澜沧江—湄公河航道二期整治项目水文测量实施方案

江木春，韩亚民，李 勇

(中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北 武汉430060)

山区航道具有落差大、水流湍急、流速大、水情复杂等特点，其水文测量资料的完整性和正确性直接影响航道整治方案的设计和施工。澜沧江—湄公河航道二期整治项目位于澜沧江—湄公河干流中游，全长631 km，自中缅边境243号界碑至老挝琅勃拉邦河段，穿越中国、缅甸、泰国、老挝4个国家。航道枯水期水面高程280～500 m，落差220余米，是典型的山区国际航道。大部分航道经过山区，谷底被水流切割较深，主要呈V字形，地形起伏较大。整治项目主要包括158道滩险整治、设置导助航标志及其他配套工程等。此段航道跨越多国，同时也是多国的界河，水文测量受多国审批的影响较大，工作协调困难，在工作实施前考虑各种因素，制定了多种技术方案，配备多种先进的设备，及时向有关国家的外交、交通、环保和水利等部门报备和申请，并派专人进行沟通和协调，分段组织管理和实施，同时根据现场实际情况进行优化，安全顺利地完成了全部航道测量工作。本次水文测量主要是枯水期航道水文测量，包括比降观测、水文断面测量和表面流速与流向测量等[1]。

1 水文观测内容和技术要求

1.1 比降观测

比降观测包括航道全线的比降观测和滩险加密比降观测，滩险加密比降观测须与附近的全线基本水尺进行同步联测，比降观测设置的水尺数量根据现场实际情况确定[2]。全线比降观测可分段实施，须有一定数量的公共点观测，全线基本水尺每次观测时长不少于72 h，每整小时观测1次，部分基本水尺还须进行中、洪水期同步观测[3]。

1.2 水文断面测量

水文断面测量包括流量断面测量和大断面测量。流量断面测量包括沿航道全线布置的流量断面以及为满足典型险滩模型试验而布设的滩险流量断面，测量断面上5条垂线流速流向。大断面测量是在全线基本水尺附近进行地形大断面测量[4]。

1.3 表面流速与流向测量

表面流速与流向测量主要是针对需要开展模型试验的19个典型滩群(含单个滩险)进行，流线数量根据现场实测情况进行调整。表面流速与流向测量应与典型滩险的水文断面测量和水位观测同步进行。

2 水文测量的实施方法

2.1 比降观测

2.1.1全线比降

全线比降水尺沿航道每10 km均匀布置，尽量靠近滩险位置，并特别兼顾甲等滩、乙等滩等重要滩险布设，现场根据实际情况进行合理调整，共布设61个全线比降水尺。老缅段全线比降水尺点分布见图1。

图1 老缅段全线比降水尺分布

不同水期(枯水、中水、洪水)均有比降观测需要，受外界自然条件限制和上游水库下泄流量的影响，基于航道沿线国家工作批准不同步的客观现实，全线比降观测只能分段分期进行观测。各期比降观测水尺位置保持一致，不同测段的比降水尺有部分水尺为共用水尺，建立不同测段之间的相互关系。全线比降水尺同步观测时长不少于72 h，每整小时观测1次，全线比降观测部分成果见表1。

表1 全线比降观测成果

全线现场枯水期观测期内航道水面高495～273 m，落差222 m，平均比降为0.352 mkm；现场实测最大比降0.862 mkm，位于航道上游老缅段18～22号滩之间，此段航道两岸地势险要，河面狭窄，水流湍急；最小比降0.107 mkm，位于航道下游老挝内河段149～150号滩之间，河面逐渐变宽，水流平缓。全线航道比降偏大，属于典型山区河流比降，其上游比降明显大于下游比降。

2.1.2滩险比降

滩险比降观测采用设立水尺同步观测的方法。每个滩险都布设了比降观测点，比降观测点不少于2个，纵比降明显变化的滩险段增设了加密比降观测点，横比降明显的水域在左右岸也布设了比降观测点，72～74号滩加密比降水尺布设见图2。BS-SC-38为全线比降观测和滩险比降观测的公用基本水尺，滩险成果可与全线比降成果进行关联[1]。

图2 滩险加密比降水尺布设

需要进行模型试验的滩险比降水尺严格按照要求进行布设，比降观测时与滩险ADCP(多普勒流速剖面仪)走航测量同步，72～74号滩险的部分加密水尺比降观测成果见表2。

表2 滩险比降观测成果

所有滩险比降水尺均与附近的全线基本比降水尺进行同步观测，建立两者之间的数据关系，以便数据的分析利用。比降观测选择稳定水期，一般不少于4组观测，对于重点滩险比降进行不同水期的补充比降观测。

2.1.3观测方法

比降观测采用人工观测和水位仪自动观测相结合的测量方案。观测点选择水流平稳、不易淤积、波浪影响小的水域。观测点均按图根水准精度进行水位联测，包括联测水尺零点高程以及直接获取水位高2种方式。采用三角高程接测、水准接测、实时动态差分(RTK)接测3种方式，多次测量取平均值作为接测结果，且不定时对部分接测成果进行重复接测或多种方法相互验证的方法，确保水位接测的精度。

人工观测时按要求的时间间隔读取水尺读数，精确到厘米，取平均值进行记录。水位仪自动观测采用英国AQUAlogger 520水位自动记录仪，通过配套软件对水位自动记录仪进行设置，投放到选定的比降观测点后，按一定的时间间隔自动记录数据，获取连续的水位。

2.1.4数据处理

对于比降观测，在外业水位观测和内业计算时均精确到0.01 m，所有数据归算至统一的高程基准，最终形成数据报表，对于所获取的比降观测数据，通过人工对现场结果进行抽查，并分析合理性，对于存在疑问的数据进行核查或复测检查，确保成果质量。比降观测成果资料最终以成果报表的形式提供，成果内容包括比降观测站点坐标、观测日期、时间、水位等信息。

2.2 水文断面测量

2.2.1ADCP走航测量

ADCP走航测量是为了获取断面的流量，对于滩险水文断面，还需要获取断面垂线流速与流向成果。全线水文断面在每个大的支流口附近均布置1个，同时按照每20～50 km加密布设，并尽量靠近滩险原则进行，位置选取时选择航道平直且无复杂流态的位置，并避开不良流态。滩险水文断面根据模型试验需求进行布设，在现场根据实际情况略微调整。老挝内河段部分全线水文断面布设见图3。

图3 全线水文断面布设

ADCP走航测量包括全线和滩险水文测量，测量时均与水位比降观测同步开展。滩险水文ADCP走航测量还与表面流速与流向测量同步开展，测量时测流断面尽可能同水流流向垂直。采用ADCP联合GPS-RTK同步作业的方法进行。ADCP沿水文断面走航测量过程中连续向水体及河底发射声脉冲，测出船相对于水流及河床的速度，两者矢量差即为水流相对于河床的速度。采用GPS-RTK方法对走航ADCP进行导航定位，并记录相应轨迹，标识在地形图上并同时提供实测位置坐标。

测验前查勘断面的通航情况和断面最大水深，设定ADCP参数；测船在GPS实时导航下按预置的断面线进行施测，两岸测至ADCP盲区水深处，以提高测量精度；每次施测均从左岸→右岸、右岸→左岸施测，取所测断面流量的平均值作为实测流量值，并对施测过程中相关数据现场记录。

在ADCP走航测量的同时同步观测比降水尺水位，对于滩险水文同步开展表面流速与流向测量。为满足不同水期的研究需要，对部分断面进行了不同水期的流量测量，老挝内河段部分ADCP走航测量成果见表3。

表3 ADCP走航测量成果

2.2.2大断面测量

大断面测量主要针对全线水文中各全线比降水尺而言，其工作内容是开展水下和陆域地形大断面测量，其目的是满足模型试验的需求。大断面测量采用横断面法施测，分为陆域和水域部分：陆域部分采用GPS-RTK的方式进行测量，测至最高洪水位以上；水域部分按照水深测量的要求，测点的平面位置采用GPS-RTK定位，水深采用HY1600数字测深仪施测，使用测量导航软件进行导航，平面坐标和水深同步采集。水深测量在风浪较小的时间进行，且往返测量多次以保证断面测量精度，水陆交界部分注重检测。

对于大断面测量成果的数据处理，采用CAD软件进行数据处理。水、陆域转换为统一的高程基准，由于断面宽度不一致，根据不同需求提取，提供整体的大断面数据文件。水文断面成果资料最终以成果报表的形式提供，成果内容包括水文断面流量、断面位置信息、观测日期、水位、垂线流速、流向等信息。如54～56号滩断面流量成果见表4。

表4 54～56号滩断面流量成果

滩险水文ADCP断面，提取垂线流速与流向成果，本航道河段宽度较窄，但根据规范要求，沿断面方向均匀布设5个垂线，整理流速、流向值，处理完成后，通过手工对部分计算结果进行合理性检查，提交断面垂线流速与流向成果。

2.3 表面流速与流向测量

2.3.1电子浮标法

表面流速与流向主要是测量航道在自然状态下的水流速度和方向。表面流速与流向测量须选择无风或小风天观测，观测时起始断面的浮标要尽量均匀施放，与滩险比降观测同步开展。表面流速与流向测量布设方案遵循主槽不少于3条、支汊不少于1条的原则，投放浮标位置和观测结束位置均选于水流平缓处。对于部分比较长的滩群，采用多个测量组分段开展表面流速与流向测量，以便缩短测量时间，测线的布设根据滩群实际情况，选择水流平缓处进行分段布设，同时保证交接处有一定的重合段。

电子浮标法是采用浮标自动记录自身位置的方法，精度高、操作简单、安全便捷、可多条测线同步实施、可提高工作效率，特别适合山区激流险滩，克服了常规船舶跟踪法和前方交会法实施困难的问题，保障人员和设备安全。根据现场流速情况设置自动记录的时间间隔，测量前在已知点上进行坐标参数校正，保证所采集位置的准确性。开展测量时，根据布设的测线，导航到起始点后抛入水中，浮标自动记录位置坐标，工作结束后，将数据导入电脑并用软件处理，既避免了用船跟踪时的人为误差、提高了定位精度，又保障了人员和设备安全。电子浮标法表面流速流向测量见图4。

图4 电子浮标法表面流速与流向测量

2.3.2数据处理

根据浮标定点坐标、时间和间距，计算测点间的流速与流向，对计算结果进行合理性检查，表面流速与流向成果展绘在滩险水下地形图上，并置于单独图层，编制表面流速与流向成果统计表，包括风速、风向、最大流速、最小流速、平均流速、水位等信息。枯水期间实测的最大表面流速为5.785 ms，为2016年10月7日位于18、19号断面帕山滩、挡弄滩段测得，此段航道水面狭窄，比降也是全航道中最大的，是全线整治重点段。

3 结语

1)采用多种设备和技术方法，对长距离山区航道整治工程中的水文测量，提出比降观测、水文断面测量和表面流速与流向测量等技术方案，既包括全线水文测量，又突出重点滩险水文测量，提供了完整的山区航道整治水文测量实施方案。

2)制定合理的技术方案，及时向有关国家报备和申请，分段组织管理和实施，现场根据实际情况进行技术优化，为类似跨越多国的国际合作项目提供了很好的范例。

3)电子浮标法表面流速与流向测量，具有精度高、操作简单、安全便捷的优点，可多条测线同步实施，提高了工作效率，为山区河流激流险滩表面流速与流向测量提供了一种很好的技术方案。