测绘成果在港口与航道维护保障中的应用

徐宏杰，邹秋林

（云南水运规划设计研究院有限公司，云南 昆明 650051）

0 引言

一直以来测绘都是港口运输以及港口建设过程当中非常重要的一个基础性保障工作。测绘主要是对自然地理要素或地表人工设施的形状、大小、空间位置等进行数据的采集，为后期设计阶段提供基础地形图成果资料，以确保工作的可实施性。怒江为中缅国际河流，发源于西藏自治区的北部唐古拉山南麓，干流在勐波罗河汇口以上呈北-南流向，勐波罗河汇入后折向西南流，在云南省芒市中山乡橄榄坡以南流入邻国缅甸，入缅甸称萨尔温江，经毛淡棉注入印度洋的安达曼海。怒江在云南省境内，通航航道或具备航运开发条件的河道主要位于怒江中、下游河段。怒江作为中缅国际河流，为沿线经济体构建“双循环”发展格局提供了天然的运输廊道，同时，怒江作为一条尚未开发的自然河流，夹持在碧落雪山与高黎贡山之间，沿线民族文化绚丽多彩、红色文化密集分布、自然风光优美，然而，怒江作为云南省西部重要的边境通航河流之一，怒江航道情况基本停止在2005 年第二次全国内河航道普查的情况，即使是《2018 云南省水路交通运输简明统计资料》的怒江航道情况也是如此，对规划和管理需要的一些航道基本数据未得到及时更新，难以对航道的现状和发展趋势做出准确的判断，从而不能制定科学的怒江航运发展具体目标和详细规划，不能为航道维护、救助、疏浚等相关工作提供基础性依据。

1 测绘成果相关概念赘述以及具体应用

1.1 航道疏浚工程

在疏浚工程当中，最为重要的一项工作就是港口航道工程水下土方量的计算，土方量的计算是否准确，和疏浚工程的效率以及航行安全都有着非常密切的联系。进行填挖工程的土方计算时，一般会把工程施工之前以及施工之后的数据生成一种网格状地形模型，然后对其进行叠加，通过比较网格点处的施工前后的高程值，再计算挖方以及填方。在使用这种方法的时候，当计算的区域范围是矩形的时，边界处理就会变得非常的简单，但是如果计算区域的范围属于不规则多边形的话，那么边界处的裁剪就会出现一些问题。需要把网格划分成上下两个三角形，然后来进行分别计算，为此，如果我们遇到这样的计算情况的话，就可以直接使用三角网数字地形模型叠加法，以这样的方法来求取水下疏浚工程量以及施工过程当中的回淤量。因为维护疏浚工程需要在不同的地域以及不同类型的情况下展开，所以说土方价格也会不一样，需要按照区域，按照层次来进行计算，而且每一个计算区域的范围大多数的时候都属于不规则多边形，很少会直接遇到矩形，因此整体的计算会相对来说比较复杂，使用循环切割法能够有效的解决这样的难题。

1.2 航道的边坡土方量以及超宽量

在进行航道边坡土方量以及超宽量的计算的时候，是我们进行手工计算当中一个非常重要的难题，输入了航道边坡指数以及超宽量计算指数之后，就可以根据浚前以及浚后的数据计算好土方量和超宽量。具体的计算步骤如下所示。

①将航道边线以及边坡包括超宽指数进行输入。②读取浚前以及浚后的水深数据，并且完成BIM 建模。③在航道边线以及边坡底宽的数据基础之上，计算出边坡超宽平面矩形的具体范围。④计算浚深以及边坡土方量和挖槽量，但是在计算的时候有一点需要注意，在这个时候设计浚深属于斜面，所以说需要逐点去计算边坡上面的设计浚深。⑤得出航道边坡超宽量最终的计算结果。⑥整合信息，然后将最终的计算结果输出。

1.3 航道维护

航道的管理与维护其实指的就是为了能够确保航道的通畅无阻，所以定期对其进行航道测量，使航道能够保持通畅，一旦发现航道的某些段落无法满足相关要求的时候，应该及时的进行疏浚等一系列的工程措施。如果发现有障碍物堵塞航道，还应该进行扫床打捞，航道管理部门需要有计划的清除航道当中的回淤，维修整治建筑物以及船闸，并且对航标通信等设备进行定期的保养。

在施工的过程当中，针对于港口泥沙的回淤量进行确定以及计算是进行港口维护疏浚工程过程当中最为困难的一个问题，同时也是争议最多的。就目前来看，通常来说使用的是测图区域类比法以及计算法，计算法指的就是通过泥沙的回淤规律来进行研究，求取施工期间的回淤速率，然后以此来解决问题。测图区域类比法指的就是针对于浚前以及浚后的水深图上面挖泥区以及未挖区进行计算，研究在施工期间具体的回淤值，然后再做必要的水深因素影响改正，从而获取最终施工期间具体的回淤厚度。

把时段计算类比法当做是测图区域类比法当中的一个非常重要的补充也是很重要的一种方法，因为这样能够充分的考虑到测图区域的历史资料问题，解决相邻未挖区域不足的情况。时段计算类比法是通过在施工之前的两个时刻平均水深和施工之后的两个时刻的平均水深的计算，尤其相映的时间段当中所产生的差数来求取疏浚之前以及疏浚之后的非施工区域当中的实际回淤量，以此就能够获得施工期间内的泥沙回淤量。

1.4 维护疏浚工程的效益分析方法

维护疏浚工程的效益，简单来说指的就是单位疏浚厚度能确保的水深时间的具体数值，因为不同地区的泥沙的回淤速率都是不一样的，因此在分析工程效益的时候，只能够针对于某一个具体的工程的某一个具体区域来进行研究，比方说回淤速率跟水深是没有联系的，那么工程的效益就会保持一致，然而回淤速率跟水深属于一种函数变化关系，水越深，那么回淤的就会越快，所以说不同浚深就有着不同的回淤速率，因此所产生的维护疏浚工程的效益也是一个可以研究的问题。

经过研究之后发现，影响回淤速率变化的因素主要可以分成两方面，而理想的疏浚深度则指的是每一次疏浚应该达到的设计等级要求，既不能够超过太多，同时也不能够不足，假设疏浚工程的竣前水深是偏离安全水深的出圈深度，也偏离理想深度，那么所造成的浚深则是不一样的，或理想浚深之间会存在着非常明显的回淤速率的增减，也就是说会产生回淤增量，存在回淤增量，就意味着我们所投入的工程量当中，有一部分需要抵消这一部分产生的增量，而真正保持浚后水深时间段的工程量就会减少，然后产生工程的效率问题[1]。

2 测绘工作在发展过程当中存在着的制约条件以及应对措施

2.1 测绘工作在发展过程当中存在着的制约条件

2.1.1 缺乏创新意识以及竞争意识

伴随着社会主义市场经济的不断完善以及改革的不断深化，航道测绘正在以惊人的速度发展着，航道测绘在发展的过程当中所呼吁的一个重点一直都是创新，各级领导干部以及技术人员的创新意识，对于航道测绘工作的发展是非常重要的。引进先进的测绘设备，营造一些有效的办公条件，这些硬件条件的改善，虽然说也有利于航道测绘的发展，但是如果不加强软环境的改造，加强内部的管理以及科学技术的创新的话，那么航道测绘工作的发展也不会迎来质的飞跃。

在发展航道测绘技术时，借鉴其他方法的同时，也应有创新和探索新技术的精神，因为只有科学创新才能更好推动技术发展进步。工作人员以知识作为原动力，展开真正的行动，规划整个过程以及发展的全部内容。没有创新，很难真正的推动发展，没有创新和可持续发展的技术会被时代所淘汰，创新意识是事业领域上真正的精神原动力。

除了上述所说的缺乏创新意识以外，缺乏竞争意识也是制约测绘行业发展的因素之一。近十年以来，测绘行业发展是比较迅速的，最重要的原因是经济发展的推动；总体上来说行业发展的越来越好了，但技术上的进步却并不理想。职工们在稳定的经济收入和良好的工作环境下，比较容易出现安于现状情况，紧迫感以及责任感，还有时代意识越来越少，导致他们的开拓进取以及改革创新不足，缺乏一定的竞争意识。

2.1.2 行业管理力度不够

自建国以来，虽然说相关部门根据自身的职能要求，对于测绘行业的管理工作进行过规整，发布了一定的办法以及规定，但因存在着一定的局限性，并没有真正的起到一个行业约束管理的作用，尤其是近些年来，港航事业的发展以及机构体制都出现了明显的改革，原有的单位职能在各个程度上也出现了一定的变化。在内河航道勘测方面，不同的部门之间存在着职能交叉的情况，导致人力物力以及财力都出现了浪费。同时，各种资质的测绘单位在不断的增加，但技术水平方面却是参差不齐，不同编号航图的不断的出版以及发行，给科研单位以及港航单位都造成了一些不必要的麻烦。在航道以及港池，包括码头等勘测设计方面存在着无序竞争的现象，在一方面，因为不同的管理部门有着不同的职能，所以说在行业竞争的时候，都会带着自己的某一种优势，而这种优势虽然说会给他们带来经济效益，但是同时也会给整个航道测绘行业带来非常严重的负面效应。加强水运行业的技术监督以及行业管理，明确好各个部门的职责分工，鼓励测绘单位凭借着自身的实力来参加整个市场竞争，已经是刻不容缓的一件事情了。

与此同时，无论是从行业规范，还是到国家标准，以及到设备的引进和整体的激励机制的建设，其实航道测绘工作的内部问题还是比较多的，和用户所要求的及时以及准确，还有高效的目标是有着一定的距离的。航道测绘的标准并没有真正的形成一个完全科学的体系，可以说现在的标准量还不到应有标准量的20%，系统内部的设计不够合理，测绘工作人员以及后勤人员的比例出现了严重失调，整体的系统运转的并不通畅，对于标准以及规范执行的力度也并不够，设备的引进缺乏相应的调查以及技术论证，科技开发漏洞比较多。针对于水运工程测量规范进行研究以及制定，引进先进的技术，完成人才的培养以及激励机制的建设是非常的重要的，因为在这些环节当中，如果有任何一个环节出现问题的话，那么对于水运工程行业的整体工作来说都会带来不利。一方面我们有必要针对于现在的机构进行适当的调整，另一方面也必须要做到自上而下建立一套更加完整的内部管理机制，而且需要做到真正严格的去管理，否则行业管理问题还是会影响到我国水运行业以及海事的发展。

2.2 应对措施

2.2.1 更新观念，提高认识

在发达国家的交通运输网络当中，一般来说会充分地使用各种资源进行一系列的公路、铁路以及空中交通的建设，同时针对于航道网的现代化建设也是非常的重视的，能够充分地使用天然的河流，然后进行整治及疏通，为水运行业的发展提供更多的便利条件。所以说我国在发展水路运输的时候也可以借鉴这些工程成功的经验，好好地利用天然河流这种黄金水道，让水路运输成为我国的一种非常重要的交通方式之一；尤其是针对于政府来说，一定要正确地认识水运行业对于我国未来发展帮助，进行统一思想，提升认识，更新现有的观念，把港口跟航道的建设，列入到未来社会发展的日常当中。

2.2.2 科学规划，完成逐步建设

伴随着我国港口城市不断的发展，港口运输方式的比重也得到了新的提升，但是在港口城市的整体规划当中，应该结合港口城市的具体发展方向，针对于港口进行选址以及规划，并且逐步实施。在认真宣传港口运输法的同时，也应该禁止出现码头乱建的现象，因为这样会破坏航道，促进港口的有序发展，才能够更好的提升我国的航道发展。根据目前的情况，我国需要进行多渠道筹集资金或者是采取更加多元化的投资方式来加快工业化建设的脚步。

2.2.3 引进新技术，提高创新精神，逐步形成行业标准

近年来，国家对于测绘技术更新的研发投入比重不断的加大，一些新的设备以及新的技术开始引入以及开发，水运工程测绘工作提升到了一个新的阶段，对于航道探测，从技术到手段正处在一个不断完善的过程当中[2]。比方说无人船、多波束、旁扫声纳、水下三维激光扫描等新的设备的使用也可以证明这一点，但是当使用新设备的时候，我们也可以发现一个问题，就是我们现行的规范相较于这些新的设备来说，是比较滞后的，根据设备的使用说明来进行使用，对于测绘成果数据质量很难以把控，必须要在新设备的基础之上来制定更加新的行业标准，规范好每一个环节的作业程序，尤其是针对于设备的检查以及使用的范围等等进行规定，才能够不断地加以完善，逐步上升到行业标准之后，才可以更好的为国家未来的水运事业发展提供帮助。

3 以怒江为例的航道整治工作

航道养护是航道管理工作的重要内容之一，是巩固和维持航道建设成果、保持航道通航条件的重要手段。2010 年，交通运输部部发布了《航道养护管理规定》（交水发〔2010〕756 号），规范了内河高等级航道及界河航道的养护活动，对于推动航道养护管理工作起到了积极作用。

随着承担行政职能事业单位改革不断深化，中央与地方财政事权和支出责任划分改革的落实，需要按新的管理体制明确航道养护管理主体、实施主体。同时，内河其他航道、沿海航道的养护管理也需要纳入规范管理。航道养护市场也需要进一步规范。2015 年实施的《中华人民共和国航道法》对航道养护作了原则规定，亟需制定出台部门规章予以细化落实。因此需要根据改革情况，在总结经验、巩固有效管理方式方法基础上，通过制定部门规章对航道养护工作作出全面规范。航道是公益性基础设施，各级人民政府对航道养护承担主体责任，养护经费主要由财政预算资金承担，同时也可依法依规通过其他方式筹集资金予以补充。航道养护管理部门具体承担航道养护管理工作。承担航道养护事务性工作的机构是指为行政机关提供决策支持及技术性、辅助性保障工作有的事业单位，可以具体实施航道养护，协助编制航道养护计划以及公布航道维护尺度等。

3.1 控制测量

在怒江流域测区内，按测量任务精度要求布设平面控制和高程控制网，作为后期各种测量的基础。控制测量起到限制测量误差累计的作用，是开展各项测量工作的依据。

3.2 地形测量

在航道测量中，地形测量主要分为陆域地形测量和水下地形测量。进行地形图野外数据采集主要使用RTK、无人机和三维激光雷达等测量设备进行，对于野外采集的数据导入软件处理后生成工程地形图。随着测绘技术的不断发展，采用航空摄影测量方法能最大程度的提高外业工作效率，减少人力的投入，降低能耗。

近年，水下地形测量技术也在不断的改进升级，现阶段主要采用回声测深仪加GPS-RTK 差分定位的方式进行水底高程的采集，通过对采集的水下高程数据结合水位观测成果的推算，最后用等深线表示水下现状工程地形图。

3.3 水文分析

通过对历年怒江流域沿岸水文站资料的收集，在水文数据库中得到所需要年份的水文资料成果，对未来的水文形势作出概率性的预估，以便在此基础上作出最优的航道规划设计和最合理的航道疏浚维护方案。

3.4 疏浚工作的展开

经过测算，初步把疏浚工作分为6 个步骤：①把浚前浚后以及区域范围当中的数据罗列出来。②将浚前以及浚后的离散水深测量数据模型化，也就是说在这个阶段需要自动连接成一个三角网数字地形模型。③把得到的模型进行切割处理，这样就可以得出计算区域当中一个新的三角网。④查看新三角网当中的每一个节点，具体的浚前水深值。⑤把切割出来的三角形面片进行逐个计算处理。⑥分别求和挖槽量以及未挖区域的回淤量。

经过实际的研究以及计算发现，使用这样的方法来进行水下挖槽量的计算速度非常的快，也比较清晰，最终计算结果的精准度也会比较高，在工程设计方案上进行土方量计算的时候只需要把浚深输入进去，以浚前水深作为模型，就能够计算出工程设计方案当中的土方量[3]。

4 结语

综上所述，航道以及回淤港的实时通航等级，指的并不仅仅是完全按照原来的等级来进行设定，一旦通航水深小于设计水深的话，就需要根据实施情况来降低相应的吨数，只有把航道测绘成果的应用范围不断的扩展，使行业水深能够满足于设计要求，提高航道等级，才可以确保港口大吨位的通行。需要在原来的行业基础之上，不断的去开拓思路，为航道规划及设计提供详实可靠、高精度的水文观测资料及水运工程测绘成果，这样才可以满足于港口的航道设计以及维护疏浚的需求。