、定量成果，對(duì)形成當(dāng)期現(xiàn)勢(shì)性精準(zhǔn)的河勢(shì)圖幫助較小，對(duì)后期研究應(yīng)用支持不大，尤其是對(duì)河勢(shì)變化、工程著溜變化對(duì)比分析，可利用性較差。

5 推薦的河勢(shì)查勘方法

通過對(duì)以上可嘗試的探測(cè)方法的分析，結(jié)合現(xiàn)代無人機(jī)光學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展，全面系統(tǒng)的考慮現(xiàn)代技術(shù)在河道查勘應(yīng)用的實(shí)際，本著實(shí)用、經(jīng)濟(jì)，形成的查勘資料系統(tǒng)、全面直觀，當(dāng)下和后期應(yīng)用可利用性、可延展、可進(jìn)一步開發(fā)研究的原則，渭河下游河勢(shì)查勘可利用無人機(jī)正射影像DOM+DEM產(chǎn)品輔以實(shí)地重點(diǎn)查勘的方法。

5.1 具體方法

在查勘前生產(chǎn)無人機(jī)正射影像圖，結(jié)合當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)和高程，測(cè)量適當(dāng)數(shù)量的像控點(diǎn)，通過空三加密形成DEM高程模型，將其高程成果與正射影像迭加，使正射影像的水邊、工程、靠河堤防有必要的高程注記，再通過相片調(diào)繪，注記正射影像圖上的工程名稱，壩號(hào)和度汛重點(diǎn)關(guān)注的橋梁，浮橋、采砂船等滯洪障礙，形成要求的產(chǎn)品后，查勘人員攜帶電子影像在重點(diǎn)關(guān)注工程和河勢(shì)部位進(jìn)行實(shí)地研判、調(diào)查。

5.2 產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)

從滿足獲取渭河下游汛前汛后工程、河勢(shì)等相關(guān)信息，節(jié)約成本等方面統(tǒng)籌考慮，可以河道中心兩側(cè)各250 m寬度確定成像范圍；采用西安80坐標(biāo)系和國(guó)家85高程基準(zhǔn)（或河道大沽高程）；平面精度控制在厘米級(jí)，高程精度控制在20 cm以下；正射影像分辨率高于15 cm，即1∶2000成圖比例尺要求，滿足工程壩垛著溜情況判斷和河勢(shì)變化精準(zhǔn)定量的要求。

5.3 優(yōu)越性分析

運(yùn)用航拍+地理測(cè)繪技術(shù)，以航攝正射影像（DOM）為基礎(chǔ)，將地形要素的信息，重點(diǎn)部位的高程信息，通過技術(shù)處理疊加到該影像平面上，形成影像數(shù)據(jù)庫(kù)，不但具備影像特征，能提供直觀性依據(jù)，而且具備地形圖的幾何精度，獲取的數(shù)據(jù)可信度高。

具體到河勢(shì)查勘工作，該技術(shù)產(chǎn)品具有精度高，直觀逼真，現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)，資料系統(tǒng)，可完整、準(zhǔn)確地對(duì)工程著溜的現(xiàn)狀、著溜壩垛的個(gè)數(shù)、性質(zhì)、出水高度以及河勢(shì)變化衍生的汊流、支流分布、河道主溜線、水邊線及河勢(shì)變更走向，沿岸地形變化、河段灘體沖刷淤長(zhǎng)程度，灘岸崩塌等河勢(shì)及大堤堤防防汛要素進(jìn)行識(shí)別判定。

數(shù)據(jù)經(jīng)加工、攜帶方便，普通平板即可攜帶電子數(shù)據(jù)，利用提前獲取的數(shù)據(jù)，結(jié)合重點(diǎn)部位有目的的實(shí)地對(duì)比驗(yàn)證，可極大地提高現(xiàn)場(chǎng)查勘效率和質(zhì)量。

由于DOM是數(shù)字的，在計(jì)算機(jī)、平板甚至手機(jī)上可以局部放大，具有良好的判讀性能、可管理性能；影像上具有坐標(biāo)、方位、尺寸及高程，可直接在影像上量測(cè)距離、面積和高度，為工程和河勢(shì)變化提供了精確的可定量數(shù)據(jù)支持、提高了查勘資料的可信度和說服力，為查勘報(bào)告編寫奠定了詳實(shí)的、可定量的數(shù)據(jù)依據(jù)。

具有地形圖的精度，作為地圖分析背景控制信息，可提取橋梁、浮橋、采砂船以及范圍內(nèi)其它防汛設(shè)施的信息，為防汛預(yù)案制定提供歷史和最新空間信息，

可延展開發(fā)利用，作為獨(dú)立的背景層，與地名、高程、圖廓線、公里網(wǎng)格等要素層復(fù)合，通過內(nèi)業(yè)技術(shù)加工，可制作小比例尺如五萬分之一河勢(shì)現(xiàn)狀圖和各種專題圖和圖冊(cè)，也可為急需維修養(yǎng)護(hù)或新建擴(kuò)建的河道工程和其它建設(shè)項(xiàng)目?jī)?nèi)業(yè)加工滿足規(guī)劃設(shè)計(jì)的DLG數(shù)字線劃圖（地形圖），進(jìn)一步可在此影像數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，掛連互聯(lián)網(wǎng)地圖，擴(kuò)展宏觀視野，加注工程各種信息、水文信息、防汛及管理信息，建立全河一張圖地理信息系統(tǒng)，提高水管單位的現(xiàn)代化技術(shù)管理水平和效率、質(zhì)量。

可重復(fù)利用、可對(duì)比研究性能好，歷年同一數(shù)據(jù)可為渭河下游河勢(shì)演變、工程著溜發(fā)展趨勢(shì)做準(zhǔn)確的對(duì)比分析預(yù)估，從中研究其變化規(guī)律，利用掌握河道工程歷史數(shù)據(jù)和河勢(shì)分析的優(yōu)勢(shì)，與省防辦聯(lián)合向沿河地方人民政府發(fā)布河道崩岸預(yù)警和工程出險(xiǎn)預(yù)警通知，各地通過不同的預(yù)警級(jí)別采取相應(yīng)的搶護(hù)措施，使我局取得良好的社會(huì)聲譽(yù)和社會(huì)效益。

6 結(jié)論

1）在防汛搶險(xiǎn)工作中積極引進(jìn)空間航空影像技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，空間航空影像可用于防汛工作的方方面面，如傾斜攝影成果，360°無視覺死角體驗(yàn)河道河勢(shì)全貌；在洪水發(fā)生時(shí)，利用無人機(jī)視頻技術(shù)，高效逼真獲取即時(shí)的河勢(shì)變化情況和工程險(xiǎn)情，為防汛搶險(xiǎn)提供準(zhǔn)確科學(xué)的依據(jù)。

2）充分利用現(xiàn)代科技手段和方法開展河勢(shì)查勘

充分利用3S和4D技術(shù)、計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和大數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用，把防汛工作的每個(gè)環(huán)節(jié)做精、做細(xì)，高效率高精度進(jìn)行河勢(shì)查勘和工程普查，及時(shí)開展水毀修復(fù)，確保下游河道行洪暢通。還可利用大數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型，深入分析研究渭河下游河勢(shì)變化的原因和趨勢(shì)。

3）進(jìn)一步加強(qiáng)渭河下游綜合治理

抓緊開展頂層設(shè)計(jì)，加大重大問題研究，開展新一輪河道整治，加長(zhǎng)加固原有河道整治工程，布設(shè)新的河道工程。抓緊實(shí)施東莊水庫(kù)，緊緊抓住調(diào)節(jié)水沙關(guān)系這個(gè)“牛鼻子”，減緩泥沙淤積。要確保下游河勢(shì)穩(wěn)定和河道行洪暢通，確保渭河下游長(zhǎng)久安瀾，推動(dòng)渭河流域高質(zhì)量發(fā)展。