瀾滄江—湄公河航道二期整治項目水文測量實施方案

江木春，韓亞民，李 勇

(中交第二航務工程勘察設計院有限公司，湖北 武漢430060)

山區航道具有落差大、水流湍急、流速大、水情復雜等特點，其水文測量資料的完整性和正確性直接影響航道整治方案的設計和施工。瀾滄江—湄公河航道二期整治項目位于瀾滄江—湄公河干流中游，全長631 km，自中緬邊境243號界碑至老撾瑯勃拉邦河段，穿越中國、緬甸、泰國、老撾4個國家。航道枯水期水面高程280～500 m，落差220余米，是典型的山區國際航道。大部分航道經過山區，谷底被水流切割較深，主要呈V字形，地形起伏較大。整治項目主要包括158道灘險整治、設置導助航標志及其他配套工程等。此段航道跨越多國，同時也是多國的界河，水文測量受多國審批的影響較大，工作協調困難，在工作實施前考慮各種因素，制定了多種技術方案，配備多種先進的設備，及時向有關國家的外交、交通、環保和水利等部門報備和申請，并派專人進行溝通和協調，分段組織管理和實施，同時根據現場實際情況進行優化，安全順利地完成了全部航道測量工作。本次水文測量主要是枯水期航道水文測量，包括比降觀測、水文斷面測量和表面流速與流向測量等[1]。

1 水文觀測內容和技術要求

1.1 比降觀測

比降觀測包括航道全線的比降觀測和灘險加密比降觀測，灘險加密比降觀測須與附近的全線基本水尺進行同步聯測，比降觀測設置的水尺數量根據現場實際情況確定[2]。全線比降觀測可分段實施，須有一定數量的公共點觀測，全線基本水尺每次觀測時長不少于72 h，每整小時觀測1次，部分基本水尺還須進行中、洪水期同步觀測[3]。

1.2 水文斷面測量

水文斷面測量包括流量斷面測量和大斷面測量。流量斷面測量包括沿航道全線布置的流量斷面以及為滿足典型險灘模型試驗而布設的灘險流量斷面，測量斷面上5條垂線流速流向。大斷面測量是在全線基本水尺附近進行地形大斷面測量[4]。

1.3 表面流速與流向測量

表面流速與流向測量主要是針對需要開展模型試驗的19個典型灘群(含單個灘險)進行，流線數量根據現場實測情況進行調整。表面流速與流向測量應與典型灘險的水文斷面測量和水位觀測同步進行。

2 水文測量的實施方法

2.1 比降觀測

2.1.1全線比降

全線比降水尺沿航道每10 km均勻布置，盡量靠近灘險位置，并特別兼顧甲等灘、乙等灘等重要灘險布設，現場根據實際情況進行合理調整，共布設61個全線比降水尺。老緬段全線比降水尺點分布見圖1。

圖1 老緬段全線比降水尺分布

不同水期(枯水、中水、洪水)均有比降觀測需要，受外界自然條件限制和上游水庫下泄流量的影響，基于航道沿線國家工作批準不同步的客觀現實，全線比降觀測只能分段分期進行觀測。各期比降觀測水尺位置保持一致，不同測段的比降水尺有部分水尺為共用水尺，建立不同測段之間的相互關系。全線比降水尺同步觀測時長不少于72 h，每整小時觀測1次，全線比降觀測部分成果見表1。

表1 全線比降觀測成果

全線現場枯水期觀測期內航道水面高495～273 m，落差222 m，平均比降為0.352 mkm；現場實測最大比降0.862 mkm，位于航道上游老緬段18～22號灘之間，此段航道兩岸地勢險要，河面狹窄，水流湍急；最小比降0.107 mkm，位于航道下游老撾內河段149～150號灘之間，河面逐漸變寬，水流平緩。全線航道比降偏大，屬于典型山區河流比降，其上游比降明顯大于下游比降。

2.1.2灘險比降

灘險比降觀測采用設立水尺同步觀測的方法。每個灘險都布設了比降觀測點，比降觀測點不少于2個，縱比降明顯變化的灘險段增設了加密比降觀測點，橫比降明顯的水域在左右岸也布設了比降觀測點，72～74號灘加密比降水尺布設見圖2。BS-SC-38為全線比降觀測和灘險比降觀測的公用基本水尺，灘險成果可與全線比降成果進行關聯[1]。

圖2 灘險加密比降水尺布設

需要進行模型試驗的灘險比降水尺嚴格按照要求進行布設，比降觀測時與灘險ADCP(多普勒流速剖面儀)走航測量同步，72～74號灘險的部分加密水尺比降觀測成果見表2。

表2 灘險比降觀測成果

所有灘險比降水尺均與附近的全線基本比降水尺進行同步觀測，建立兩者之間的數據關系，以便數據的分析利用。比降觀測選擇穩定水期，一般不少于4組觀測，對于重點灘險比降進行不同水期的補充比降觀測。

2.1.3觀測方法

比降觀測采用人工觀測和水位儀自動觀測相結合的測量方案。觀測點選擇水流平穩、不易淤積、波浪影響小的水域。觀測點均按圖根水準精度進行水位聯測，包括聯測水尺零點高程以及直接獲取水位高2種方式。采用三角高程接測、水準接測、實時動態差分(RTK)接測3種方式，多次測量取平均值作為接測結果，且不定時對部分接測成果進行重復接測或多種方法相互驗證的方法，確保水位接測的精度。

人工觀測時按要求的時間間隔讀取水尺讀數，精確到厘米，取平均值進行記錄。水位儀自動觀測采用英國AQUAlogger 520水位自動記錄儀，通過配套軟件對水位自動記錄儀進行設置，投放到選定的比降觀測點后，按一定的時間間隔自動記錄數據，獲取連續的水位。

2.1.4數據處理

對于比降觀測，在外業水位觀測和內業計算時均精確到0.01 m，所有數據歸算至統一的高程基準，最終形成數據報表，對于所獲取的比降觀測數據，通過人工對現場結果進行抽查，并分析合理性，對于存在疑問的數據進行核查或復測檢查，確保成果質量。比降觀測成果資料最終以成果報表的形式提供，成果內容包括比降觀測站點坐標、觀測日期、時間、水位等信息。

2.2 水文斷面測量

2.2.1ADCP走航測量

ADCP走航測量是為了獲取斷面的流量，對于灘險水文斷面，還需要獲取斷面垂線流速與流向成果。全線水文斷面在每個大的支流口附近均布置1個，同時按照每20～50 km加密布設，并盡量靠近灘險原則進行，位置選取時選擇航道平直且無復雜流態的位置，并避開不良流態。灘險水文斷面根據模型試驗需求進行布設，在現場根據實際情況略微調整。老撾內河段部分全線水文斷面布設見圖3。

圖3 全線水文斷面布設

ADCP走航測量包括全線和灘險水文測量，測量時均與水位比降觀測同步開展。灘險水文ADCP走航測量還與表面流速與流向測量同步開展，測量時測流斷面盡可能同水流流向垂直。采用ADCP聯合GPS-RTK同步作業的方法進行。ADCP沿水文斷面走航測量過程中連續向水體及河底發射聲脈沖，測出船相對于水流及河床的速度，兩者矢量差即為水流相對于河床的速度。采用GPS-RTK方法對走航ADCP進行導航定位，并記錄相應軌跡，標識在地形圖上并同時提供實測位置坐標。

測驗前查勘斷面的通航情況和斷面最大水深，設定ADCP參數；測船在GPS實時導航下按預置的斷面線進行施測，兩岸測至ADCP盲區水深處，以提高測量精度；每次施測均從左岸→右岸、右岸→左岸施測，取所測斷面流量的平均值作為實測流量值，并對施測過程中相關數據現場記錄。

在ADCP走航測量的同時同步觀測比降水尺水位，對于灘險水文同步開展表面流速與流向測量。為滿足不同水期的研究需要，對部分斷面進行了不同水期的流量測量，老撾內河段部分ADCP走航測量成果見表3。

表3 ADCP走航測量成果

2.2.2大斷面測量

大斷面測量主要針對全線水文中各全線比降水尺而言，其工作內容是開展水下和陸域地形大斷面測量，其目的是滿足模型試驗的需求。大斷面測量采用橫斷面法施測，分為陸域和水域部分：陸域部分采用GPS-RTK的方式進行測量，測至最高洪水位以上；水域部分按照水深測量的要求，測點的平面位置采用GPS-RTK定位，水深采用HY1600數字測深儀施測，使用測量導航軟件進行導航，平面坐標和水深同步采集。水深測量在風浪較小的時間進行，且往返測量多次以保證斷面測量精度，水陸交界部分注重檢測。

對于大斷面測量成果的數據處理，采用CAD軟件進行數據處理。水、陸域轉換為統一的高程基準，由于斷面寬度不一致，根據不同需求提取，提供整體的大斷面數據文件。水文斷面成果資料最終以成果報表的形式提供，成果內容包括水文斷面流量、斷面位置信息、觀測日期、水位、垂線流速、流向等信息。如54～56號灘斷面流量成果見表4。

表4 54～56號灘斷面流量成果

灘險水文ADCP斷面，提取垂線流速與流向成果，本航道河段寬度較窄，但根據規范要求，沿斷面方向均勻布設5個垂線，整理流速、流向值，處理完成后，通過手工對部分計算結果進行合理性檢查，提交斷面垂線流速與流向成果。

2.3 表面流速與流向測量

2.3.1電子浮標法

表面流速與流向主要是測量航道在自然狀態下的水流速度和方向。表面流速與流向測量須選擇無風或小風天觀測，觀測時起始斷面的浮標要盡量均勻施放，與灘險比降觀測同步開展。表面流速與流向測量布設方案遵循主槽不少于3條、支汊不少于1條的原則，投放浮標位置和觀測結束位置均選于水流平緩處。對于部分比較長的灘群，采用多個測量組分段開展表面流速與流向測量，以便縮短測量時間，測線的布設根據灘群實際情況，選擇水流平緩處進行分段布設，同時保證交接處有一定的重合段。

電子浮標法是采用浮標自動記錄自身位置的方法，精度高、操作簡單、安全便捷、可多條測線同步實施、可提高工作效率，特別適合山區激流險灘，克服了常規船舶跟蹤法和前方交會法實施困難的問題，保障人員和設備安全。根據現場流速情況設置自動記錄的時間間隔，測量前在已知點上進行坐標參數校正，保證所采集位置的準確性。開展測量時，根據布設的測線，導航到起始點后拋入水中，浮標自動記錄位置坐標，工作結束后，將數據導入電腦并用軟件處理，既避免了用船跟蹤時的人為誤差、提高了定位精度，又保障了人員和設備安全。電子浮標法表面流速流向測量見圖4。

圖4 電子浮標法表面流速與流向測量

2.3.2數據處理

根據浮標定點坐標、時間和間距，計算測點間的流速與流向，對計算結果進行合理性檢查，表面流速與流向成果展繪在灘險水下地形圖上，并置于單獨圖層，編制表面流速與流向成果統計表，包括風速、風向、最大流速、最小流速、平均流速、水位等信息。枯水期間實測的最大表面流速為5.785 ms，為2016年10月7日位于18、19號斷面帕山灘、擋弄灘段測得，此段航道水面狹窄，比降也是全航道中最大的，是全線整治重點段。

3 結語

1)采用多種設備和技術方法，對長距離山區航道整治工程中的水文測量，提出比降觀測、水文斷面測量和表面流速與流向測量等技術方案，既包括全線水文測量，又突出重點灘險水文測量，提供了完整的山區航道整治水文測量實施方案。

2)制定合理的技術方案，及時向有關國家報備和申請，分段組織管理和實施，現場根據實際情況進行技術優化，為類似跨越多國的國際合作項目提供了很好的范例。

3)電子浮標法表面流速與流向測量，具有精度高、操作簡單、安全便捷的優點，可多條測線同步實施，提高了工作效率，為山區河流激流險灘表面流速與流向測量提供了一種很好的技術方案。