淮安二站河道斷面監(jiān)測(cè)及變化特征分析

左佳佳，王予勻，萬 青，張 雪

（江蘇省灌溉總渠管理處，江蘇 淮安 223001）

1 概述

河道斷面測(cè)量是水利工程建設(shè)項(xiàng)目前期重要的基礎(chǔ)工作，測(cè)量成果質(zhì)量直接影響工程的設(shè)計(jì)與施工［1-2］?？茖W(xué)開展河道斷面測(cè)量工作分析，有助于提高河道斷面測(cè)量效率。當(dāng)前國內(nèi)外學(xué)者采用不同的監(jiān)測(cè)手段對(duì)河道斷面進(jìn)行了監(jiān)測(cè)分析［3-4］。鞏士群等［5］提出一種基于液面檢測(cè)傳感器的水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；吳曉文等［6］分析了GNSS手持終端的優(yōu)勢(shì)及其在河道斷面測(cè)量中的應(yīng)用；張國學(xué)等［7］提出了一種基于H-ADCP河道斷面多層流速測(cè)量方法，結(jié)合部分流量累加法給出了測(cè)量區(qū)和盲區(qū)的流量計(jì)算公式；楊立志［8］探討了DEM的生產(chǎn)流程及在河道劃界中的應(yīng)用；張立剛［9］介紹了空中三角測(cè)量、數(shù)字高程模型匹配、數(shù)字正射影像生產(chǎn)等數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)在斷面測(cè)量數(shù)據(jù)處理中的實(shí)際應(yīng)用；趙雨琪等［10］闡述了利用無人機(jī)測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行河道斷面測(cè)量的原理與技術(shù)流程；楊朝輝等［11］將無人機(jī)與GPS-RTK引入河道斷面測(cè)量；劉少聰?shù)龋?2］選擇典型河段采用機(jī)載三維激光掃描技術(shù)和傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)手段進(jìn)行地形測(cè)繪，對(duì)2種技術(shù)手段采集的成果數(shù)據(jù)進(jìn)行精度統(tǒng)計(jì)與分析評(píng)價(jià)。此外，還有部分學(xué)者研究了三維激光掃描技術(shù)和多普勒超聲波技術(shù)在河道斷面測(cè)量中的應(yīng)用［13-14］。

本文以淮安抽水二站為研究對(duì)象，為分析河道斷面特征變化，分別采用DNA03數(shù)字水準(zhǔn)儀、過河索法和測(cè)深錘等方法，對(duì)淮安抽水二站垂直位移、底板測(cè)點(diǎn)沉降和上下游沖淤量進(jìn)行了監(jiān)測(cè)分析，研究成果可為相關(guān)工程提供參考。

2 工程概況

江蘇省淮安抽水二站（淮安二站）位于京杭大運(yùn)河和蘇北灌溉總渠的交匯處，于2013年4月完成通水驗(yàn)收并交付淮安抽水二站管理所負(fù)責(zé)日常運(yùn)行管理。具體控制運(yùn)用原則為：排澇時(shí)，將沙莊引江閘、鎮(zhèn)湖閘、新河北閘分別進(jìn)行關(guān)閉和開啟，目的是調(diào)取白馬湖地區(qū)的澇水進(jìn)入灌溉總渠，然后通過云東閘排入大?；蚪?jīng)運(yùn)西分水閘，淮安抽水三站與長江匯流；抗旱時(shí)，分別將新河北閘和沙莊引江閘進(jìn)行關(guān)閉或打開，然后調(diào)取長江水流入灌溉總渠北上，彌補(bǔ)淮水不足。自1979年投運(yùn)至2019年底建成運(yùn)行以來，2臺(tái)主機(jī)累計(jì)運(yùn)行173 745臺(tái)時(shí)，運(yùn)行累計(jì)抽水總量為384億m3，平均泵站年抽水量約9.6億m3，為所在地區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及淮北地區(qū)的防洪排澇、抗旱灌溉、航運(yùn)供水發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

3 垂直位移觀測(cè)

本次河道垂直位移測(cè)量主要采用DNA03數(shù)字水準(zhǔn)儀，DNA03包含1個(gè)8行LCD顯示器和1個(gè)鍵盤，水平驅(qū)動(dòng)器位于儀器兩側(cè)，使用基于NA3003模型的磁阻尼補(bǔ)償器。由于所有擺錘系統(tǒng)沒有磁特性，地球磁場(chǎng)不會(huì)影響補(bǔ)償器。DNA03相比傳統(tǒng)的數(shù)字水準(zhǔn)儀，對(duì)圓形水平面進(jìn)行了改進(jìn)，保證了氣泡在溫度變化下具有更高穩(wěn)定性。DNA03數(shù)據(jù)存儲(chǔ)概念基于TPS700進(jìn)行開發(fā)，測(cè)量數(shù)據(jù)以二進(jìn)制格式自動(dòng)存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器中，該存儲(chǔ)器的容量約為6 000個(gè)測(cè)量值或1 650個(gè)站（后視-前視）。此外，存儲(chǔ)在內(nèi)部內(nèi)存中的數(shù)據(jù)可以先復(fù)制到PCMCIA卡上，然后再將復(fù)制到卡上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為讀取數(shù)據(jù)。

淮安二站的垂直位移觀測(cè)等級(jí)為二等,站內(nèi)設(shè)有1條觀測(cè)線路共40個(gè)垂直位移觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)，其中2塊底板共為8個(gè)，上左翼墻、下左翼墻分別為6個(gè)，上右翼墻、下右翼墻分別為10個(gè)?；窗捕旧嫌乙韷?-1、1-2處前期未設(shè)觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)，2018年3月工程項(xiàng)目增設(shè)了標(biāo)點(diǎn)并于4月完成考證。

由于2010年10月至12月分別完成改造項(xiàng)目并通過測(cè)試，因此2010年與2011年加固改造期間無觀測(cè)資料。根據(jù)2012—2019年的翼墻測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果，最大間隔為2013年汛后發(fā)生在下左翼2-2處的-6.7 mm位移量，其余測(cè)點(diǎn)間隔位移量皆處于-6.7~6.6mm之間。2012—2019年的底板測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)中，最大間隔為2018年汛后發(fā)生在底板2-3處的4.2mm位移量，其余底板測(cè)點(diǎn)間隔位移量為-3.3~4.2mm之間。分析得出每年間隔位移量變化很小，無明顯的不均勻沉降且總體趨勢(shì)是趨近于0刻度線，因此認(rèn)為淮安二站工程整體較為穩(wěn)定。

4 河床斷面變化規(guī)律

本次在上游河床共布置的4個(gè)斷面為C.S.1~C.S.4（上），下游共布置的5個(gè)斷面為C.S.1~C.S.5（下）。引河橫斷面觀測(cè)采用過河索法測(cè)深錘測(cè)深?；窗捕痉謩e在2010年10月和2012年12月進(jìn)行加固改造并通過機(jī)組試運(yùn)行驗(yàn)收，因此2010年與2011年加固改造期間無觀測(cè)資料。2013—2019年淮安二站河床間隔沖淤量見表1、表2，2013—2019年淮安二站河床累計(jì)沖淤量見表3。

表1 淮安二站上游河床間隔沖淤量

表2 淮安二站下游河床間隔沖淤量

表3 淮安二站河床累計(jì)沖淤量

由相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，淮安二站于2014年出現(xiàn)了最大累計(jì)淤積量，達(dá)到9 200m3。其中，上游淤積量為908m3，其比例占到了5%的河床標(biāo)準(zhǔn)容積；下游淤積量為9 200m3，其比例占到了23%的河床標(biāo)準(zhǔn)容積。出現(xiàn)這一變化規(guī)律是由于2014年淮安二站進(jìn)行了長時(shí)間的開機(jī)運(yùn)行，累計(jì)運(yùn)行142 d，故上游淤積量和下游淤積量出現(xiàn)相反的變化趨勢(shì)。另一方面，2019年汛后，上游累計(jì)淤積量達(dá)到1 878m3，其比例占到了10.3%的河床標(biāo)準(zhǔn)容積；下游累計(jì)淤積量達(dá)到5 939m3，其比例占到了14.8%的河床標(biāo)準(zhǔn)容積。由于上下游引河斷面與標(biāo)準(zhǔn)斷面十分接近，對(duì)斷面過水流速影響不大。2019年汛后觀測(cè)上、下游引河斷面接近標(biāo)準(zhǔn)斷面，對(duì)斷面過水流速影響不大。

5 結(jié)語

本文以淮安抽水二站為研究對(duì)象，為分析河道斷面特征變化，分別采用DNA03數(shù)字水準(zhǔn)儀、過河索法和測(cè)深錘等方法，對(duì)淮安抽水二站垂直位移、底板測(cè)點(diǎn)沉降和上下游沖淤量進(jìn)行了監(jiān)測(cè)分析。研究結(jié)果表明，每年間隔位移量變化很小，無明顯的不均勻沉降且總體趨勢(shì)為趨近于0刻度線，因此認(rèn)為淮安二站工程較為穩(wěn)定。此外，由于上下游引河斷面與標(biāo)準(zhǔn)斷面十分接近，對(duì)斷面過水流速影響不大。2019年汛后，觀測(cè)上下游引河斷面接近標(biāo)準(zhǔn)斷面，對(duì)斷面過水流速影響不大。