测量新技术在长江水文工作中的应用

为打破传统的测绘手段和测绘模式，长江水利委员会水文局加大引进和开发高新技术的力度，重视高科技投入。目前，该局已引进开发四种品牌的GPS卫星定位系统20套，在长江防洪、水下地形、固定断面及其他水文测验中发挥了较好的作用。 DGPS与MD300测深系统的结合在长程水道地形测量及湖泊测量中取得了令人满意的效果。全站仪、自动安平水准仪、红外仪、微波定位仪、数字化仪、绘图仪、扫描系统的已得到开发应用。现已完成GIS的前期调研工作，为全面开发地理信息系统作好了准备。高新技术的引进、先进仪器的应用，使测绘生产向智能型、知识密集型转变成为现实。

GPS新技术在抗洪减灾中的应用

GPS具有全球性、连续性和全天候的特点，是一种快速、高精度的测量技术。GPS静态定位可达毫米级精度，动态测量一般可达亚米级精度，配合先进的测深系统和Hypack软件，可以实时监测，现场成图。在河道、湖泊、水库的水下地形测量中大大缩短了成图周期，提高了水下地形图的质量和时效性。对堤防险工险段、水库大坝、滑坡泥石流的监测显示了其高新技术的优越性，可实日十监测险情，为防汛指挥部门提供决策依据。

1995年水利部利用芬兰政府贷款，引进了GPS等一批高科技产品。几年来，这些设备在长江流域水资源监测与开发中发挥了重要作用。GPS卫星定位系统在1996、1998和1999年的长江大洪水监测预报中发挥了重要作用，特别是在长江险工险段监测、长江水道地形测量、洞庭湖与都阳湖的水域监测、长江堤防安全监测和流量测验等方面，显示了其高新技术的优越性，谱写了高科技抗洪减灾的新篇章。

GPS定位技术与常规测量相比具有精度高、作业周期短、成本消耗少、劳动强度小等优点，而且它可以全天候作业，不受地形及通视条件的限制，因而受到测量界的高度重视。GPS与测深仪结合能及时准确地提供水下地貌信息。

1．抗洪抢险实时监测

堤防工程在防汛抗洪中发挥着巨大的作用。长江中下游堤防长约3万余km，其中干堤3600km。由于水流的冲刷作用，许多堤段堤外无滩、堤岸合一，迎流顶冲，堤岸崩塌时有发生，严重威胁着堤防的安全。实时监测险工险段，直观反映河床以及近岸受水流冲刷情况，对防汛抢险决策十分重要。

对险工险段监测就是适时施测大比例尺水下地形图。由于作业效率低，成图时间长，采用常规方法根本无法进行实时监测。长委水文局应用GPS水道测量系统采集数据，利用先进的Hypack软件可以实行现场成图，并及时进行对比分析，提出险工险段监测报告，对河床局部冲淤变化、冲刷坑的部位和高程、深泓线变化、岸堤变化等进行定量分析，提供险工险段的险情，并向防汛指挥部门建议采取相应的对策，如抛石护岸、修筑子堤等。还利用GPS系统监测荆江大堤、武汉大堤、黄广大堤、无为大堤、汉江遥堤等。并对重点护岸险工段沙市、盐观、祁冲、灵黄、郝穴、监利、龙王庙、月亮湾、水口、下关、浦口、西坝、梅大等江段，每年进行2～5次1:1000～1:2000堤防险工测量，并进行分析，为防汛抢险提供了重要依据。

2．长江水道地形测量

对于长江中下游干流(包括部分重要文流)冲积性河道，一般5年施测一次1:10000水下地形，特大洪、枯水年适当增加测次。如1998年长江大洪水后，长委水文局及时安排了长江中下游1:10000长程水道地形测量，施测的范围从宜昌直至吴松口。

长江宜昌至吴淞口长约1790km，应用常规方法进行一次长程水道地形测量，从外业测量到内业成图需要2～3年的时间，但是应用静态GPS施测两岸控制，实时差分水道测量系统施测水下部分，仅需要半年时间，大大缩短了成图周期，提高了水道地形图的时效性。

3．湖泊水下地形测量

由于洞庭湖湖区水系复杂、洲滩密布，湖中围垦的废堤、断堤多，洲滩上树林、芦苇套种，地形相当复杂，而且血吸虫病严重，一些想测量洞庭湖的单位都望湖兴叹。

1995年长江水利委员会水文局调集3套GPS水道测量系统协同作战，仅用1年的时间就完成了全部的内外业工作，提交了一套完整的洞庭湖水道地形图。根据该测图量算出的洞庭潮面积和容积曲线，提出了最权威的数据，为洞庭湖规划治理提供了依据。类似地，还利用GPS对鄱阳湖进行了水道地形测量。

4．三峡工程测量

在举世瞩目的三峡工程建设中，特别是在大江截流期间，GPS广泛用于控制测量、水下地形测量、固定断面监测以及水文测验中。

在三峡工程坝区，设置了一批高精度的GPS控制点，为高质量进行其他测量奠定了基础。同时还摸索出了一套用差分GPS进行大比例尺水下地形测量的方法，并付诸实际应用。截流期间，在导流明渠、上下游围堰段，每日需监测12个固定断面，有些位置不能按常规方法布设断面端点时，则采用差分GPS进行测量。实施布设在导流明渠、围堰上下及口门的10个流量及流速分布断面，裹头8条垂线，上下平抛垫底船各4条垂线定位，为大江截流提供了实时的监测信息。

同时，还利用GPS对清江隔河岩水库大坝进行了安全监测。另外，利用GPS还可以确定突发危险地点的地理位置，对洪水淹没地区进行快速定位，提供救援或空投物资的地点和目标。

5．流量测验中的应用

荷叶湖水文巡测断面，高洪期水面宽7km,过去采用常规测验定位方法——基线辐射杆六分仪夹角定位法，靠测船在湖心来回游动。由于视距太长，标志背景复杂，原来设置的断面标已无法通视。为了保证荷叶湖断面水文巡测工作不中断，长江水利委员会中游局岳阳勘测大队利用GPS施测荷叶湖断面，收集高洪期水文资料。从测验的情况看，GPS系统运行正常，解决了荷叶湖水文巡测中断面测验定位难的问题。

附录：多波束系统的应用

1．多波束系统特性

多波束测深及旁侧声纳系统利用超声波原理进行工作，通过发射和接收声波信号，由声波在水体中的传播时间与声速的乘积即可计算出水深。多波束探头由发射探险头和接收换能器组成，它之所以被称为多波束，是因为有多达60个相互独立的接收换能器，一次声波发射，可由60个接收探头采集60个水深点信号，接收信号由计算机记录。这60个接收换能器呈90°夹角互成1.5°角的扇面分布。这样，它对水下地形测量是以一种全覆盖的方式进行，因此，它与目前常规单波束比较，具有测深点多、测量迅速快捷、全覆盖等优点。正是由于这些优点，它能完成常规方法难以胜任的测量任务，特别是对大比例尺的测绘和特殊要求的水道地形测量，如堤防安全监测、险工险段监测、抛石护岸监测、港口及疏滩工程测量、工程监理监测等。

2．多波束与单波束优越性比较

多波束测深系统可实现一幅60个声波束的测量，并且每幅60个波束交叉覆盖点90°×1.5°区域，每秒1.7～15次的更新速率完全可以真实地反映河床地形，这与单波束测深仪有着明显的区别，单波束测量是线的关系(断面)，而多波束是面状(区域)。

对于水下地形测量，采用多波束测深系统，可以真实反映水下地形。而单波束施测水下地形是在区域内均匀布设断面，并将断面上的数据进行摘录成图，生成等值线采取直线插补，因数据采集不够时，不能完全反映地形真实变化，生成的地形等值线存在一定偏差。

对于多波束系统来说，对管线的调查、防洪堤、港湾、护岸抛石的测量、固定物体的寻找都有它独特的优越性。

因多波束系统要求100%的覆盖，在施测时，相应增加了工作量，对于大比例尺(1:2000以上)均能提高功效，但对于1:50加以下水下地形测量，就不能充分发挥其快速的优点。

3．多波束系统应用

水深测量采用多波束条带方式对水底进行全覆盖测量、多波束系统采集的数据，可以利用其后处理软件(Caris软件)制作各种比例尺的水下地形图，特别是大比例尺(1:500或1:1000)。如果利用常规的测绘方法，不仅费时费力，而且难以满足精度要求，而多波束系统由于其对水下地貌信息一览无余，因此，能满足用户提出的各种比例尺成图的要求，大大地缩短了成图周期。而且可以利用新测图与老测图进行对比，计算其冲淤变化量。整个系统从外业数据采集到室内成图全过程实现了自动化、智能化和数字化。

多波束系统在防洪减灾中的应用具有巨大的经济效益和社会效益。由于多波束系统具有实时监测功能，可以现场监视水下地物地貌的细微变化、因而在堤防安全、溃口、崩岸监测、水下物体摸探及打捞等方面具有其他方法不可替代的作用。例如对龙王庙险段采用多波束系统进行监测，可以从该系统的监视器上清楚地了解堤岸冲刷的状态、抛石护岸的情况等，从而提出相应的对策。对江西省彭泽马湖堤段、九江河段堤防进行监测，为堤防整治加固提供了精确的水下地形资料。(来源于工程建筑网2007)