基于河道斷面測(cè)量下的防洪預(yù)案分析

張守好 賈堯

水發(fā)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司 山東 濟(jì)南 250100

引言

本河道工程為1967年至1969年新開(kāi)挖的內(nèi)陸河道，在干流開(kāi)挖的同時(shí)及其以后，對(duì)南支、北支、勝利河等主要支流也進(jìn)行了同標(biāo)準(zhǔn)的治理，并在干流上相繼興建了橋、涵、閘等建筑物。經(jīng)過(guò)幾十年的運(yùn)行，干流河道淤積嚴(yán)重，引水灌溉條件日益惡化，沿岸建筑物及配套設(shè)施年久失修，損壞嚴(yán)重，使排澇、灌溉、治堿及生產(chǎn)交通能力大大下降，嚴(yán)重制約著當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。為確保沿岸廣大人民生命財(cái)產(chǎn)安全，于2001年對(duì)該河道進(jìn)行了治理，其中干流設(shè)計(jì)按三年一遇除澇標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行清淤開(kāi)挖，二十年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)堤，通過(guò)治理恢復(fù)并達(dá)到1967年原設(shè)計(jì)開(kāi)挖標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)新建、改建、擴(kuò)建、加固維修節(jié)制閘9座，排灌站26座，涵洞85座，防護(hù)橡膠壩1座。2007年，新建生產(chǎn)橋1座、改建生產(chǎn)橋19座、加固生產(chǎn)橋17座。經(jīng)治理后已運(yùn)行十四年之久，加之引黃灌溉的影響，河槽出現(xiàn)不同程度的淤積，尤其中下游段淤積較為嚴(yán)重，為客觀了解該河道河槽的淤積情況，評(píng)估擴(kuò)挖截蓄效益，擬對(duì)淤積情況進(jìn)行測(cè)量調(diào)研且能滿足該預(yù)案分析的基本條件?，F(xiàn)采用河道斷面測(cè)量的方式推算河道的實(shí)際現(xiàn)狀淤積量，然后對(duì)河道提出相應(yīng)的防洪預(yù)案和治理措施，以期達(dá)到安全運(yùn)行的目的[1]。

1 防洪預(yù)案測(cè)量的技術(shù)路線

本次測(cè)量范圍在干流河道節(jié)制閘上下游選取典型斷面30條，要求水下測(cè)量點(diǎn)距不大于10m，采用比例尺1:200測(cè)量成圖，將河道治理一期（土方）工程竣工圖分部工程的斷面數(shù)據(jù)與本次實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，以此估算河段之間的淤積量，完成本次預(yù)案分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 防洪預(yù)案測(cè)量的實(shí)施

2.1 現(xiàn)有資料情況

利用已有的山東省衛(wèi)星定位連續(xù)運(yùn)行綜合應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)（SDCORS）和華東華中區(qū)域大地水準(zhǔn)面精化成果，可以直接解算測(cè)區(qū)范圍內(nèi)測(cè)量所需的測(cè)量七參數(shù)，然后利用中海達(dá)iRTK直接測(cè)取所選河道斷面點(diǎn)的坐標(biāo)和高程。但是由于以往設(shè)計(jì)資料高程系采用淮委廢黃河高程系，該高程系與1985國(guó)家高程基準(zhǔn)之間的換算關(guān)系由淮委提供，具體高程系換算關(guān)系為東西兩片。東片換算關(guān)系為：淮委廢黃河高程系=1985國(guó)家高程基準(zhǔn)+0.2119（m），西片換算關(guān)系為：淮委廢黃河高程系=1985國(guó)家高程基準(zhǔn)+0.2167（m）。

2.2 作業(yè)流程

防洪預(yù)案河道斷面測(cè)量采用以網(wǎng)絡(luò)RTK作為樁點(diǎn)測(cè)量基礎(chǔ)，利用網(wǎng)絡(luò)RTK進(jìn)行樁點(diǎn)測(cè)量，具體斷面測(cè)量RTK和全站儀相互配合的方式進(jìn)行斷面點(diǎn)距離和高高程的測(cè)取。主要的作業(yè)流程為：現(xiàn)場(chǎng)踏勘及斷面選取—控制點(diǎn)普查及七參數(shù)求解—布設(shè)樁點(diǎn)和樁點(diǎn)平面坐標(biāo)及高程測(cè)量—采用網(wǎng)絡(luò)RTK和全站儀相結(jié)合的方式測(cè)量選取的斷面并利用百圖水利軟件生成斷面圖—工程竣工圖分部工程的斷面數(shù)據(jù)對(duì)比分析—出具報(bào)告并進(jìn)行防洪預(yù)案分析[2]。

2.2.1 斷面樁點(diǎn)的選取。樁點(diǎn)應(yīng)選在河口附近，便于安置儀器設(shè)備和操作，視野開(kāi)闊，被測(cè)衛(wèi)星的地平高度角都應(yīng)大于15°，而且點(diǎn)位要遠(yuǎn)離大功率的無(wú)線電設(shè)備至少200m以上；同時(shí)點(diǎn)位能夠較好的保存，便于在衛(wèi)星信號(hào)不好的時(shí)候用全站儀測(cè)量斷面點(diǎn)的距離和高程。

2.2.2 斷面點(diǎn)的取舍。對(duì)于陸地部分則選擇地貌及地物點(diǎn)作為斷面點(diǎn)，尤其在高程發(fā)生非平緩變化的地方需要設(shè)置斷面點(diǎn)，另外需要注意河口、堤防的內(nèi)外堤腳、堤頂?shù)忍卣鲾嗝纥c(diǎn)的測(cè)量。對(duì)于水下部分則根據(jù)水下地形的變化趨勢(shì)，保證相鄰兩斷面點(diǎn)的水平間距不超過(guò)5m，確保水下斷面點(diǎn)測(cè)量的精度和密度，以此保證河道淤積測(cè)量的準(zhǔn)確性。

2.3 斷面測(cè)量的方法

2.3.1 采用網(wǎng)絡(luò)RTK進(jìn)行斷面點(diǎn)測(cè)量。對(duì)于信號(hào)較好且基本無(wú)水或者河段水很淺的河段可以直接采用網(wǎng)絡(luò)RTK的方式直接獲取測(cè)點(diǎn)平面坐標(biāo)和高程。首先檢查儀器的完好性，通過(guò)內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)模式，選擇GPRS網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型，將運(yùn)營(yíng)商設(shè)置為CMNET，選擇網(wǎng)絡(luò)CORS的模式，將IP地址輸入，接下來(lái)輸入儀器賬號(hào)和密碼，設(shè)置好差分電文格式，將儀器發(fā)送GGA的間隔設(shè)置成1秒，之后就可以將衛(wèi)星接收機(jī)與手簿連接起來(lái)，提示成功后可以檢查儀器能否正常接收差分信號(hào)，如果不可以則需要重新檢查所設(shè)置的參數(shù)是否正確。成功連接并能接收信號(hào)后需要與周邊的已有控制點(diǎn)檢核下的平面坐標(biāo)和高程是否滿足測(cè)量精度要求，如果超限的話需要檢查測(cè)區(qū)范圍內(nèi)的七參數(shù)是否計(jì)算正確及儀器設(shè)置是否正確，直到滿足限差后方可進(jìn)行測(cè)量作業(yè)。對(duì)于當(dāng)天的作業(yè)需要新建工程，一般以當(dāng)天的日期命名，打開(kāi)手簿里的測(cè)量App，選擇碎部點(diǎn)測(cè)量，當(dāng)儀器搜索四顆以上衛(wèi)星且PDOP數(shù)值小于6時(shí)求取的解算值為固定解，完成該斷面點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程外業(yè)數(shù)據(jù)采集。需要注意的是當(dāng)天的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳輸并保存，且做好備份，同時(shí)也要及時(shí)處理成所需的斷面數(shù)據(jù)格式，避免內(nèi)業(yè)積壓。

2.3.2 采用視距法進(jìn)行斷面點(diǎn)測(cè)量。通過(guò)設(shè)站點(diǎn)向測(cè)站點(diǎn)發(fā)出測(cè)距信號(hào)，兩方同時(shí)進(jìn)行測(cè)量和數(shù)據(jù)獲取，主要包括距離、截尺、天頂距和水深等，測(cè)完之后雙方相互報(bào)測(cè)站及測(cè)點(diǎn)信息校對(duì)，避免出現(xiàn)測(cè)量粗差，最后將測(cè)站點(diǎn)的測(cè)量值整理匯總形成完整的斷面數(shù)據(jù)。

2.3.3 采用斷面圖索進(jìn)行斷面測(cè)量。在所測(cè)斷面的兩端垂直河道釘入斷面樁，兩個(gè)斷面樁之間拉起便于標(biāo)記距離的斷面索（通常情況每2m設(shè)置一個(gè)布條），測(cè)深船沿著圖索進(jìn)行水深測(cè)量，同時(shí)將測(cè)點(diǎn)與斷面樁點(diǎn)的距離與測(cè)點(diǎn)的水深記錄完備，完成斷面點(diǎn)的水深測(cè)量。

2.4 斷面測(cè)量的質(zhì)量控制

外業(yè)測(cè)量人員需要對(duì)所使用的測(cè)繪儀器和測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行全數(shù)檢查和互查，對(duì)于檢查出來(lái)的問(wèn)題需要做好記錄，如有需要重測(cè)的應(yīng)及時(shí)重新測(cè)量。完成自查和互查的成果應(yīng)提交單位生產(chǎn)質(zhì)量管理部門(mén)進(jìn)行最終檢查，根據(jù)檢查后的意見(jiàn)單及時(shí)整改和修正，并再次提交復(fù)查。通過(guò)復(fù)查的成果可以申請(qǐng)驗(yàn)收，可以通過(guò)單位的質(zhì)量管理部門(mén)檢查也可以提交第三方質(zhì)檢機(jī)構(gòu)進(jìn)行最終驗(yàn)收。通過(guò)驗(yàn)收的成果可以作為本次防洪預(yù)案河道淤積測(cè)量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.5 河道一期工程竣工圖斷面數(shù)據(jù)整理

該河道一期竣工圖均為紙質(zhì)斷面圖，因此需要將紙質(zhì)的圖紙轉(zhuǎn)換成可編輯的、可便捷使用的文本斷面數(shù)據(jù)格式文件，接下來(lái)將介紹兩種轉(zhuǎn)換的方法。

2.5.1 計(jì)算機(jī)批量數(shù)字化原有紙質(zhì)斷面圖。首先將收集到斷面圖掃描成JPG格式的圖片文件，以任意坐標(biāo)形式插入到CAD，在CAD中檢查掃描后的斷面圖格網(wǎng)的水平性和豎直性是否準(zhǔn)確，確保二者是水平和豎直。在該張掃描后的圖紙內(nèi)點(diǎn)擊需要提取的斷面點(diǎn)，根據(jù)已設(shè)定好的水平方向比例尺換算成實(shí)地的水平距離并讀取高程數(shù)值，自動(dòng)提取到文本文件中的格式為斷面點(diǎn)距離樁點(diǎn)的水平距離和高程，再次提取下一個(gè)斷面點(diǎn)的時(shí)候自動(dòng)換行，完成本張圖紙全部斷面點(diǎn)的提取，完成后需要仔細(xì)檢查核對(duì)，確保斷面數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.5.2 格網(wǎng)尺量取方式提取紙質(zhì)斷面圖數(shù)據(jù)。通過(guò)格網(wǎng)尺比對(duì)著現(xiàn)有的斷面圖進(jìn)行距離和高程的量取和比對(duì)，需要對(duì)每一個(gè)高程變化的斷面點(diǎn)進(jìn)行量取，這種方式的缺點(diǎn)是速度慢，提取的準(zhǔn)確性低、容易出錯(cuò)，而且對(duì)歸檔的斷面圖紙有一定的損壞，不利于圖紙的保存。為了加快數(shù)據(jù)提取和轉(zhuǎn)換的速度，可分為不同的數(shù)據(jù)處理小組，分別提取對(duì)比，檢查無(wú)誤后根據(jù)水平比例尺換算成實(shí)地樁點(diǎn)與斷面點(diǎn)的距離，處理成對(duì)應(yīng)距離和高程的格式，以此作為河道防洪預(yù)案分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[3]。

2.6 河道斷面的淤積計(jì)算

2.6.1 河道淤積計(jì)算軟件。該款軟件是根據(jù)水利工程實(shí)際基于CAD二次開(kāi)發(fā)的，它能快速準(zhǔn)確地繪制堤壩、河道、路基、溝渠等工程的斷面圖，自動(dòng)繪制工程量表和鋪工放樣表；它保留了CAD的全部功能，同時(shí)也達(dá)到智能化、可視化，方便而且減少輸入工作量，又增加了許多功能和可視化工具按鈕，可以讀取多種測(cè)量?jī)x器的數(shù)據(jù)并處理，可以自動(dòng)生成橫斷測(cè)量成果表；也可以批量化和交互式繪制縱橫斷面圖，自動(dòng)生成設(shè)計(jì)工程量表、竣工工程量表和鋪工放樣表等各種所需的數(shù)據(jù)。

2.6.2 利用上述斷面軟件套合整理后的紙質(zhì)斷面圖算取河道的淤積工作量。根據(jù)實(shí)測(cè)斷面數(shù)據(jù)及河道一期（土方）工程竣工圖分部工程的斷面數(shù)據(jù)確定當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)要素（設(shè)計(jì)要素主要包括樁號(hào)、中心距、設(shè)計(jì)河底高程和設(shè)計(jì)河底寬度四部分?jǐn)?shù)據(jù)），以便確定淤積量計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)依據(jù)。利用上述斷面軟件，套用梯形渠道開(kāi)挖2，設(shè)置水平方向繪圖比例尺2000，縱向繪圖比例尺200，設(shè)置斷面排序間距為-28m，標(biāo)尺高度為12m，標(biāo)尺偏離零點(diǎn)距離為-30m，左開(kāi)挖邊坡坡度設(shè)置為3.45，右開(kāi)挖邊坡設(shè)置為3.28，然后選取現(xiàn)狀斷面數(shù)據(jù)文件和設(shè)計(jì)要素?cái)?shù)據(jù)文件，計(jì)算繪圖并獲得淤積量計(jì)算結(jié)果。

2.7 河道防洪預(yù)案測(cè)量成果分析

根據(jù)實(shí)測(cè)斷面數(shù)據(jù)與河道一期（土方）工程竣工圖分部工程的斷面數(shù)據(jù)對(duì)比分析，得到總淤積量為11224219.5m3，斷面0+500～10+500、17+700～38+800、43+000～54+000、80+700～88+500四段之間的淤積量為6608645.4m3，占比總淤積量的58.9%，淤積較嚴(yán)重，除上述四段河道外，其余斷面之間也存在不同程度的淤積，淤積量占比總淤積量的41.1%，但是相比較于上述四段河道淤積量來(lái)說(shuō)不是特別嚴(yán)重。

3 河道防洪預(yù)案的分析與建議

本次河道防洪預(yù)案測(cè)量真實(shí)反映了河道由于年久失修造成不同河段的淤積，對(duì)尤其在惡劣天氣下超標(biāo)洪水行洪造成較大影響，在防洪預(yù)案的制定中要切實(shí)加強(qiáng)淤積非常嚴(yán)重四段河道的關(guān)注，切實(shí)做到提前應(yīng)急，將危險(xiǎn)災(zāi)害的發(fā)生遏制在搖籃中。建議根據(jù)流域治理綜合規(guī)劃及省市相關(guān)文件的要求，將該河道的除澇標(biāo)準(zhǔn)由3年一遇提高到5年一遇，防洪標(biāo)準(zhǔn)由20年一遇提高到50年一遇；同時(shí)以河道岸線規(guī)劃為基礎(chǔ)，逐漸規(guī)范對(duì)河道的開(kāi)發(fā)建設(shè)，尤其項(xiàng)目規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)行管理監(jiān)督工作，合理利用河道水域岸線，不斷加大河道管理保護(hù)力度，相關(guān)部門(mén)應(yīng)堅(jiān)決落實(shí)好相關(guān)河長(zhǎng)制的清違清障工作，以期達(dá)到行洪度汛的要求，保障人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全[4]。

4 結(jié)束語(yǔ)

河道運(yùn)行一定時(shí)間后均會(huì)存在不同程度的淤積狀況，所以通過(guò)防洪預(yù)案調(diào)研方式的河道斷面測(cè)量可獲取第一手真實(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)原設(shè)計(jì)斷面的比較可切實(shí)把握河道的運(yùn)行狀況，根據(jù)防洪預(yù)案分析的建議，可以通過(guò)疏挖河槽、完善沿岸建筑物、護(hù)砌險(xiǎn)工段等措施，提升防洪除澇標(biāo)準(zhǔn)，改善工程管理?xiàng)l件，充分發(fā)揮河道綜合效益。