黃河流域水庫河道淤積測驗綜述

胡著翱 鄧軍紅 陳凡

（1黃河水文勘察測繪局；2河南黃河勘測信息工程院）

1 引言

2019 年9 月18 日，習近平總書記在黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展座談會上講到：洪水風險依然是流域的最大威脅，小浪底水庫調(diào)水調(diào)沙后續(xù)動力不足，水沙調(diào)控體系的整體合力無法充分發(fā)揮?！暗厣蠎液印毙蝿輫谰掠蔚厣蠎液娱L達800 km，上游寧蒙河段淤積形成新懸河，現(xiàn)狀河床平均高出背河地面4～6 m，其中新鄉(xiāng)市河段高于地面20 m，299 km游蕩性河段河勢未完全控制，危及大堤安全。

水庫河道淤積測驗工作，是掌握黃河泥沙的輸移和沖淤變化過程，進行水沙調(diào)控，解決黃河“地上懸河”和“確保河床不抬高”的基礎性工作，是抓住水沙關系調(diào)節(jié)這個“牛鼻子”，保障黃河長久安瀾的關鍵環(huán)節(jié)。在黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展上升到國家戰(zhàn)略的新形勢下，分析和展望黃河流域水庫河道淤積測驗現(xiàn)狀和發(fā)展方向，具有重要意義。

2 淤積測驗現(xiàn)狀

黃河流域水庫河道淤積測驗工作歷史悠久，黃河下游河道淤積測驗工作始于建國前的1934 年，在鐵謝～利津河段共布設河道觀測斷面51個。建國后從1951年開始，黃河水利委員會開始進行系統(tǒng)的淤積測驗工作，距今已有近70 a的歷史；水庫淤積測驗方面，1956 年首先在鹽鍋峽水庫開始進行庫區(qū)淤積測驗工作，隨著三門峽水庫的興建，在三門峽庫區(qū)開展了系統(tǒng)的水庫淤積測驗工作，隨后在巴家咀、劉家峽、青銅峽、三盛公等水庫相繼開展庫區(qū)淤積測驗工作，距今也有近60 a 的歷史。目前，該項工作仍持續(xù)進行，并取得了長足發(fā)展。

2.1 測驗資料序列長、內(nèi)容豐富

在幾十年的連續(xù)淤積測驗中，幾乎沒有中斷，形成了長序列的水文觀測資料，是研究黃河泥沙運移規(guī)律、河道河床演變的基礎性資料，彌足珍貴。觀測內(nèi)容方面，除了常規(guī)的斷面地形測量外，還進行了水位觀測、河勢觀測、河床質(zhì)取樣及顆分，庫區(qū)水沙因子測驗等工作，數(shù)據(jù)內(nèi)容豐富，信息量大。同時為保證成果的統(tǒng)一性和系統(tǒng)性，黃委水文局制定了統(tǒng)一的技術標準、質(zhì)量檢查辦法和資料整編要求，保證了數(shù)據(jù)的精度和質(zhì)量。

2.2 測驗斷面體系不斷完善

1951 年開始，黃委會在黃河下游對建國前的監(jiān)測斷面進行調(diào)整、增設，形成21個固定斷面，并進行連續(xù)觀測；隨著三門峽水庫和小浪底水庫的修建和運用，開始進行水庫淤積監(jiān)測，同時對下游河道斷面進行了大規(guī)模的調(diào)整和增設；黃河三角洲附近海區(qū)水深測量工作始于1969年。

截止到2018 年12 月，黃河每年定期開展統(tǒng)測（統(tǒng)一性測驗，每年4月、10月對所有固定斷面同時統(tǒng)一進行測驗）的包括三門峽、小浪底水庫和黃河下游河道固定斷面678 處，開展黃河三角洲附近海區(qū)淤積測驗斷面36 處，開展不定期淤積測驗的有萬家寨、青銅峽、沙坡頭等水庫等。根據(jù)《全國水文基礎設施建設規(guī)劃（2013-2020）》，到2020年底，將在伊洛沁河下游河段、黃河寧蒙河段共布設352個固定斷面。

預期到2020年底，全河固定淤積斷面數(shù)量將超過1 066處，覆蓋黃河干流2 103 km河道，占黃河干流河道總長5 464 km的38%，覆蓋渭河、伊洛河和沁河等重要支流河口河道438 km，基本建立了覆蓋黃河流域重要淤積河段、水庫、支流河口和黃河三角洲附近海區(qū)完善的淤積測驗體系。

2.3 測驗技術和設備不斷發(fā)展

淤積測驗主要測量斷面地形，與測繪技術密切相關。隨著測繪技術發(fā)展，斷面測量的技術方法和儀器設備也經(jīng)歷了很大的改進。平面位置和高程測量從六分儀、經(jīng)緯儀和水準儀，發(fā)展到全站儀、GNSS RTK 等數(shù)字化測量設備；水深測量從測深桿、測深錘發(fā)展到數(shù)字測深儀、水下多波束測深系統(tǒng)等，逐步實現(xiàn)了測驗的自動化、信息化。

截止到2018 年底，黃河流域水庫河道淤積測驗全部采用GNSS RTK+數(shù)字測深儀的模式進行測量。同時編制了大斷面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，構建了數(shù)據(jù)管理和分析應用的基礎平臺，實現(xiàn)了水庫河道淤積測驗數(shù)據(jù)處理、計算、整匯編一體化和自動化。

3 存在問題和面臨的新形勢

3.1 存在問題

淤積測驗工作雖然取得了一些成就，仍然存在著發(fā)展不充分不均衡等問題。第一，存在覆蓋不全、布局不合理等問題，例如蘭州河段、中游干流及支流入黃口河段仍是監(jiān)測空白區(qū)，萬家寨、劉家峽等水庫還沒有納入到常規(guī)水文淤積測驗體系中，不利于全流域系統(tǒng)分析和研究。第二，下游水庫河道斷面布設時間長，隨著河勢變化，存在部分斷面代表性不足，斷面間距整體偏大等問題。第三，測驗現(xiàn)代化水平不高，技術設備、測驗模式、服務能力等方面還不能適應新形勢需求。

3.2 面臨的新形勢

黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展國家戰(zhàn)略新形勢下，黃委會為破解灘區(qū)治理難題，制定了“5 a 一遇洪水不上灘、20 a 一遇洪水不進村”，抓好299 km 游蕩性河段治理的新目標；左其亭將大量連續(xù)水文觀測，揭示黃河泥沙分布規(guī)律、產(chǎn)生過程、影響因素、水沙關系以及作用機制等作為落實國家戰(zhàn)略的重大科技問題；水文現(xiàn)代化建設要求水文測驗要廣泛應用自動化、信息化和智能化技術，提供更全、更快、更準的檢測信息和內(nèi)容豐富、形象直觀的服務產(chǎn)品。黃河水文將實現(xiàn)監(jiān)測手段自動化、信息采集立體化、數(shù)據(jù)處理智能化、服務產(chǎn)品多樣化作為黃河水文事業(yè)發(fā)展目標。

這些新形勢、新要求，都需要黃河流域水庫河道淤積測驗不斷變革發(fā)展，提供頻次更高、覆蓋面更廣、數(shù)據(jù)更準確、內(nèi)容更豐富的數(shù)據(jù)。

3.3 新技術促進發(fā)展變革

近年來，以GNSS、GIS、RS 為代表的測繪技術取得了巨大進步。基于北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的千尋位置地基增強系統(tǒng)、高光譜衛(wèi)星遙感技術、無人機航空攝影測量技術、InSAR 合成孔徑雷達干涉測量技術、激光雷達測量技術、多波束水下測深系統(tǒng)、水文測量機器人系統(tǒng)等一批先進的陸地和水下測量技術設備不斷涌現(xiàn)。地形數(shù)據(jù)獲取從原來的單點、斷面線逐步擴大到區(qū)域全地形獲取，獲取的信息也從單純的空間位置擴展到可見光影像、紅外影像、干涉圖譜、光譜特性、水深等，數(shù)據(jù)獲取的時效性、精度、效率、覆蓋面都大大提高，促使淤積測驗模式發(fā)生變革。

4 發(fā)展展望

4.1 測驗體系建設方面

增設黃河蘭州河段、中游干流和重要支流入黃口河段淤積測驗斷面，填補黃河泥沙淤積監(jiān)測空白區(qū)；將龍羊峽、劉家峽、萬家寨等水庫淤積測驗納入常規(guī)水文監(jiān)測范圍，保證觀測資料的連續(xù)性；根據(jù)黃河下游游蕩型河道和彎曲型河道的特點，優(yōu)化、調(diào)整和加密黃河下游測驗斷面布局，提高淤積測驗精度。

4.2 技術手段方面

普及無人機航空攝影測量和無人機激光雷達技術，進行灘地地形測量；水下部分采用無人船+測深儀或多波束測深系統(tǒng)獲取水下全地形數(shù)據(jù)；水庫邊界、河道河勢信息利用遙感技術自動、快速獲取。這些技術可以快速高效進行斷面測量，同時具備水上水下一體化全地形測量能力，可滿足機動測量和水文應急監(jiān)測需要。結(jié)合新技術發(fā)展，研究藍綠光源激光雷達、探地雷達等非接觸式測深新技術，通過搭載無人機平臺，真正實現(xiàn)水上水下一體化全自動測量。

4.3 測驗模式方面

在現(xiàn)有統(tǒng)測模式基礎上，每隔3-5 a 進行1 次水上水下全地形測量。由于影響固定斷面法淤積測驗精度的主要因素是斷面間距和河道灘槽劃分位置，可利用全地形數(shù)據(jù)，重新率定這些參數(shù)，提高斷面法沖淤量計算精度；同時調(diào)整不具代表性的斷面位置，合理增減斷面，優(yōu)化斷面布局。

4.4 服務能力方面

圍繞黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展國家戰(zhàn)略需求，在斷面測量的基礎上，充分利用衛(wèi)星遙感、InSAR、無人機航測、多波束測深等技術手段，加強全流域地形監(jiān)測，提供沖淤量空間分布情況、河道河勢、產(chǎn)匯流下墊面、生態(tài)植被覆蓋等數(shù)據(jù)，為黃河流域“四水”同治和“確保河床不抬高”提供豐富的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。