高新技術(shù)在三峽水文勘測中的應(yīng)用

代水平 李云中 葉德旭

(長江水利委員會(huì)長江三峽水文水資源勘測局，湖北 宜昌 443000)

長江三峽水文勘測研究一直面臨著測區(qū)復(fù)雜的河道地理環(huán)境和水文條件的嚴(yán)峻考驗(yàn)。天然時(shí)期的長江三峽，水文條件異常復(fù)雜，如彎道環(huán)流、泡漩水、剪刀水、滑梁水等比比皆是，形成三峽河段“洪水阻于峽、枯水阻于灘”的航行困難局面。葛洲壩和三峽工程的興建，形成了庫區(qū)、壩區(qū)、兩壩間和壩下游等不同環(huán)境條件的工程河段，以及施工期的截流龍口水流、水庫異重流、航道往復(fù)流、航跡線、攔門沙等復(fù)雜地形與水流流態(tài)。為了準(zhǔn)確、及時(shí)地收集各類水文、泥沙、地形資料，先后開展過無數(shù)次技術(shù)革新，引進(jìn)和研制新技術(shù)、新設(shè)備，取得了豐富的觀測、試驗(yàn)研究成果，也積累了一些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。

為修建葛洲壩工程，1959年，研制了船用重型三絞系統(tǒng)，以解決大流速條件下的水文測驗(yàn)難題;1973年，研制的挖斗式床沙采樣器，解決了砂礫石混合床沙的取樣問題;1981年，研制的無人測艇，成功地完成了葛洲壩大江截流龍口最大流速的監(jiān)測任務(wù);1983年，研制的接觸式水位計(jì)，為建立葛洲壩壩區(qū)水位遙測系統(tǒng)作出了重大貢獻(xiàn);1983年，研制的同位素含沙量監(jiān)測儀，在監(jiān)測三江沖沙航道中的高含沙量方面獲得成功。

在三峽工程建設(shè)及運(yùn)行時(shí)期，先后引進(jìn)并開發(fā)、應(yīng)用了全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)、聲學(xué)多普勒流速剖面儀(ADCP)、現(xiàn)場激光粒度分析儀(LISST－100X)、聲速剖面儀、濁度儀、馬爾文激光粒度儀、雙頻測深儀、運(yùn)動(dòng)傳感器、姿態(tài)改正儀、測量機(jī)器人、陀螺全站儀、數(shù)字水準(zhǔn)儀、數(shù)字測繪平臺(tái)、多波束測深系統(tǒng)、水聲納測深系統(tǒng)、淺地層剖面儀、泥漿密度儀、自動(dòng)氣象站等。同時(shí)還研制了深水絞關(guān)、干容重采樣器、近底懸沙采樣器等儀器設(shè)備，開發(fā)了一、二維水沙數(shù)學(xué)模型等40余套計(jì)算機(jī)軟件并建立了計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)及網(wǎng)站。

1 水文泥沙測驗(yàn)及資料整編

1.1 內(nèi)河流量測驗(yàn)新技術(shù)

三峽工程是世界級巨型水利樞紐，為其設(shè)立的黃陵廟水文站于1996年在國內(nèi)率先引進(jìn)了ADCP，開展走航式流量測驗(yàn)試驗(yàn)，并取得了初步成果。試驗(yàn)主要解決了以下難題:

(1)當(dāng)發(fā)現(xiàn)推移質(zhì)泥沙運(yùn)動(dòng)對ADCP底跟蹤方式測驗(yàn)的精度產(chǎn)生較大影響后，多次與廠商開展GPS跟蹤現(xiàn)場試驗(yàn)，為解決“動(dòng)床條件”的流量測驗(yàn)精度問題收集了大量試驗(yàn)資料和分析成果［1］。

(2)為消除鐵磁對ADCP內(nèi)部羅經(jīng)的影響，先后試驗(yàn)過電羅經(jīng)、磁羅經(jīng)，直到現(xiàn)在的GPS羅經(jīng)［1］。

(3)先后在長江三峽、宜昌、沙市、漢口等河段多次進(jìn)行ADCP流量測驗(yàn)的適應(yīng)性試驗(yàn)，以及多種模式、多種設(shè)備配套的ADCP比測，為《聲學(xué)多普勒流速儀河流流量測驗(yàn)指南》和《聲學(xué)多普勒流量測驗(yàn)規(guī)范》的編寫提供了大量的基礎(chǔ)依據(jù)。其試驗(yàn)資料和成果已匯入長江委水文局《聲速多普勒流量測驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)研究》項(xiàng)目。

1.2 截流水文測驗(yàn)新技術(shù)

1981年開展了葛洲壩大江截流龍口水文測驗(yàn)研究工作，取得了一系列研究成果［2－21］。主要解決了以下關(guān)鍵技術(shù)問題:

(1)為長江三峽工程1997年大江截流，首次在國內(nèi)引進(jìn)了哨兵型ADCP，并研制了無人雙舟、牽引操控平臺(tái)、多芯通訊供電電纜、大功率卷揚(yáng)機(jī)等設(shè)備，成功地監(jiān)測到了截流龍口流速變化的全過程，這是傳統(tǒng)測驗(yàn)設(shè)備和技術(shù)無法獲得的。哨兵型ADCP還成功應(yīng)用于1998年珠江流域北江飛來峽大江截流和2002年三峽明渠截流的龍口水文測驗(yàn)，均獲得成功。

(2)在2002年明渠截流中，成功應(yīng)用電波流速儀和雷達(dá)槍對龍口各戧堤挑角流速進(jìn)行監(jiān)測，測得龍口6 m/s的最大水面流速，并通過建立相關(guān)關(guān)系，修正獲得最大龍口流速達(dá)6.19 m/s。

(3)采用走航式ADCP+GPS快速監(jiān)測截流河段分流比變化過程。

(4)應(yīng)用無線數(shù)傳技術(shù)，成功地將龍口各類監(jiān)測數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳至數(shù)據(jù)處理中心。

(5)應(yīng)用無人立尺測量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對龍口水位、寬度及戧堤形象的動(dòng)態(tài)監(jiān)測。

(6)截流龍口新技術(shù)研究及應(yīng)用成果《長江三峽大江截流水文泥沙監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)研究與實(shí)踐》獲1998年長江水利委員會(huì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng);《長江三峽明渠截流施工水文監(jiān)測》獲得2004年中國測繪科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)及湖北省測繪局2006年度優(yōu)秀測繪工程一等獎(jiǎng)。

1.3 三峽庫區(qū)深水流量測驗(yàn)和異步測沙技術(shù)

三峽水庫自2003年開始蓄水，現(xiàn)已按145～175 m調(diào)度運(yùn)用，庫區(qū)最大水深近200m，水文測驗(yàn)面臨巨大困難，主要表現(xiàn)在儀器設(shè)備的測程不夠，精度受大水深的影響。通過研制、引進(jìn)新設(shè)備，解決了以下主要問題:

(1)一般河道采用300～600kHz ADCP即滿足要求，但針對三峽水庫壩前的大水深條件，首次引進(jìn)了測深能力較強(qiáng)的低頻ADCP(150kHz)，配合星站GPS、GPS羅經(jīng)，通過大量比測試驗(yàn)，成功實(shí)現(xiàn)了廟河水文站、壩前及庫區(qū)各斷面的流量和流場測驗(yàn)。

(2)研制深水型自動(dòng)絞關(guān)，成功解決了大水深的懸沙、床沙、干容重、水溫梯度等采樣與監(jiān)測難題，提高了測驗(yàn)效率。

(3)研究了異步測沙技術(shù)，通過研制軟件可直接從ADCP流場數(shù)據(jù)中提取流速計(jì)算垂線含沙量及輸沙率，解決了懸移質(zhì)輸沙率異步測驗(yàn)問題。

1.4 H－ADCP自動(dòng)流量監(jiān)測新技術(shù)

在三峽工程蓄水前，黃陵廟水文站流量報(bào)汛采用實(shí)測流量連時(shí)序法，平均每年需要150次實(shí)測流量，工作量巨大，因而先后探討了連時(shí)序法、單值化方法(分段綜合落差指數(shù)法)和水量平衡法等資料整編方法。三峽水庫蓄水運(yùn)用后，受三峽－葛州壩梯級調(diào)度影響，兩壩間水位流量關(guān)系變得更加復(fù)雜，上述方法均不能滿足流量報(bào)汛和資料整編要求。為此，引進(jìn)了H－ADCP開展比測試驗(yàn)，主要解決了以下技術(shù)問題:

(1)經(jīng)調(diào)研，2003年在國內(nèi)較早引進(jìn)H－ADCP(亦稱水平式ADCP)，開始了黃陵廟斷面的在線流量監(jiān)測試驗(yàn)。

(2)試驗(yàn)取得一定效果后，先后建設(shè)了HADCP專用工作平臺(tái)、數(shù)據(jù)傳輸線路、不間斷電源、防雷設(shè)施及報(bào)汛網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)硬件。

(3)開展比測試驗(yàn)研究，對H－ADCP在線監(jiān)測數(shù)據(jù)(指標(biāo)流速)進(jìn)行報(bào)汛參數(shù)率定方法研究，并研制了后處理軟件。該軟件可根據(jù)實(shí)測流量實(shí)時(shí)自動(dòng)修正參數(shù)，確保流量報(bào)汛成果的精度［22］。

(4)研制自動(dòng)報(bào)汛軟件，通過互聯(lián)網(wǎng)或衛(wèi)星等通信網(wǎng)絡(luò)，2007年7月1日成功實(shí)現(xiàn)了流量實(shí)時(shí)自動(dòng)報(bào)汛，該站也是長江委水文局第一個(gè)正式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)流量報(bào)汛的測站。

(5)開展了基于小波分析和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的H－ADCP整編方法研究，取得了較好的效果［23］。

(6)H－ADCP應(yīng)用研究成果《聲速多普勒流量測驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)研究》獲2007年大禹水利科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)。

1.5 水文應(yīng)急監(jiān)測新技術(shù)

(1)在2000年5月西藏易貢巨型滑坡堰塞湖搶險(xiǎn)監(jiān)測中，不僅使用走航式ADCP準(zhǔn)確測到入庫流量，還對整個(gè)湖區(qū)進(jìn)行了10余個(gè)斷面和間距測量，從而計(jì)算出堰塞湖的庫容曲線，為堰塞湖搶險(xiǎn)救災(zāi)提供水文技術(shù)支撐［24］。其成果匯編《國際跨境河流典型山體滑坡(崩塌)堵江水文極值事件應(yīng)急實(shí)驗(yàn)研究》獲2006年度大禹水利科學(xué)技術(shù)三等獎(jiǎng)。

(2)在2008年5月12日四川汶川強(qiáng)烈地震后的綿陽、德陽等地區(qū)堰塞湖監(jiān)測中，運(yùn)用全站儀免棱鏡測量技術(shù)快速完成了唐家山等堰塞體的形象測量，為搶險(xiǎn)排險(xiǎn)及時(shí)提供基礎(chǔ)依據(jù)［25－26］。

(3)2009年3～4月西藏墨脫堰塞湖搶險(xiǎn)監(jiān)測中，運(yùn)用3S技術(shù)及電波流速儀等，對堰塞湖的各種參數(shù)及時(shí)進(jìn)行了監(jiān)測，特別是采用GPS靜態(tài)控制測量技術(shù)，在距離100多km、高差近2000多m的情況下，將平面和高程控制從林芝引測到了堰塞湖現(xiàn)場和墨脫縣城，為搶險(xiǎn)救災(zāi)提供了科學(xué)依據(jù)。

1.6 蒸發(fā)氣象與墑情自動(dòng)監(jiān)測

宜昌蒸發(fā)站是長江流域乃至國內(nèi)少有的大型蒸發(fā)試驗(yàn)場，于1984年正式投入運(yùn)行，觀測項(xiàng)目達(dá)10余個(gè);2006年引進(jìn)蒸發(fā)、氣象自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng);2007年又增加了土壤墑情監(jiān)測。

為保護(hù)蒸發(fā)場各類電子設(shè)備設(shè)施，2008年專門設(shè)計(jì)修建了防雷塔。經(jīng)過多年應(yīng)用，效果顯著。

1.7 泥沙測驗(yàn)及河床組成勘測新技術(shù)

自葛洲壩工程開工以來，先后研發(fā)和引進(jìn)應(yīng)用過多種泥沙測驗(yàn)儀器，如同位素測沙儀、挖斗式采樣器、近底層懸移質(zhì)采樣器、卵石及沙質(zhì)推移質(zhì)采樣器等［27］，近年來又引進(jìn)了一批先進(jìn)的測沙設(shè)備，取得了可喜成果［28］。

(1)三峽水庫蓄水后，為研究不同計(jì)算方法(輸沙率法與體積法)產(chǎn)生的水庫淤積量誤差，2003～2005年重新設(shè)計(jì)制造了近底懸沙采樣器，并在出庫站——宜昌水文站應(yīng)用中獲得成功。

(2)自2010年起，在廟河、黃陵廟、宜昌3個(gè)水文站，采用LISST－100X和濁度儀開展懸移質(zhì)泥沙報(bào)汛，并對其結(jié)果進(jìn)行了比測試驗(yàn)研究，取得了初步成果。

(3)2011年在宜昌站開展了ADCP測沙試驗(yàn)工作。

(4)目前在泥沙分析工作中，已廣泛運(yùn)用馬爾文MS2000激光粒度儀，極大地提高了泥沙分析效率。

(5)為開展三峽水庫干容重測驗(yàn)，2003年研制了干容重采樣器，目前僅能采取表層(一般在2 m內(nèi))，較大厚度的淤泥不適用，仍需繼續(xù)研究。

(6)2008～2011年，利用三峽集團(tuán)公司引進(jìn)的淺地層剖面儀，開展葛洲壩下游控制節(jié)點(diǎn)河床組成勘測調(diào)查，為研究控制節(jié)點(diǎn)的抗沖刷能力提供了基礎(chǔ)資料。

(7)利用三峽集團(tuán)公司引進(jìn)的泥漿密度儀，開展三峽水庫淤積物勘測調(diào)查(2010～2011年)，為研究水庫淤積物干濕容重及其分布提供了基礎(chǔ)資料。此外，將進(jìn)一步開展使該設(shè)備用于懸移質(zhì)含沙量監(jiān)測的試驗(yàn)研究。

1.8 水面流態(tài)(含波浪)觀測新技術(shù)

(1)1996～1997年，嘗試應(yīng)用GPS無靜態(tài)初始化技術(shù)開展葛洲壩上游三江航道口門區(qū)及以上連接河段大流量(40000m3/s以上)實(shí)船航跡線觀測，取得圓滿成功。

(2)2008～2009年應(yīng)用先進(jìn)的GPS RTK技術(shù)，開展三峽壩區(qū)上游隔流堤水流流態(tài)(亦稱為“滑梁水”)觀測;2010年，用于葛洲壩和三峽兩壩間通航水流條件的流態(tài)觀測;2004～2008年，用于葛洲壩下游胭脂壩護(hù)底區(qū)流態(tài)觀測。

(3)2003年應(yīng)用海洋型波浪儀，成功開展了三峽工程三期圍堰拆除暴破沖擊波監(jiān)測和2006年葛洲壩下游泄水橫波監(jiān)測，以及2010年葛洲壩與三峽兩壩間峽谷段的波浪監(jiān)測。

上述水文、河道勘測科研成果匯編《葛洲壩下游控制性節(jié)點(diǎn)及護(hù)底試驗(yàn)效果研究》獲得了2009年長江委科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

2 河道勘測與測繪

2.1 GPS技術(shù)應(yīng)用與創(chuàng)新

1995年8月，引進(jìn)了第一套GPS接收機(jī)——Trimble 4000SSE。之后又先后引進(jìn)了國外不同公司生產(chǎn)的各類GPS達(dá)50余臺(tái)套。

(1)為了適應(yīng)三峽地區(qū)的特殊環(huán)境，探索出了GPS靜態(tài)觀測和快速靜態(tài)觀測相結(jié)合的控制測量方法。1997年，在全江率先發(fā)現(xiàn)并解決了DGPS延時(shí)問題，率先打破了傳統(tǒng)人工觀測方式，將DGPS應(yīng)用于大比例尺水下地形測量，極大地提高了測繪作業(yè)效率。2006年，開展了Trimble R3 GPS小比例尺陸上地形測量試驗(yàn)研究，并成功地運(yùn)用于中下游長程水道地形之陸上測量，取得較好的效果［29］。

(2)應(yīng)用GPS，開展了三峽移民界樁首級控制網(wǎng)(1996年)、三峽庫區(qū)(涪陵以下)干支流控制網(wǎng)、向家壩至朱沱控制網(wǎng)等大量的控制測量(2011年);三峽水庫蓄水區(qū)本底水道地形測量(2006年)及長江中下游長程水道地形測量(2006年)等大量地形測量、瓊州海峽水下地形多波束掃測(2010年)、青海湖容積測量(2011年)等;宜昌水文站、黃陵廟水文站、廟河水文測驗(yàn)中用GPS代替常規(guī)測船定位;將GPS羅經(jīng)數(shù)據(jù)接入ADCP系統(tǒng)開展水文測驗(yàn)，均取得豐富成果和成功經(jīng)驗(yàn)。

2.2 多波束測深系統(tǒng)及其應(yīng)用

2004年引進(jìn)了SeaBat 8101多波束測深系統(tǒng)，該系統(tǒng)能一次給出與航線相垂直平面內(nèi)的幾十個(gè)甚至上百個(gè)深度，從真正意義上實(shí)現(xiàn)了水下地形的面測量。

(1)通過SeaBat 8101多波束測深系統(tǒng)在大水深、高邊坡及河床起伏變化急劇等復(fù)雜條件下的河道水下地形精密測繪的應(yīng)用可行性研究，探討了利用單波束測深儀率定系統(tǒng)精度方法、軟件處理數(shù)據(jù)方式、系統(tǒng)與Hypack軟件、CARIS軟件結(jié)合的耦合性，以及與GPS RTK技術(shù)相結(jié)合實(shí)施高精度無驗(yàn)潮水下地形測量的方式方法［30］。

(2)該系統(tǒng)于2004年成功應(yīng)用于天津海河口清淤效果檢測，2005～2007年先后用于葛洲壩下游大江沖沙閘護(hù)岸大修水下測量、下游河床護(hù)底工程擴(kuò)大生產(chǎn)試驗(yàn)水文泥沙監(jiān)測以及下游河勢調(diào)整工程的水文監(jiān)測，2006～2008年涪陵－重慶段炸礁工程，2008年三峽壩前水下異物多波束安保監(jiān)測，2009年三峽水庫蓄水175 m對水沙特性變化的影響監(jiān)測研究，2010年葛洲壩上游二江發(fā)電廠前集裝箱探測，2011年江蘇如東黃海大橋及蘇通大橋主橋墩每年兩次多波束監(jiān)測等［31］。

(3)該系統(tǒng)的應(yīng)用研究成果《SeaBat 8101多波束測深系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用研究》于2009年獲長江水利委員會(huì)青年科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)。應(yīng)用該系統(tǒng)完成的《長江葛洲壩水利樞紐下游河床護(hù)底工程擴(kuò)大生產(chǎn)性試驗(yàn)水文泥沙監(jiān)測》成果獲2007年中國測繪學(xué)會(huì)優(yōu)秀測繪工程獎(jiǎng)銀獎(jiǎng)。

2.3 青海湖及瓊州海峽等水下地形測繪新技術(shù)

2011年，水利普查項(xiàng)目之一——青海湖容積測量及瓊州海峽跨海工程水下地形測量中，采用了多項(xiàng)測量新技術(shù)，解決了以下技術(shù)難題。

(1)青海湖周長360km，東西長109 km，南北寬約40km，面積約4340km2，是我國第一大咸水湖。青海湖沿湖邊有GSM信號(hào)覆蓋，但湖心區(qū)域及縣界區(qū)GSM信號(hào)覆蓋不理想。經(jīng)研究，決定采用星站GPS RTK技術(shù)的一體化測量方案和有驗(yàn)潮測驗(yàn)方式，解決了青海湖容積的水深測量問題。

(2)青海湖海心山水位站距最近陸地有25 km，采用了青海省似大地水準(zhǔn)面GPS高程擬合技術(shù)，解決了該水位站水尺零點(diǎn)高程接測難題。并采用中繼站通訊技術(shù)解決了基準(zhǔn)站差分信號(hào)的轉(zhuǎn)發(fā)，擴(kuò)大了其信號(hào)的覆蓋范圍［32－33］。

(3)根據(jù)聲速剖面儀監(jiān)測及預(yù)測湖區(qū)某一區(qū)域的水溫梯度和鹽度變化，采用近似平均聲速法改正技術(shù)，解決了青海湖水深測量精度問題。

(4)測量期，常遇5～7級陣風(fēng)和湖面高約1 m的風(fēng)浪，直接影響水深測量精度。采用波浪改正技術(shù)解決了青海湖容積測量中水深測量精度難題。

(5)GPS差分測量可以非常精確地測定兩點(diǎn)之間的相對高差，小區(qū)域范圍內(nèi)，高程異常值是一個(gè)常數(shù)，通過該高差便可反算出流動(dòng)站GPS相位中心的高程，該高程同基準(zhǔn)站具有相同的高程基準(zhǔn)面。然而，大于50km(特別是海洋或近海水域)則要建立一個(gè)高程異常模型，通過建立瓊州海峽跨海工程水下地形高程異常模型，解決了該項(xiàng)目420km2水下地形測量問題。

2.4 測深技術(shù)及測深儀無紙化技術(shù)

針對三峽河段復(fù)雜地形對測深精度的影響，曾組織專業(yè)技術(shù)人員開展回聲測深儀的選型、測深技術(shù)和測深儀無紙化技術(shù)研究［34－35］。

(1)測深儀無紙化技術(shù)是指測深回波模擬信號(hào)數(shù)字化，并通過計(jì)算機(jī)將數(shù)字化信號(hào)轉(zhuǎn)換成圖像方式儲(chǔ)存，從而實(shí)現(xiàn)水下地形測量的無紙化。該技術(shù)從根本上解決了測深儀在打印回波模擬信號(hào)時(shí)可能產(chǎn)生的機(jī)械誤差、打印延時(shí)響應(yīng)誤差、人工判讀誤差以及回聲紙存放后產(chǎn)生的模糊效應(yīng)誤差等，從而較大地提高了水深測量精度，特別是通過計(jì)算機(jī)完成水深判讀，從而使水深量校效率提高80%以上。

(2)該技術(shù)在多個(gè)大型水下地形測量項(xiàng)目中得到成功運(yùn)用并取得良好效益。

(3)根據(jù)多年的試驗(yàn)研究經(jīng)驗(yàn)，主編了《長江委水文局水深測量技術(shù)規(guī)程》(CSWH203－2011)，并于2011年5月1日正式實(shí)施。

2.5 測量機(jī)器人

測量機(jī)器人是一種能代替人進(jìn)行自動(dòng)搜索、跟蹤、辨識(shí)和精確照準(zhǔn)目標(biāo)并獲取角度、距離、三維坐標(biāo)以及影像等信息的智能型電子全站儀，也是現(xiàn)代多項(xiàng)高技術(shù)集成應(yīng)用于測量儀器制造領(lǐng)域的最杰出代表。測量機(jī)器人通過CCD影像傳感器和其他傳感器對現(xiàn)實(shí)測量世界中的“目標(biāo)”進(jìn)行識(shí)別，迅速作出分析、判斷與推理，實(shí)現(xiàn)自我控制，并自動(dòng)完成照準(zhǔn)、讀數(shù)等操作，以完全代替人工操作。

2011年3月，水文三峽局承擔(dān)完成的三峽庫區(qū)支流1:2000水道地形測量任務(wù)中，解決了大寧河等因山勢陡峭無法收到GPS信號(hào)、也無法使用人工(經(jīng)緯儀)觀測手段收集地形資料的峽谷河段的水下地形測量問題。

2.6 數(shù)字測繪技術(shù)

數(shù)字化測繪系統(tǒng)是過渡到GIS系統(tǒng)的前端數(shù)據(jù)，EPSW98結(jié)合GPS應(yīng)用于工程水文河道測量，極大地提高了水文勘測的自動(dòng)化水平和測量質(zhì)量。

(1)1998年引進(jìn)清華山維EPSW98電子測繪平臺(tái)(數(shù)字化測繪系統(tǒng))，并成功應(yīng)用于長江重要堤防工程測量。

(2)該技術(shù)在2002年三峽導(dǎo)流明渠截流龍口形象監(jiān)測、汶川地震和西藏墨脫搶險(xiǎn)應(yīng)急水文監(jiān)測中充分發(fā)揮了作用。

(3)基于多年的應(yīng)用研究，主編了《長江委水文局水道數(shù)字測繪技術(shù)指南》(編號(hào):CSWH202－2011)，并已于2011年5月1日正式實(shí)施。

3 水文泥沙分析及預(yù)測預(yù)報(bào)研究

3.1 一維水沙運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型

為了得到結(jié)合短期水雨情和水庫調(diào)度信息的水庫泥沙預(yù)報(bào)，以指導(dǎo)水庫泥沙實(shí)時(shí)調(diào)度，通過研究，建立了基于水雨情預(yù)報(bào)及水庫調(diào)度信息的三峽水庫短期泥沙預(yù)報(bào)模型，即以短期水雨情預(yù)報(bào)和水庫調(diào)度信息為邊界條件、適用于三峽庫區(qū)的一維水沙數(shù)學(xué)模型［36］。

利用2006～2007年三峽工程庫區(qū)清溪場、萬縣和壩前的水文資料對模型進(jìn)行了率定，率定的模型分析了2007年7月洪水過程的庫區(qū)泥沙運(yùn)動(dòng)情況。模型模擬結(jié)果與實(shí)測成果的對比分析表明:模型在庫區(qū)沿程水力要素、懸移質(zhì)含沙量及水庫淤積量的模擬方面具有一定的精度。改變了過去水庫泥沙預(yù)報(bào)均基于歷史水文資料的中長期預(yù)報(bào)方法。

該技術(shù)已于2011年正式用于三峽水庫泥沙作業(yè)預(yù)報(bào)和水庫淤積計(jì)算預(yù)測，并取得了一定效果。

3.2 一、二維嵌套水流數(shù)學(xué)模型

在水文泥沙科研中，除重點(diǎn)應(yīng)用《長江水文泥沙信息分析管理系統(tǒng)》(簡稱GEO)外，還引進(jìn)開發(fā)了一、二維嵌套水流數(shù)學(xué)模型，先后應(yīng)用于防洪影響評價(jià)計(jì)算、葛洲壩下游護(hù)底工程影響及工程措施效果分析計(jì)算、下游節(jié)點(diǎn)演變對宜昌水位的影響計(jì)算、設(shè)計(jì)洪水位及枯水位水面線推算等，均取得豐富成果(2006 ～2011 年)［37－38］。

3.3 水情自動(dòng)測報(bào)技術(shù)

(1)早在1983年就建立了葛洲壩壩區(qū)水位遙測系統(tǒng)，但因設(shè)備運(yùn)行成本高未能堅(jiān)持下去，這也為水文自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)建設(shè)積累了經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。

(2)1996年引進(jìn)SSA1－1型(氣介式)聲學(xué)水位計(jì)，開展水位自動(dòng)測報(bào)比測試驗(yàn)。三峽工程大江截流后，1998年建立了計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)及網(wǎng)站，并建立了超短波(無線數(shù)傳)、GSM、北斗衛(wèi)星、電話等信息傳輸通道，為水情自動(dòng)報(bào)汛等提供了重要支撐。

(3)經(jīng)過近幾年的努力，已建立3個(gè)水文站，38個(gè)水位站(含8個(gè)基本水位站、30個(gè)一般水位站)，除葛洲壩下游6個(gè)人工觀測站正在建設(shè)自記設(shè)施設(shè)備外，其余均已實(shí)現(xiàn)水位自記，自記率達(dá)80%以上(含共建共管自動(dòng)監(jiān)測站);全部報(bào)汛站均實(shí)現(xiàn)自動(dòng)收發(fā)報(bào)。

4 結(jié)語

在長江三峽河段進(jìn)行水文勘測，無論是天然時(shí)期，或是工程建設(shè)時(shí)期，以及工程運(yùn)行時(shí)期，都面臨急、難、險(xiǎn)、重的任務(wù)，伴隨的是各類風(fēng)險(xiǎn)，如果沒有可靠的技術(shù)手段，不僅質(zhì)量、工期不能保證，安全風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)增大。因此，新技術(shù)應(yīng)用與創(chuàng)新促進(jìn)了三峽水文勘測研究的發(fā)展。

通過引進(jìn)、吸收、開發(fā)、革新，將高新技術(shù)應(yīng)用于水文勘測研究，為長江防洪、河道整治、工程建設(shè)提供了可靠的水文專業(yè)服務(wù)，同時(shí)也引領(lǐng)著水文生產(chǎn)服務(wù)朝著高科技、自動(dòng)化、信息化、優(yōu)質(zhì)高效的方向發(fā)展。

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