水深測量在濟(jì)南市小清河淤泥沉降規(guī)律研究中的應(yīng)用

張強(qiáng)，朱君

(濟(jì)南市勘察測繪研究院，山東 濟(jì)南 250013)

1 引 言

隨著城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的迅猛發(fā)展，生態(tài)城市越來越成為許多城市發(fā)展的目標(biāo)，小清河作為濟(jì)南市城區(qū)北部的主要河道，其旅游開發(fā)、生態(tài)環(huán)境建設(shè)的意義影響深遠(yuǎn)。為研究濟(jì)南市小清河(京福高速至洪園節(jié)制閘段)淤泥沉降的變化規(guī)律，確定小清河全段年淤泥沉降總量及平均沉降量，淤泥沉降較大區(qū)域及年沉降量，為小清河綜合治理工程提供預(yù)算依據(jù)及針對(duì)性解決方案，本文將從測量方法、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)分析等方面進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2 項(xiàng)目測繪

本項(xiàng)目東至洪園節(jié)制閘，西至京福高速，全長約22 km。東至洪園節(jié)制閘，西至京福高速。其東段部分在2009年進(jìn)行了一次清淤，水深較深，水質(zhì)較清。其西段部分水位較低，水質(zhì)較渾，有水草，基本沒有進(jìn)行過治淤。水流自西向東，流速不大，夏季雨水較多，兩側(cè)入清口對(duì)淤泥有一定沖刷作用，針對(duì)以上情況，制定如下方案。

2.1 測量事項(xiàng)

對(duì)小清河河道河底淤積分4 次進(jìn)行測量，分別為第一次2012年7月、第二次2012年8月、第三次2012年10月、第四次2013年6月。其中第一次測量，先行測量對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)符合要求后按每100 m一個(gè)斷面對(duì)全線進(jìn)行測量，參照已有水下地形資料，對(duì)小清河支流河口21 處進(jìn)行方格網(wǎng)測量。第二次、第三次、第四次只對(duì)小清河支流河口21 處進(jìn)行方格網(wǎng)測量。其中，21 處分別位于泄洪口、小清河分支、橫跨橋梁兩側(cè)、河道彎曲處。共完成河道橫斷數(shù)據(jù)145 組，21 處方格網(wǎng)，四次河道測量面積共約1.54 km2。圖1、表1 為21處示意圖及部分位置、名稱、河道樁號(hào)及測量范圍。

圖1 21 處測量區(qū)域示意圖

部分測量區(qū)域位置、河道樁號(hào)、測量范圍 表1

2.2 測量方法

(1)中海達(dá)測深儀與天寶GPS 接收機(jī)相結(jié)合的方法

在中、下游水深超過0.8 m、水質(zhì)較清、無雜草的河道，采用此方法，這是本工程測量的主要方法，在21處區(qū)域測量中，18 處以上采用此方法。水深測量的測線布設(shè)與航跡參照參考文獻(xiàn)［5，6］進(jìn)行布設(shè)。此方法把衛(wèi)星實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位與水深測量儀很好的結(jié)合在一起。不僅提高了測量成果的精度，而且增加了測量的密度，大大縮短了測量周期。

(2)RTK 與測桿相結(jié)合的辦法

對(duì)于上游水深小于0.8 m、水質(zhì)較渾濁的地區(qū)，測深儀的聲速波動(dòng)范圍較大，誤差較大的情況下，采用RTK 與測桿相結(jié)合的方法。

考慮不同時(shí)期測桿與測深儀測量的數(shù)據(jù)存在的差異性，測量前，選擇多個(gè)適當(dāng)位置，對(duì)兩種不同方法的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，通過制作測桿端頭的托盤大小，調(diào)節(jié)測桿的入水深度，控制兩者之間誤差。

3 方量計(jì)算

(1)以設(shè)計(jì)標(biāo)高作為計(jì)算底標(biāo)高，以實(shí)際測量的標(biāo)高作為上標(biāo)高，以測量區(qū)域作為計(jì)算范圍，計(jì)算該區(qū)域的淤積厚度，通過四次淤積厚度的差值，反映淤積厚度的變化。表2、表3 為部分位置、淤積量、淤積厚度以及各階段厚度的變化。

部分測量區(qū)域位置、淤積量、淤積厚度 表2

部分測量區(qū)域位置、各階段厚度的變化 表3

(2)通過對(duì)21 處區(qū)域的測量，分別采用兩種不同的方法對(duì)整個(gè)小清河河段進(jìn)行方量估算。

第一種方法，對(duì)21 處區(qū)域之間未測量區(qū)域進(jìn)行等分，分別劃分給相鄰的測量區(qū)域，并根據(jù)21 處區(qū)域淤積的厚度分別計(jì)算該區(qū)域的淤積量，并對(duì)第一次和第四次的總量估算進(jìn)行比較。

通過比較，擴(kuò)大區(qū)域后整個(gè)河段的總面積為1 431 524 m2，擴(kuò)大區(qū)域后第一階段方量為1 124 048 m3，擴(kuò)大區(qū)域后第四階段方量為1 350 451 m2，總方量增加了226 403 m2，總淤積厚度增加了0.158 m。其中，大于10 000 m3的有9 個(gè)區(qū)域，與第四次21 處淤積量變化大的區(qū)域基本一致。

第二種方法，對(duì)21 處區(qū)域之間未測量區(qū)域進(jìn)行等分，分別劃分給相鄰的測量區(qū)域，作為計(jì)算面積，對(duì)第一次，按照實(shí)際測量的橫斷及21 處區(qū)域，進(jìn)行各區(qū)域?qū)嶋H方量估算;對(duì)第四次，根據(jù)實(shí)際測量的21 處區(qū)域的外圍數(shù)據(jù)，對(duì)21 處區(qū)域之間未測量區(qū)域進(jìn)行內(nèi)插，進(jìn)行各區(qū)域方量估算;并對(duì)第一次和第四次的總量估算進(jìn)行比較。

通過比較，擴(kuò)大區(qū)域后第一階段方量為1 151 994 m3，擴(kuò)大區(qū)域后第四階段方量為1 349 053 m3，總方量增加了197 059 m3，總淤積厚度增加了0.138 m。其中，淤積量變化大的區(qū)域與第一種方法基本一致。以表4 為兩種方法計(jì)算結(jié)果:

兩種方法計(jì)算的方量結(jié)果 表4

對(duì)于整個(gè)小清河(京福高速至洪園節(jié)制閘段)進(jìn)行方量估算，采用第二種方法的第一次計(jì)算的方量，由于均采用實(shí)測數(shù)據(jù)，可以作為真值，對(duì)第一種方法及第二種方法的第四次計(jì)算方量進(jìn)行檢核。采用第一種方法，按照階梯狀分塊進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，與第二種方法一樣，基本反映了各區(qū)域的變化大小，但由于各方法有其自身的局限性，彼此之間的差值也大小不一，但總體誤差控制在淤積厚度0.02 m的變化范圍內(nèi)。

4 數(shù)據(jù)分析

通過數(shù)據(jù)計(jì)算表及縱斷面圖，對(duì)四次的21 處區(qū)域淤積量進(jìn)行比較，可以看出部分區(qū)域的淤積變化量存在微小變動(dòng)，部分區(qū)域的淤積變化量則較大，主要是臘山河入清口及南太平河入清口、藥山橋兩側(cè)－虹吸干渠入清口、無影山北路橋東側(cè)、北太平河入清口、西工商河入清口，年淤積量在0.20 m以上，其中無影山北路橋東側(cè)、北太平河入清口在0.30 m以上。整個(gè)范圍內(nèi)的年淤積厚度在0.16 m。

通過21 處區(qū)域淤積厚度及位置圖可以發(fā)現(xiàn)，沉降變化最大處正好位于小清河第二個(gè)彎道拐彎處，也就是河流的流速放緩處，與水文分析資料相一致;其他變化較大的幾處則位于入清口處，與觀測的季節(jié)相吻合。

5 結(jié) 語

通過對(duì)濟(jì)南市小清河(京福高速至洪園節(jié)制閘)淤泥沉降變化的測量與分析，本人總結(jié)了以下幾點(diǎn)。

(1)精度的可靠性。根據(jù)技術(shù)設(shè)計(jì)的精度分析，本項(xiàng)目專門制作了穩(wěn)定測量設(shè)備的支架，使儀器在船受到波浪影響的情況下，精度仍能達(dá)到技術(shù)要求。通過本項(xiàng)目實(shí)施的結(jié)果，可以看出水底的高程變化是均勻、平緩的，經(jīng)抽樣檢測，精度均滿足技術(shù)要求。

(2)密度的合理性。本項(xiàng)目的測量密度，在使用測深儀時(shí)，在航線上保持4 m左右/點(diǎn)，旁向上仍能達(dá)到6 m/點(diǎn)～8 m/點(diǎn);在使用測桿時(shí)，測量密度仍達(dá)到7 m/點(diǎn)～9 m/點(diǎn)，對(duì)于相同區(qū)域的方量計(jì)算，該密度已能很好地反映水底的地形情況。

(3)通過此項(xiàng)目的開展，提出了河道測量的方法、測量方案的布設(shè)、測量時(shí)間的選擇、數(shù)據(jù)的處理與分析，為小清河綜合治理工程何時(shí)進(jìn)行定點(diǎn)清淤、何時(shí)進(jìn)行全線清淤提供了理論依據(jù)。也為以后相關(guān)項(xiàng)目的開展奠定了基礎(chǔ)。

(4)雖然此次測量基本上反映了淤泥沉降的變化，但要準(zhǔn)確具體的反映這種變化及其內(nèi)在規(guī)律還需要更全面更長時(shí)間的監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析。

［1］CJJ/T 8－2011．城市測量規(guī)范［S］．

［2］GB50026－2007．工程測量規(guī)范［S］．

［3］GB/T 18314－2009．全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范［S］．

［4］CJJ/T 73－2010．衛(wèi)星定位城市測量技術(shù)規(guī)范［S］．

［5］張立華，殷曉冬．水深測量計(jì)劃測線布設(shè)與航跡控制算法［J］．海洋測繪，2002，22(2):33～35．

［6］柴進(jìn)柱．水深測量作業(yè)中的測線布設(shè)與實(shí)施策略研究［J］．海洋測繪，2013，33(3):43～46．