裴紅兵，黃 湘

(廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西 南寧 530029)

淺談航道測量技術(shù)

裴紅兵，黃 湘

(廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西 南寧 530029)

文章結(jié)合桂江航道工程測量實(shí)例，從平面控制網(wǎng)形設(shè)計(jì)、高程控制方案設(shè)計(jì)、水下地形測量、枯水期水位和流量同步測驗(yàn)等方面介紹了航道測量技術(shù)，以供航道測量工作者交流和參考。

航道工程；網(wǎng)形設(shè)計(jì)；方案設(shè)計(jì)；水下地形；流量測驗(yàn)；測量技術(shù)

0 引言

航道整治是水運(yùn)工程的重要分支，航道測量為航道整治勘察設(shè)計(jì)提供所需的地形圖及水文資料。航道測量一般分為：控制測量、地形測量、跨河橋梁管線測量、重要構(gòu)筑物調(diào)查、示位標(biāo)測量、水文測驗(yàn)等。本文通過桂江航道工程測量的實(shí)例，重點(diǎn)對(duì)平面控制網(wǎng)形設(shè)計(jì)、高程控制方案設(shè)計(jì)、水下地形測量、枯水期水位和流量同步測驗(yàn)遇到的問題及解決方案進(jìn)行分析，以供大家交流和參考。

1 工程概況

桂江位于廣西壯族自治區(qū)東北部，是珠江水系西江干流的主要支流之一。桂江主源稱六洞河(又稱華江)，發(fā)源于廣西興安縣和資源縣兩縣交界的廣西第一峰貓兒山五背嶺，自北向南流經(jīng)靈川縣、桂林市區(qū)、陽朔縣、平樂縣、昭平縣、蒼梧縣、于梧州市匯入西江。

本工程河段為桂江蓮花大橋至桂江河口，全長約8.3 km。該段航道基本處于天然狀態(tài)，西江水一般可頂托至蓮花大橋河段，水流較為平緩，通航條件優(yōu)良。

2 平面控制網(wǎng)形設(shè)計(jì)

在常規(guī)工程測量中，一般會(huì)遇到測區(qū)據(jù)平面起算點(diǎn)較遠(yuǎn)的情況。有兩種處理方案，第一種方案是在測區(qū)布設(shè)好控制點(diǎn)，直接用測區(qū)控制點(diǎn)與起算點(diǎn)聯(lián)測；第二種方案是在測區(qū)布設(shè)好控制點(diǎn)，適當(dāng)在測區(qū)與起算點(diǎn)中間布設(shè)輔助控制點(diǎn)并組網(wǎng)聯(lián)測。網(wǎng)形：國家C級(jí)網(wǎng)點(diǎn)平均變長15 km左右，采用第一種方案，平均變長為9 km左右，容易出現(xiàn)長邊超過短邊3倍的情況；采用第二種方案，平均變長為5 km左右，網(wǎng)形合理。效率：第一種方案平均邊長較長，為達(dá)到合格成果需觀測時(shí)間更長；第二種方案多少量觀測點(diǎn)，可以通過增加同步觀測儀器數(shù)進(jìn)行處理；相比較而言，第二種方案更有效率。關(guān)于精度，第二種方案網(wǎng)形更優(yōu)，在同等情況下精度更高。以下為桂江航道平面控制測量實(shí)例。

本工程平面控制網(wǎng)按“D級(jí)→E級(jí)”逐級(jí)加密，本文主要探討D級(jí)網(wǎng)網(wǎng)形設(shè)計(jì)。測區(qū)起算點(diǎn)為“C652”“C653”“C650”，測區(qū)新布設(shè)D級(jí)點(diǎn)“交15”“交09”“交01”，此3個(gè)控制點(diǎn)為E級(jí)網(wǎng)起算點(diǎn)，其中“C653”“C650”距離測區(qū)D級(jí)點(diǎn)“交15”“交09”“交01”超過10 km，為滿足D級(jí)點(diǎn)相鄰點(diǎn)平均距離為5 km，以及不出現(xiàn)長邊超過短邊3倍的情況，需布設(shè)“G19”“A003”兩個(gè)輔助控制點(diǎn)，其網(wǎng)形設(shè)計(jì)圖見圖1。GPSD級(jí)網(wǎng)測量采用6臺(tái)GPS雙頻接收機(jī)測量同步環(huán)，同步環(huán)與同步環(huán)之間重復(fù)4個(gè)點(diǎn)。約束平差后，GPS D級(jí)網(wǎng)最弱邊為“交15-G19”，基線相對(duì)中誤差為1/22萬，各GPS點(diǎn)的平均點(diǎn)位中誤差為0.8 cm，最弱點(diǎn)“交15”點(diǎn)位中誤差為1.3 cm。

圖1 GPS D級(jí)網(wǎng)網(wǎng)形圖

3 高程控制方案設(shè)計(jì)

在常規(guī)工程測量中，高程控制一般采用水準(zhǔn)測量方法。航道測量中，因控制點(diǎn)布設(shè)在河兩岸，一般采用電磁波三角高程測量方法。電磁波三角高程測量可代替四等水準(zhǔn)測量和圖根水準(zhǔn)測量。對(duì)于用于水文檢測起算的高程控制點(diǎn)，因其精度要求較高，建議在交通條件允許的情況下用水準(zhǔn)測量。

本工程位于梧州市區(qū)，交通便利，根據(jù)測區(qū)現(xiàn)狀交通圖及控制點(diǎn)分布情況，高程控制測量方案設(shè)計(jì)如下：優(yōu)化測量方法組合，整個(gè)測區(qū)布設(shè)一條水準(zhǔn)路線“Ⅲ西桂4B→交15→交11→交09→交05→交01→Ⅲ西左77”，其中“交15”“交11”“交09”“交05”“交01”為水文檢測起算高程控制點(diǎn)，按三等水準(zhǔn)測量方法進(jìn)行測量；河兩岸控制點(diǎn)“交01”至“交15”采用電磁波三角高程按四等進(jìn)行測量。

4 水下地形測量

水下地形測量一般采用GPS-RTK定位同步數(shù)字化測深儀測深進(jìn)行水下地形測量，為單波束測深，按《水運(yùn)工程測量規(guī)范》和《水運(yùn)工程測量質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》實(shí)施。本文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)測深常見問題進(jìn)行分析。

(1)測深線布設(shè)

本工程測圖比例為1∶500，采用橫斷面法施測，測深線垂直于航道，本次布設(shè)測深斷面間距為圖上8 mm，測深點(diǎn)間距為圖上4 mm。按規(guī)范，測深斷面間距為圖上10 mm，本次布設(shè)8 mm可使測深艇偏離布設(shè)線仍然在10 mm以內(nèi)，減少重測量，本次工程實(shí)例也證明如此。

(2)定位

水深測量平面定位采用GPS(RTK)，定位點(diǎn)數(shù)據(jù)均按RTK固定解模式采集。測深船速對(duì)平面精度有影響，測量中船舶航速<2 m/s，確保平面精度。

(3)測深

每次測深前、后都在測區(qū)對(duì)測深儀進(jìn)行現(xiàn)場比對(duì)。采用檢查板對(duì)測深儀進(jìn)行校正，直接求取測深儀的總改正數(shù)(聲速、吃水等)，其深度誤差<±0.04 m。水深數(shù)據(jù)采集密度每1 s一個(gè)。

(4)水尺設(shè)站及水位觀測

水尺布設(shè)應(yīng)能反映河段比降情況。常規(guī)測量，平水段在測量河段設(shè)立一把水尺，坡降0.3 m以內(nèi)的灘段在灘頭灘尾各設(shè)一把水尺，坡降>0.3 m灘段在灘中適當(dāng)加密水尺。按30 min間隔測量，當(dāng)水位變化較快時(shí)，按10 min間隔加密觀測。

(5)水下地形測量自檢

水深測量采用縱斷面法檢查，檢查斷面垂直主測深線，檢查斷面長度大于主測深線總長度的5%，要求深度比對(duì)互差<0.4 m(水深<20 m)。

(6)水域重要地物地貌

對(duì)水上的助航標(biāo)志、系船浮標(biāo)、漁柵、固定漁網(wǎng)要測定其位置和范圍。對(duì)測區(qū)中的水下礙航礁石區(qū)、滑道等，以桿探底質(zhì)的方法，非斷面形式，探測出其位置、范圍及主要高程。

(7)內(nèi)業(yè)整理

水深內(nèi)業(yè)取樣時(shí)取地形起伏的特征點(diǎn)。測深數(shù)據(jù)采樣、水位改正、成圖等內(nèi)業(yè)處理工作通過海洋測量內(nèi)業(yè)軟件進(jìn)行處理。

5 枯水期水位和流量同步測驗(yàn)

水位和流量同步測驗(yàn)是設(shè)計(jì)航道高水位、中洪水位、低水位等參數(shù)的基本資料，一般根據(jù)水文資料確定流量，根據(jù)指定流量現(xiàn)場測量水位。本文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)水文測驗(yàn)過程進(jìn)行分析。

桂江航道枯水期設(shè)計(jì)流量為74 m3/s，根據(jù)桂江水文實(shí)時(shí)資料，選擇接近設(shè)計(jì)流量時(shí)間進(jìn)場實(shí)施水文測驗(yàn)工作，并且同步聯(lián)測西江的流量和水位。

河段共設(shè)立7把水尺，8點(diǎn)至11點(diǎn)進(jìn)行同步觀測，30 min觀測1次。

桂江河段流量測驗(yàn)與瞬時(shí)水位同步施測，儀器采用走航式聲學(xué)多普勒流速儀(瑞江600 kHz ADCP)，測量斷面位于蓮花大橋下游約600 m的煤碼頭。10：17開始測量，10：47結(jié)束測量，測量期間，水位緩慢上漲，總上漲2 cm，水情基本平穩(wěn)，總共施測2.5個(gè)測回，各測回標(biāo)準(zhǔn)差ΔQ<5%。本斷面流量取實(shí)測流量平均值計(jì)算得Q=78m3/s，測量時(shí)間取10：30。

西江測流斷面位于西江水文站上游1km處，11：45開始測量，12：05結(jié)束測量，水位上漲1.3cm，總共施測2個(gè)測回，各測回標(biāo)準(zhǔn)差ΔQ<5%，本斷面流量取實(shí)測流量平均值計(jì)算得Q=2 036m3/s；西江水文站提供12：00水文站同期流量為1 960m3/s，兩者誤差3.8%，成果基本吻合。西江水文站提供10：30水文站同期流

量為1 920m3/s，此成果為本次測驗(yàn)的同步流量。桂江枯水期水位和流量同步測驗(yàn)成果表詳見表1。

表1 桂江枯水期水位和流量同步測驗(yàn)成果表

6 結(jié)語

本文通過實(shí)例對(duì)航道測量平面控制網(wǎng)網(wǎng)形設(shè)計(jì)、高程控制測量方案設(shè)計(jì)、水下地形測量、枯水期水位和流量同步測驗(yàn)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行了分析，采用較先進(jìn)的測量儀器及方法，制定了科學(xué)合理的測量方案和工作程序，確保測量的精度和進(jìn)度，達(dá)到合格的測量成果。

[1]李國波，方廣杰.GPS測量控制網(wǎng)網(wǎng)形的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].湘潭師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004，26(3)：12-14.

[2]周忠謨，易繼軍，周 琪.GPS測量原理與運(yùn)用[M].北京：測繪出版社，1999.

[3]GB/T18314-2001，全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范[S].

[4]JTS131-2012，水運(yùn)工程測量規(guī)范[S].

[5]JTS258-2008，水運(yùn)工程測量質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[S].

Discussions on Waterway Measurement Technology

PEI Hong-bing，HUANG Xiang

(Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，Nanning，Guangxi，530029)

Combined with Guijiang waterway engineering measurement practices，this article introduced the waterway measurement technology from the aspects such as net-shaped design，elevation control program design，underwater topography measurement，dry-season water level，and synchronous flow test，thereby providing the reference and exchange for the hydrographic workers.

Waterway projects；Net-shaped design；Program design；Underwater topography；Flow test；Measurement technology

U

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.04.029

1673-4874(2015)04-0104-03

2015-03-04

裴紅兵，工程師，主要從事水運(yùn)工程勘察設(shè)計(jì)與研究工作。