长江安徽省段干流上起江西省九江市的锁江楼, 下至安徽省马鞍山市的慈姥山, 全长416km, 地理位置为东经116°30′00″至118°30′00″, 北纬29°55′00″至31°47′30″之间, 流域面积6.6万km2, 占全省面积13.9余万平方公里的47.48%。按山矶节点分为13个河段, 河段的平面形态, 水流特性, 演变特点及两岸边界、地质条件各异。其中鹅头型多汊河段4个, 弯曲分汊型河道6个, 顺直微弯型河道3个。
据安徽省大通水文站资料, 长江多年平均流量为2 8 8 0 0 m 3/s, 历年最大流量92600m3/s, 历年最小流量4620m3/s, 多年平均含沙量0.533kg/m3, 多年年均输沙量4.6×109吨。由于长江流量大、水流急, 河床两岸河漫滩抗冲能力低, 河床主流摆动不定;岸坡、滩、槽冲淤变化、洲滩消、长、并、靠频繁;江岸崩塌、主支汊移位时有发生, 河床演变极其复杂, 我省长江岸线总长727km, 其中两岸崩岸线长约300km, 占总岸线的41, 给771.1km长江干堤的防洪安全造成极大威胁, 给沿江国民经济建设带来了不利影响。
定期对长江河道水下地形、水文泥沙进行测量、分析, 充分研究长江河势的演变规律, 及时做出河势变化预测, 对确保我省长江的防洪安全和发展经济建设, 具有重大意义。
1 测量设计方案
1.1 控制测量
1.1.1 平面控制测量
(1) 首级平面控制测量。
长江安徽省段沿江两岸的平面控制点现存较少, 所采用的标准、系统不一, 精度参差不齐, 且布设、施测年代较久, 已经不能满足长江安徽省段1/万长程水道测量的需要。应沿江布设D级GPS网, 覆盖整个长江安徽省段, 作为水道测量时的基准站点。
平面控制根据分级布网, 逐级控制的原则布设。依据《全球定位系统 (GPS) 测量规范》 (GB/T18314-2009) , 控制网应先在1/万地形图上设计, 布点尽量均匀, 避免长短边突变。D级GPS控制网应起闭于国家Ⅱ、Ⅲ等三角点或高等级GPS点, 且应接测至少三个高等级平面控制点, 在控制网中段应同国家高等级控制点联测, 提高整个网的精度。根据长江安徽省段的平面形态, 观测采用9台套GPS接收机布设点、边相结合连接网进行静态测量, 分段布网, 统一平差。每个河段D级GPS点不少与4~5个, 并尽量利用原有标石, 以利于同以前的测量成果衔接和转换。GPS网观测作业应按表1、表2规定执行。
D级GPS控制网观测时, 当点位观测条件欠佳或GDOP值接近8时, 应适当延长观测时间;观测应按规范规定进行记录;GPS控制网观测结束后, 应及时进行外业观测数据的分析, 计算同一时段观测值的数据剔除率, 其值应小于10%。
异步环各坐标分量闭合差及环线全长闭合差应符合下式规定, 同步环各坐标分量闭合差的限差值为异步环闭合差限差值的一半。
式中:W为环闭合差
n为闭合环中的边数。
σ为相应级别规定的基线长度中误差 (按平均边长计算) , 重复基线测量的差值,
(2) 图根平面控制测量。
在基本平面控制网的基础上, 可采用全站仪按符合导线的观测方法布设图根控制, 也可用GPS RTK加密图根点;同时应根据地形的疏密和地形复杂的程度选用不同的发展级数。图根导线的布设、观测、记录方法应满足《水利水电工程测量规范》 (SL197-97) 的有关要求。
1.1.2 高程控制测量
(1) 基本高程控制测量。
高程控制采用1985国家高程基准。为了确保水文测验精度, 基本高程控制等级为Ⅲ等几何水准, 水准路线应布设成附合路线, 起闭点精度应不低于国家Ⅱ等。水准测量拟用WILD NA2水准仪、ZEISS DINI-12水准仪进行观测。在水准作业开始的第一个星期, 每天应测量i角一次, 若i角保持在20″以内时, 以后每隔15天测定一次, 并保留记录。水准观测采用电子手簿记录, 并采用专业平差软件计算。记录和计算手簿的各级记录和校核人员签署应完整, 人名签署采用黑色钢笔填写。Ⅲ等水准测量技术要求应按表3、表4规定执行。
表中:L为水准路线长度。
mA为每公里偶然中误差。
mW为每公里权中误差。
(2) 图根高程控制测量。
图根高程控制主要用于接测图根点高程和测图水尺零点高程。按符合路线、环形闭合路线和水准支线的形式以等外水准测量方法施测, 也可用全站仪高程导线或GPS水准进行测量。
1.2 地形测量
1.2.1 水下地形测量
水下地形测量采用横断面法, 断面间距不得超过250m, 洲头和洲尾断面必须按扇形布设。
各横断面上的测点间距应小于100m, 深泓和陡岸河床处应适当加密测点, 以真实地反映出地貌, 浅水及水边测量应同步进行, 以避免因涨落水而在图上形成空白。在水深不足1 m的浅滩, 测点间距可放宽50%。
测区内每间隔10km布设一组临时水尺进行水位观测, 用于推算水下测点的高程。在非感潮河段进行水下地形测量时, 应在每次工作的开始、中间和结束各观测一次水位, 在两个水位中间施测的水下断面, 应用水位推算表来推算各断面的水位, 再推算断面各测点的高程;在感潮河段进行水下地形测量时, 水位从每次工作的开始进行观测, 每小时观测一次, 在潮峰、潮谷前后加密至每10min~30min观测一次, 并注明高潮和低潮的水位和时间。
为了确保成果精度, 测点的平面位置宜采用Trimble 5700 GPS或Trimber R8GPS卫星定位系统以实时差分的方法定位接收机以差分实时动态定位;水深采用S D H-1 3 D或S D H-1 6 Y型回声探测仪进行测量。
原理如图1所示。
1.2.2 陆上地形测量
陆上地形主要为水边线及岸坎、沙洲、滩地、部分建筑物和码头。在用全站仪或RTK采集地形点坐标数据前, 应对输入的控制点平面坐标、高程、仪器高、棱镜高等进行仔细认真校对, 并检测后视点的平面坐标、高程, 确认输入数据正确无误并且检测后视点方向偏差不大于图上0.3mm、高程较差不大于1/5基本等高距后方可开始测量。全站仪测量每测站应保留2~3个检查点, 相邻测站应对公共检查点进行认真检查, 只有当检查点的平面、高程数据满足限差要求方可进行下一站的观测。每测站均应做好并保留测站记录。
地形点密度以能逼真表达地形特征、准确勾绘等高线为原则, 高程点应注记在地形特征点或明显地物点上, 并注意分布均匀, 最后图面保留的高程点注记密度为图上2cm~3cm。在进行地形地貌测绘时, 应尽量测绘地物、地形三维特征线。
1.3 水文观测
水文断面按一级水文断面布设, 每个断面布设两个断面标石, 以二级图根点以上的精度测定其平面位置, 以四等水准或四等高程导线以上的精度测定其高程。水文测验项目应包括水位、断面、流量、分流比、分沙比、水温、悬移质输沙率、含沙量和颗粒级配、河床质、水面比降等。
1.3.1 水文断面及垂线布设
各河段的分流分沙断面应布设于河段进入汊道前的主干道和进汊的左右口门段, 一般应布设在河道比较顺直, 河床比较匀顺稳定的河段, 尽量避免在回流、漩涡、跌水等处布设水文断面。水文断面线应垂直于该处河段水流的平均流向或造床水流的主泓方向。
垂线的布设以能控制流速横向分布的转折点为度, 垂线的布设一般要均匀, 在深槽主泓要加密垂线, 在河滩上独股水流的河槽处、河滩与主流交界处、地形或流速的转折处都应布设垂线, 水文断面上有较大回流时, 应测出顺、逆流的位置及回流量, 回流量不超过1%时, 则可只测出顺逆流的交界线位置, 将回流作死水处理。垂线条数的布设按《水道测量规范》执行。
1.3.2 水文测验
水文测验的流速流向采用声学多普勒流速剖面仪 (ADCP) 施测, 并采用DGPS定位系统和罗经进行航迹校正和船艏校正, 数据采集软件用WinRiver V1.03。
ADCP流速、流向测验的主要参数如下。
(1) ADCP测深单元深0.52/1.04m。
(2) 脉冲间隔0.01s。
(3) 每组信号脉冲数4个。
(4) 底部跟踪信号数4个。
(5) 记录范围、流向、回声强度、方向、姿态、水温、好信号数%。
(6) 测船航速<2.5m/s。
(7) GPS动态定位精度优于±0.75m。
断面流量计算后, 流量闭合差应小于5%。悬移质采样与流速测验同时同位进行, 每点取水样2000cc, 取样器采用锤击开关横式采样器, 采得水量容积误差要求小于采样器鉴定容积的5%, 其水样分析的方法按照消光法进行。河床质采用锥式采样器于每条垂线上取样, 或每个断面不少于6条垂线, 一般细沙或粘土取样不少于50g, 粗沙取100g~300g, 直径大于2mm者取样不少于1000g (可以分次取样) 。河床质采用筛分法进行分析。
水温应于取样断面深泓一线0.2相对水深处施测, 水温表在水中的时间为5min, 读至0.1°C。编制水文泥沙特征值统计表, 内容包括断面号、水面宽、水位、比降、水文、流量、断面面积、平均流速、最大流速、平均水深、最大水深、断面输沙率、断面平均含沙量、中值粒径。
2 质量控制
质量控制贯穿于测绘工作的始终, 执行事先指导, 中间检查和资料成果的校审为重要环节的全过程质量控制的原则。严格按照ISO9001∶2008 idt GB19001-2008《质量管理体系要求》标准执行, 编制观测技术设计书, 编制工序流程图。每个项目指派质量检查员, 检查整个工作过程的每个环节必须严格按技术规范、工作大纲的标准执行。配备相当强的技术力量和先进的测量仪器设备, 以满足整个测量工作的需要。对每个项目的测量工作实行三级检查、两级验收, 即工作人员现场自查自校, 队、院检查验收, 测量结束后, 编写“技术总结报告”、“检查报告”。
3 建议
长江安徽省段1/万长程水道测量是一个长期的课题, 对研究河床演变和防洪具有重大意义。长江安徽省段两岸的控制点原来大多布设在沿江堤防附近。近十年来, 由于国家大规模水利建设及人们日常活动迁徙, 沿江控制点毁坏严重, 特别是国家Ⅱ等水准留点现存很少, 且难以寻找, 不利于现行测绘工作的开展。建议长江安徽省段两岸重新布设Ⅲ等水准网, 每隔5km布设一组水准点;沿江建立5个GPS基准站, 能够大大提高成果质量和节约测绘成本。
摘要：本文介绍了利用GPS、全站仪、ADCP等先进测绘和水文测验仪器设备对长江安徽省段1/万长程水道测量的方案和技术要求。
关键词：安徽长江,水道测量,方案
参考文献
[1] 徐知秋.GPS实时测量系统在水利水电工程测量中的应用与探索[J].水利水电测绘, 2000, 3.
[2] 刘基余.全球定位系统原理及其应用.