基于河道断面测量下的防洪预案分析

张守好 贾尧

水发规划设计有限公司 山东 济南 250100

引言

本河道工程为1967年至1969年新开挖的内陆河道，在干流开挖的同时及其以后，对南支、北支、胜利河等主要支流也进行了同标准的治理，并在干流上相继兴建了桥、涵、闸等建筑物。经过几十年的运行，干流河道淤积严重，引水灌溉条件日益恶化，沿岸建筑物及配套设施年久失修，损坏严重，使排涝、灌溉、治碱及生产交通能力大大下降，严重制约着当地工农业生产的发展。为确保沿岸广大人民生命财产安全，于2001年对该河道进行了治理，其中干流设计按三年一遇除涝标准进行清淤开挖，二十年一遇防洪标准复堤，通过治理恢复并达到1967年原设计开挖标准，同时新建、改建、扩建、加固维修节制闸9座，排灌站26座，涵洞85座，防护橡胶坝1座。2007年，新建生产桥1座、改建生产桥19座、加固生产桥17座。经治理后已运行十四年之久，加之引黄灌溉的影响，河槽出现不同程度的淤积，尤其中下游段淤积较为严重，为客观了解该河道河槽的淤积情况，评估扩挖截蓄效益，拟对淤积情况进行测量调研且能满足该预案分析的基本条件。现采用河道断面测量的方式推算河道的实际现状淤积量，然后对河道提出相应的防洪预案和治理措施，以期达到安全运行的目的[1]。

1 防洪预案测量的技术路线

本次测量范围在干流河道节制闸上下游选取典型断面30条，要求水下测量点距不大于10m，采用比例尺1:200测量成图，将河道治理一期（土方）工程竣工图分部工程的断面数据与本次实测数据对比分析，以此估算河段之间的淤积量，完成本次预案分析的基础数据。

2 防洪预案测量的实施

2.1 现有资料情况

利用已有的山东省卫星定位连续运行综合应用服务系统（SDCORS）和华东华中区域大地水准面精化成果，可以直接解算测区范围内测量所需的测量七参数，然后利用中海达iRTK直接测取所选河道断面点的坐标和高程。但是由于以往设计资料高程系采用淮委废黄河高程系，该高程系与1985国家高程基准之间的换算关系由淮委提供，具体高程系换算关系为东西两片。东片换算关系为：淮委废黄河高程系=1985国家高程基准+0.2119（m），西片换算关系为：淮委废黄河高程系=1985国家高程基准+0.2167（m）。

2.2 作业流程

防洪预案河道断面测量采用以网络RTK作为桩点测量基础，利用网络RTK进行桩点测量，具体断面测量RTK和全站仪相互配合的方式进行断面点距离和高高程的测取。主要的作业流程为：现场踏勘及断面选取—控制点普查及七参数求解—布设桩点和桩点平面坐标及高程测量—采用网络RTK和全站仪相结合的方式测量选取的断面并利用百图水利软件生成断面图—工程竣工图分部工程的断面数据对比分析—出具报告并进行防洪预案分析[2]。

2.2.1 断面桩点的选取。桩点应选在河口附近，便于安置仪器设备和操作，视野开阔，被测卫星的地平高度角都应大于15°，而且点位要远离大功率的无线电设备至少200m以上；同时点位能够较好的保存，便于在卫星信号不好的时候用全站仪测量断面点的距离和高程。

2.2.2 断面点的取舍。对于陆地部分则选择地貌及地物点作为断面点，尤其在高程发生非平缓变化的地方需要设置断面点，另外需要注意河口、堤防的内外堤脚、堤顶等特征断面点的测量。对于水下部分则根据水下地形的变化趋势，保证相邻两断面点的水平间距不超过5m，确保水下断面点测量的精度和密度，以此保证河道淤积测量的准确性。

2.3 断面测量的方法

2.3.1 采用网络RTK进行断面点测量。对于信号较好且基本无水或者河段水很浅的河段可以直接采用网络RTK的方式直接获取测点平面坐标和高程。首先检查仪器的完好性，通过内置网络模式，选择GPRS网络类型，将运营商设置为CMNET，选择网络CORS的模式，将IP地址输入，接下来输入仪器账号和密码，设置好差分电文格式，将仪器发送GGA的间隔设置成1秒，之后就可以将卫星接收机与手簿连接起来，提示成功后可以检查仪器能否正常接收差分信号，如果不可以则需要重新检查所设置的参数是否正确。成功连接并能接收信号后需要与周边的已有控制点检核下的平面坐标和高程是否满足测量精度要求，如果超限的话需要检查测区范围内的七参数是否计算正确及仪器设置是否正确，直到满足限差后方可进行测量作业。对于当天的作业需要新建工程，一般以当天的日期命名，打开手簿里的测量App，选择碎部点测量，当仪器搜索四颗以上卫星且PDOP数值小于6时求取的解算值为固定解，完成该断面点的平面坐标和高程外业数据采集。需要注意的是当天的数据应及时传输并保存，且做好备份，同时也要及时处理成所需的断面数据格式，避免内业积压。

2.3.2 采用视距法进行断面点测量。通过设站点向测站点发出测距信号，两方同时进行测量和数据获取，主要包括距离、截尺、天顶距和水深等，测完之后双方相互报测站及测点信息校对，避免出现测量粗差，最后将测站点的测量值整理汇总形成完整的断面数据。

2.3.3 采用断面图索进行断面测量。在所测断面的两端垂直河道钉入断面桩，两个断面桩之间拉起便于标记距离的断面索（通常情况每2m设置一个布条），测深船沿着图索进行水深测量，同时将测点与断面桩点的距离与测点的水深记录完备，完成断面点的水深测量。

2.4 断面测量的质量控制

外业测量人员需要对所使用的测绘仪器和测量数据进行全数检查和互查，对于检查出来的问题需要做好记录，如有需要重测的应及时重新测量。完成自查和互查的成果应提交单位生产质量管理部门进行最终检查，根据检查后的意见单及时整改和修正，并再次提交复查。通过复查的成果可以申请验收，可以通过单位的质量管理部门检查也可以提交第三方质检机构进行最终验收。通过验收的成果可以作为本次防洪预案河道淤积测量的基础数据。

2.5 河道一期工程竣工图断面数据整理

该河道一期竣工图均为纸质断面图，因此需要将纸质的图纸转换成可编辑的、可便捷使用的文本断面数据格式文件，接下来将介绍两种转换的方法。

2.5.1 计算机批量数字化原有纸质断面图。首先将收集到断面图扫描成JPG格式的图片文件，以任意坐标形式插入到CAD，在CAD中检查扫描后的断面图格网的水平性和竖直性是否准确，确保二者是水平和竖直。在该张扫描后的图纸内点击需要提取的断面点，根据已设定好的水平方向比例尺换算成实地的水平距离并读取高程数值，自动提取到文本文件中的格式为断面点距离桩点的水平距离和高程，再次提取下一个断面点的时候自动换行，完成本张图纸全部断面点的提取，完成后需要仔细检查核对，确保断面数据的准确性。

2.5.2 格网尺量取方式提取纸质断面图数据。通过格网尺比对着现有的断面图进行距离和高程的量取和比对，需要对每一个高程变化的断面点进行量取，这种方式的缺点是速度慢，提取的准确性低、容易出错，而且对归档的断面图纸有一定的损坏，不利于图纸的保存。为了加快数据提取和转换的速度，可分为不同的数据处理小组，分别提取对比，检查无误后根据水平比例尺换算成实地桩点与断面点的距离，处理成对应距离和高程的格式，以此作为河道防洪预案分析的基础数据[3]。

2.6 河道断面的淤积计算

2.6.1 河道淤积计算软件。该款软件是根据水利工程实际基于CAD二次开发的，它能快速准确地绘制堤坝、河道、路基、沟渠等工程的断面图，自动绘制工程量表和铺工放样表；它保留了CAD的全部功能，同时也达到智能化、可视化，方便而且减少输入工作量，又增加了许多功能和可视化工具按钮，可以读取多种测量仪器的数据并处理，可以自动生成横断测量成果表；也可以批量化和交互式绘制纵横断面图，自动生成设计工程量表、竣工工程量表和铺工放样表等各种所需的数据。

2.6.2 利用上述断面软件套合整理后的纸质断面图算取河道的淤积工作量。根据实测断面数据及河道一期（土方）工程竣工图分部工程的断面数据确定当时设计要素（设计要素主要包括桩号、中心距、设计河底高程和设计河底宽度四部分数据），以便确定淤积量计算的基础数据依据。利用上述断面软件，套用梯形渠道开挖2，设置水平方向绘图比例尺2000，纵向绘图比例尺200，设置断面排序间距为-28m，标尺高度为12m，标尺偏离零点距离为-30m，左开挖边坡坡度设置为3.45，右开挖边坡设置为3.28，然后选取现状断面数据文件和设计要素数据文件，计算绘图并获得淤积量计算结果。

2.7 河道防洪预案测量成果分析

根据实测断面数据与河道一期（土方）工程竣工图分部工程的断面数据对比分析，得到总淤积量为11224219.5m3，断面0+500～10+500、17+700～38+800、43+000～54+000、80+700～88+500四段之间的淤积量为6608645.4m3，占比总淤积量的58.9%，淤积较严重，除上述四段河道外，其余断面之间也存在不同程度的淤积，淤积量占比总淤积量的41.1%，但是相比较于上述四段河道淤积量来说不是特别严重。

3 河道防洪预案的分析与建议

本次河道防洪预案测量真实反映了河道由于年久失修造成不同河段的淤积，对尤其在恶劣天气下超标洪水行洪造成较大影响，在防洪预案的制定中要切实加强淤积非常严重四段河道的关注，切实做到提前应急，将危险灾害的发生遏制在摇篮中。建议根据流域治理综合规划及省市相关文件的要求，将该河道的除涝标准由3年一遇提高到5年一遇，防洪标准由20年一遇提高到50年一遇；同时以河道岸线规划为基础，逐渐规范对河道的开发建设，尤其项目规划、建设和运行管理监督工作，合理利用河道水域岸线，不断加大河道管理保护力度，相关部门应坚决落实好相关河长制的清违清障工作，以期达到行洪度汛的要求，保障人民群众的生命财产安全[4]。

4 结束语

河道运行一定时间后均会存在不同程度的淤积状况，所以通过防洪预案调研方式的河道断面测量可获取第一手真实数据，通过原设计断面的比较可切实把握河道的运行状况，根据防洪预案分析的建议，可以通过疏挖河槽、完善沿岸建筑物、护砌险工段等措施，提升防洪除涝标准，改善工程管理条件，充分发挥河道综合效益。