渭河下游河勢查勘的實踐與探索

袁 崢 ,梁林江 ，3,楊 軍

（1.陜西省江河水庫工作中心，陜西 西安 710018；2.陜西錦源勘測規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，陜西 渭南 714000；3.西藏自治區(qū)阿里地區(qū)水利局，西藏 噶爾 859400）

1 渭河

1.1 渭河的基本情況

渭河古稱渭水，是黃河最大的支流，流域面積13.48 km2，全長818 km，流經(jīng)甘肅、寧夏、陜西三省區(qū)。渭河是陜西的母親河，在鳳閣嶺進入陜西，流經(jīng)寶雞、楊凌、咸陽、西安、渭南，長502 km，流域面積6.71萬km2，造就了八百里秦川，在潼關(guān)注入黃河。

1.2 渭河下游的特點

渭河咸陽鐵橋以下至入黃口段是下游，長208 km，是黃河三門峽水庫的淹沒區(qū)和影響區(qū)。受三門峽水庫運用影響，潼關(guān)高程抬升，泥沙淤積嚴重，河勢多變，沒有得到完全有效控制，有時直接危及堤防安全，加之“地上懸河”形勢嚴峻，防洪短板突出，洪水預(yù)見期短，洪水風險依然是最大威脅。

2 河勢查勘

查《黃河網(wǎng)》“黃河辭典”，河勢查勘是對河勢進行現(xiàn)場勘察工作。查勘內(nèi)容主要是觀測河勢、分析河勢演變狀況、了解工程險情及管理狀況等。其主要目的是為來年河道整治及其他建設(shè)項目提供依據(jù)。黃河下游河道查勘，每年汛前汛后各進行一次。查勘方法是乘船順流而下，在河灣、塌岸、控導(dǎo)工程、險工等重點地方，上岸徒步查勘，利用望遠鏡、激光測距儀，在寬闊的河道里觀察河道的汊流、沙洲等分布情況，繪制出五萬分之一的河勢圖。汛期水情變化較大或發(fā)生重大險情時，隨時組織查勘，預(yù)估河勢發(fā)展趨勢，為防汛搶險決策提供依據(jù)。

3 河勢查勘傳統(tǒng)方法及存在問題

3.1 傳統(tǒng)方法

目前渭河下游河勢查勘也采用驅(qū)車和徒步相結(jié)合的方法，乘車順河而下，在河灣、塌岸、控導(dǎo)工程、險工等重點地方岸上徒步查勘，目視或利用望遠鏡，在寬闊的河道里觀測河道的汊流、沙洲等分布情況，繪制出五萬分之一的河勢圖。

3.2 存在問題

采用傳統(tǒng)的查勘方法，在過去幾十年的防汛工作中起到了非常重要的作用。但在新形勢下，各級政府和防汛應(yīng)急部門對防汛備汛、安全度汛信息精細化及數(shù)據(jù)實用化和數(shù)據(jù)多元化挖掘利用的要求越來越高、精、準和細，仍存在諸多需改進和完善的地方。

查勘采用驅(qū)車和徒步相結(jié)合的方法，在河灣、塌岸、控導(dǎo)工程、險工等重點部位詳細查勘，但對無工程險工或河道主溜遠離堤防部分河段的河勢變化、汊流沙洲分布、河灣崩塌及發(fā)展趨勢等情況，因交通不便等問題，難以全面準確掌握，即就是到達現(xiàn)場，因視覺角度、定位等方面的限制、很難整體準確把握。對工程壩岸靠水、靠溜、著溜的性質(zhì)按壩號進行查勘統(tǒng)計，雖然有重點部位的照片、文字描述和數(shù)據(jù)統(tǒng)計表，但系統(tǒng)性直觀性仍然較差。

無論是河勢變化還是工程壩岸變化情況，目前只能做定性預(yù)判，從河岸崩塌寬度，河段灘體沖刷淤長量、重點工程部位水面寬度、出水高度，主溜線險工、壩岸靠水范圍和長度，難以做到精確研判。盡管有部分河道管理部門查勘時利用激光測距儀對重點工程部位進行觀測，但因需要的技術(shù)、儀器和專業(yè)人員的限制，也很難做到全面和準確。已建、在建橋梁及浮橋、采沙船作業(yè)等阻水障礙物的位置、規(guī)模等信息缺失或不全面準確。

由于河勢信息和工程著溜信息碎片化，未能形成整體、系統(tǒng)、全面性數(shù)據(jù)影像資料，不能為急需維修加固的河道工程和當年或來年河道整治及其它建設(shè)項目提供可信度高、說服力強、足以決策定板的依據(jù)。查勘資料后期可利用性差，很難和往年或來年的河勢信息和工程著溜信息進行對比分析，對分析河勢演變過程，預(yù)估工程防守重點，提高編寫查勘報告和防汛預(yù)案質(zhì)量，套匯編制河勢圖的精準度、深度的提高等要求都存在很大差距。

4 可嘗試的河勢查勘方法及分析

隨著航空攝影與遙感成像技術(shù)發(fā)展，特別是近幾年低空無人機攝影技術(shù)的不斷成熟，能夠以較高精度、快速高效地進行大面積成像，其光學成像產(chǎn)品，具有數(shù)學坐標信息，內(nèi)容豐富，直觀反映地表信息，為防災(zāi)減災(zāi)和公共建設(shè)規(guī)劃等提供依據(jù)，還可以從中提取和派生新的信息，為進一步開發(fā)和研究服務(wù)，也為進一步深化支持河勢查勘提供了現(xiàn)代化技術(shù)手段。

4.1 利用互聯(lián)網(wǎng)地圖（衛(wèi)星影像）結(jié)合實地查勘

此類產(chǎn)品具有獲取方便，經(jīng)濟實用，影像直觀且全面的優(yōu)點，但具體到為防災(zāi)防汛服務(wù)，由于互聯(lián)網(wǎng)地圖是公共民用服務(wù)產(chǎn)品，用于專業(yè)支持，存在以下不足：信息實時性、現(xiàn)勢性較差，一二線城市幾個月或一年更新一次，城市外地區(qū)往往幾年才更新；分辨率不足以滿足工程查勘的要求；坐標、高程信息無法直接獲取，不利于后期進一步開發(fā)和定量研究，通過專業(yè)技術(shù)單位加工，成本高、周期長。

4.2 利用航空影像及成圖產(chǎn)品（航片）結(jié)合實地查勘

無論是高空（有人機）或低空（無人機）技術(shù)生產(chǎn)的地圖產(chǎn)品，內(nèi)容豐富，可以一次性生成適當分辨率的直觀性、現(xiàn)勢性很強的正射影像圖（DOM）和可用于規(guī)劃設(shè)計的線劃圖（DLG），和當?shù)刈鴺烁叱烫缀希侨妗⒃敿殹⑾到y(tǒng)解決目前汛前汛后存在不足之處的最好技術(shù)手段，但在實際應(yīng)用中因其生產(chǎn)成本高，產(chǎn)品生產(chǎn)周期比較長，很難推廣到河勢查勘實際工作中。

4.3 利用定位設(shè)備和無人機低空錄像結(jié)合實地查勘

可對重點工程和重點河彎運用激光測距儀、GPS定位儀進行定位、定量，并采用無人機拍攝工程全貌及重點部位視頻和照片，這種技術(shù)手段雖有創(chuàng)新但仍存在以下不足：利用常規(guī)設(shè)備進行定位，需要一定數(shù)量的專業(yè)人員，如果考慮和當?shù)刈鴺烁叱烫缀希芙煌ā⒄铱刂泣c等因素影響，工作量大、效率低，成本高；無人機拍攝的視頻、照片資料，很好地滿足了查勘人員視覺感官需求，但無人機本身受滯空時間（一般十五分鐘/架次）、頻繁選擇起降場地、天氣等要素制約，工作效率難以掌控，對工程的著溜數(shù)量、性質(zhì)、河勢的狀況可以遠程的當下判讀，但無法做到定量分析及變化的對比分析；常規(guī)測量形成的定量數(shù)據(jù)（坐標、高程等）不能和無人機視頻照片影像融合，資料碎片化，不系統(tǒng)，很難形成全河系統(tǒng)的定位、定量成果，對形成當期現(xiàn)勢性精準的河勢圖幫助較小，對后期研究應(yīng)用支持不大，尤其是對河勢變化、工程著溜變化對比分析，可利用性較差。

5 推薦的河勢查勘方法

通過對以上可嘗試的探測方法的分析，結(jié)合現(xiàn)代無人機光學成像技術(shù)的發(fā)展，全面系統(tǒng)的考慮現(xiàn)代技術(shù)在河道查勘應(yīng)用的實際，本著實用、經(jīng)濟，形成的查勘資料系統(tǒng)、全面直觀，當下和后期應(yīng)用可利用性、可延展、可進一步開發(fā)研究的原則，渭河下游河勢查勘可利用無人機正射影像DOM+DEM產(chǎn)品輔以實地重點查勘的方法。

5.1 具體方法

在查勘前生產(chǎn)無人機正射影像圖，結(jié)合當?shù)刈鴺撕透叱蹋瑴y量適當數(shù)量的像控點，通過空三加密形成DEM高程模型，將其高程成果與正射影像迭加，使正射影像的水邊、工程、靠河堤防有必要的高程注記，再通過相片調(diào)繪，注記正射影像圖上的工程名稱，壩號和度汛重點關(guān)注的橋梁，浮橋、采砂船等滯洪障礙，形成要求的產(chǎn)品后，查勘人員攜帶電子影像在重點關(guān)注工程和河勢部位進行實地研判、調(diào)查。

5.2 產(chǎn)品技術(shù)指標

從滿足獲取渭河下游汛前汛后工程、河勢等相關(guān)信息，節(jié)約成本等方面統(tǒng)籌考慮，可以河道中心兩側(cè)各250 m寬度確定成像范圍；采用西安80坐標系和國家85高程基準（或河道大沽高程）；平面精度控制在厘米級，高程精度控制在20 cm以下；正射影像分辨率高于15 cm，即1∶2000成圖比例尺要求，滿足工程壩垛著溜情況判斷和河勢變化精準定量的要求。

5.3 優(yōu)越性分析

運用航拍+地理測繪技術(shù)，以航攝正射影像（DOM）為基礎(chǔ)，將地形要素的信息，重點部位的高程信息，通過技術(shù)處理疊加到該影像平面上，形成影像數(shù)據(jù)庫，不但具備影像特征，能提供直觀性依據(jù)，而且具備地形圖的幾何精度，獲取的數(shù)據(jù)可信度高。

具體到河勢查勘工作，該技術(shù)產(chǎn)品具有精度高，直觀逼真，現(xiàn)勢性強，資料系統(tǒng)，可完整、準確地對工程著溜的現(xiàn)狀、著溜壩垛的個數(shù)、性質(zhì)、出水高度以及河勢變化衍生的汊流、支流分布、河道主溜線、水邊線及河勢變更走向，沿岸地形變化、河段灘體沖刷淤長程度，灘岸崩塌等河勢及大堤堤防防汛要素進行識別判定。

數(shù)據(jù)經(jīng)加工、攜帶方便，普通平板即可攜帶電子數(shù)據(jù)，利用提前獲取的數(shù)據(jù)，結(jié)合重點部位有目的的實地對比驗證，可極大地提高現(xiàn)場查勘效率和質(zhì)量。

由于DOM是數(shù)字的，在計算機、平板甚至手機上可以局部放大，具有良好的判讀性能、可管理性能；影像上具有坐標、方位、尺寸及高程，可直接在影像上量測距離、面積和高度，為工程和河勢變化提供了精確的可定量數(shù)據(jù)支持、提高了查勘資料的可信度和說服力，為查勘報告編寫奠定了詳實的、可定量的數(shù)據(jù)依據(jù)。

具有地形圖的精度，作為地圖分析背景控制信息，可提取橋梁、浮橋、采砂船以及范圍內(nèi)其它防汛設(shè)施的信息，為防汛預(yù)案制定提供歷史和最新空間信息，

可延展開發(fā)利用，作為獨立的背景層，與地名、高程、圖廓線、公里網(wǎng)格等要素層復(fù)合，通過內(nèi)業(yè)技術(shù)加工，可制作小比例尺如五萬分之一河勢現(xiàn)狀圖和各種專題圖和圖冊，也可為急需維修養(yǎng)護或新建擴建的河道工程和其它建設(shè)項目內(nèi)業(yè)加工滿足規(guī)劃設(shè)計的DLG數(shù)字線劃圖（地形圖），進一步可在此影像數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，掛連互聯(lián)網(wǎng)地圖，擴展宏觀視野，加注工程各種信息、水文信息、防汛及管理信息，建立全河一張圖地理信息系統(tǒng)，提高水管單位的現(xiàn)代化技術(shù)管理水平和效率、質(zhì)量。

可重復(fù)利用、可對比研究性能好，歷年同一數(shù)據(jù)可為渭河下游河勢演變、工程著溜發(fā)展趨勢做準確的對比分析預(yù)估，從中研究其變化規(guī)律，利用掌握河道工程歷史數(shù)據(jù)和河勢分析的優(yōu)勢，與省防辦聯(lián)合向沿河地方人民政府發(fā)布河道崩岸預(yù)警和工程出險預(yù)警通知，各地通過不同的預(yù)警級別采取相應(yīng)的搶護措施，使我局取得良好的社會聲譽和社會效益。

6 結(jié)論

1）在防汛搶險工作中積極引進空間航空影像技術(shù)

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，空間航空影像可用于防汛工作的方方面面，如傾斜攝影成果，360°無視覺死角體驗河道河勢全貌；在洪水發(fā)生時，利用無人機視頻技術(shù)，高效逼真獲取即時的河勢變化情況和工程險情，為防汛搶險提供準確科學的依據(jù)。

2）充分利用現(xiàn)代科技手段和方法開展河勢查勘

充分利用3S和4D技術(shù)、計算機互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和大數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用，把防汛工作的每個環(huán)節(jié)做精、做細，高效率高精度進行河勢查勘和工程普查，及時開展水毀修復(fù)，確保下游河道行洪暢通。還可利用大數(shù)據(jù)建立數(shù)學模型，深入分析研究渭河下游河勢變化的原因和趨勢。

3）進一步加強渭河下游綜合治理

抓緊開展頂層設(shè)計，加大重大問題研究，開展新一輪河道整治，加長加固原有河道整治工程，布設(shè)新的河道工程。抓緊實施東莊水庫，緊緊抓住調(diào)節(jié)水沙關(guān)系這個“牛鼻子”，減緩泥沙淤積。要確保下游河勢穩(wěn)定和河道行洪暢通，確保渭河下游長久安瀾，推動渭河流域高質(zhì)量發(fā)展。