胡著翱 鄧軍紅 陳凡

（1黃河水文勘察測(cè)繪局；2河南黃河勘測(cè)信息工程院）

1 引言

2019 年9 月18 日，習(xí)近平總書記在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會(huì)上講到：洪水風(fēng)險(xiǎn)依然是流域的最大威脅，小浪底水庫(kù)調(diào)水調(diào)沙后續(xù)動(dòng)力不足，水沙調(diào)控體系的整體合力無(wú)法充分發(fā)揮。“地上懸河”形勢(shì)嚴(yán)峻，下游地上懸河長(zhǎng)達(dá)800 km，上游寧蒙河段淤積形成新懸河，現(xiàn)狀河床平均高出背河地面4～6 m，其中新鄉(xiāng)市河段高于地面20 m，299 km游蕩性河段河勢(shì)未完全控制，危及大堤安全。

水庫(kù)河道淤積測(cè)驗(yàn)工作，是掌握黃河泥沙的輸移和沖淤變化過(guò)程，進(jìn)行水沙調(diào)控，解決黃河“地上懸河”和“確保河床不抬高”的基礎(chǔ)性工作，是抓住水沙關(guān)系調(diào)節(jié)這個(gè)“牛鼻子”，保障黃河長(zhǎng)久安瀾的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展上升到國(guó)家戰(zhàn)略的新形勢(shì)下，分析和展望黃河流域水庫(kù)河道淤積測(cè)驗(yàn)現(xiàn)狀和發(fā)展方向，具有重要意義。

2 淤積測(cè)驗(yàn)現(xiàn)狀

黃河流域水庫(kù)河道淤積測(cè)驗(yàn)工作歷史悠久，黃河下游河道淤積測(cè)驗(yàn)工作始于建國(guó)前的1934 年，在鐵謝～利津河段共布設(shè)河道觀測(cè)斷面51個(gè)。建國(guó)后從1951年開(kāi)始，黃河水利委員會(huì)開(kāi)始進(jìn)行系統(tǒng)的淤積測(cè)驗(yàn)工作，距今已有近70 a的歷史；水庫(kù)淤積測(cè)驗(yàn)方面，1956 年首先在鹽鍋峽水庫(kù)開(kāi)始進(jìn)行庫(kù)區(qū)淤積測(cè)驗(yàn)工作，隨著三門峽水庫(kù)的興建，在三門峽庫(kù)區(qū)開(kāi)展了系統(tǒng)的水庫(kù)淤積測(cè)驗(yàn)工作，隨后在巴家咀、劉家峽、青銅峽、三盛公等水庫(kù)相繼開(kāi)展庫(kù)區(qū)淤積測(cè)驗(yàn)工作，距今也有近60 a 的歷史。目前，該項(xiàng)工作仍持續(xù)進(jìn)行，并取得了長(zhǎng)足發(fā)展。

2.1 測(cè)驗(yàn)資料序列長(zhǎng)、內(nèi)容豐富

在幾十年的連續(xù)淤積測(cè)驗(yàn)中，幾乎沒(méi)有中斷，形成了長(zhǎng)序列的水文觀測(cè)資料，是研究黃河泥沙運(yùn)移規(guī)律、河道河床演變的基礎(chǔ)性資料，彌足珍貴。觀測(cè)內(nèi)容方面，除了常規(guī)的斷面地形測(cè)量外，還進(jìn)行了水位觀測(cè)、河勢(shì)觀測(cè)、河床質(zhì)取樣及顆分，庫(kù)區(qū)水沙因子測(cè)驗(yàn)等工作，數(shù)據(jù)內(nèi)容豐富，信息量大。同時(shí)為保證成果的統(tǒng)一性和系統(tǒng)性，黃委水文局制定了統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量檢查辦法和資料整編要求，保證了數(shù)據(jù)的精度和質(zhì)量。

2.2 測(cè)驗(yàn)斷面體系不斷完善

1951 年開(kāi)始，黃委會(huì)在黃河下游對(duì)建國(guó)前的監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行調(diào)整、增設(shè)，形成21個(gè)固定斷面，并進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)；隨著三門峽水庫(kù)和小浪底水庫(kù)的修建和運(yùn)用，開(kāi)始進(jìn)行水庫(kù)淤積監(jiān)測(cè)，同時(shí)對(duì)下游河道斷面進(jìn)行了大規(guī)模的調(diào)整和增設(shè)；黃河三角洲附近海區(qū)水深測(cè)量工作始于1969年。

截止到2018 年12 月，黃河每年定期開(kāi)展統(tǒng)測(cè)（統(tǒng)一性測(cè)驗(yàn)，每年4月、10月對(duì)所有固定斷面同時(shí)統(tǒng)一進(jìn)行測(cè)驗(yàn)）的包括三門峽、小浪底水庫(kù)和黃河下游河道固定斷面678 處，開(kāi)展黃河三角洲附近海區(qū)淤積測(cè)驗(yàn)斷面36 處，開(kāi)展不定期淤積測(cè)驗(yàn)的有萬(wàn)家寨、青銅峽、沙坡頭等水庫(kù)等。根據(jù)《全國(guó)水文基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃（2013-2020）》，到2020年底，將在伊洛沁河下游河段、黃河寧蒙河段共布設(shè)352個(gè)固定斷面。

預(yù)期到2020年底，全河固定淤積斷面數(shù)量將超過(guò)1 066處，覆蓋黃河干流2 103 km河道，占黃河干流河道總長(zhǎng)5 464 km的38%，覆蓋渭河、伊洛河和沁河等重要支流河口河道438 km，基本建立了覆蓋黃河流域重要淤積河段、水庫(kù)、支流河口和黃河三角洲附近海區(qū)完善的淤積測(cè)驗(yàn)體系。

2.3 測(cè)驗(yàn)技術(shù)和設(shè)備不斷發(fā)展

淤積測(cè)驗(yàn)主要測(cè)量斷面地形，與測(cè)繪技術(shù)密切相關(guān)。隨著測(cè)繪技術(shù)發(fā)展，斷面測(cè)量的技術(shù)方法和儀器設(shè)備也經(jīng)歷了很大的改進(jìn)。平面位置和高程測(cè)量從六分儀、經(jīng)緯儀和水準(zhǔn)儀，發(fā)展到全站儀、GNSS RTK 等數(shù)字化測(cè)量設(shè)備；水深測(cè)量從測(cè)深桿、測(cè)深錘發(fā)展到數(shù)字測(cè)深儀、水下多波束測(cè)深系統(tǒng)等，逐步實(shí)現(xiàn)了測(cè)驗(yàn)的自動(dòng)化、信息化。

截止到2018 年底，黃河流域水庫(kù)河道淤積測(cè)驗(yàn)全部采用GNSS RTK+數(shù)字測(cè)深儀的模式進(jìn)行測(cè)量。同時(shí)編制了大斷面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，構(gòu)建了數(shù)據(jù)管理和分析應(yīng)用的基礎(chǔ)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了水庫(kù)河道淤積測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、計(jì)算、整匯編一體化和自動(dòng)化。

3 存在問(wèn)題和面臨的新形勢(shì)

3.1 存在問(wèn)題

淤積測(cè)驗(yàn)工作雖然取得了一些成就，仍然存在著發(fā)展不充分不均衡等問(wèn)題。第一，存在覆蓋不全、布局不合理等問(wèn)題，例如蘭州河段、中游干流及支流入黃口河段仍是監(jiān)測(cè)空白區(qū)，萬(wàn)家寨、劉家峽等水庫(kù)還沒(méi)有納入到常規(guī)水文淤積測(cè)驗(yàn)體系中，不利于全流域系統(tǒng)分析和研究。第二，下游水庫(kù)河道斷面布設(shè)時(shí)間長(zhǎng)，隨著河勢(shì)變化，存在部分?jǐn)嗝娲硇圆蛔悖瑪嗝骈g距整體偏大等問(wèn)題。第三，測(cè)驗(yàn)現(xiàn)代化水平不高，技術(shù)設(shè)備、測(cè)驗(yàn)?zāi)Ｊ?、服?wù)能力等方面還不能適應(yīng)新形勢(shì)需求。

3.2 面臨的新形勢(shì)

黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展國(guó)家戰(zhàn)略新形勢(shì)下，黃委會(huì)為破解灘區(qū)治理難題，制定了“5 a 一遇洪水不上灘、20 a 一遇洪水不進(jìn)村”，抓好299 km 游蕩性河段治理的新目標(biāo)；左其亭將大量連續(xù)水文觀測(cè)，揭示黃河泥沙分布規(guī)律、產(chǎn)生過(guò)程、影響因素、水沙關(guān)系以及作用機(jī)制等作為落實(shí)國(guó)家戰(zhàn)略的重大科技問(wèn)題；水文現(xiàn)代化建設(shè)要求水文測(cè)驗(yàn)要廣泛應(yīng)用自動(dòng)化、信息化和智能化技術(shù)，提供更全、更快、更準(zhǔn)的檢測(cè)信息和內(nèi)容豐富、形象直觀的服務(wù)產(chǎn)品。黃河水文將實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)手段自動(dòng)化、信息采集立體化、數(shù)據(jù)處理智能化、服務(wù)產(chǎn)品多樣化作為黃河水文事業(yè)發(fā)展目標(biāo)。

這些新形勢(shì)、新要求，都需要黃河流域水庫(kù)河道淤積測(cè)驗(yàn)不斷變革發(fā)展，提供頻次更高、覆蓋面更廣、數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確、內(nèi)容更豐富的數(shù)據(jù)。

3.3 新技術(shù)促進(jìn)發(fā)展變革

近年來(lái)，以GNSS、GIS、RS 為代表的測(cè)繪技術(shù)取得了巨大進(jìn)步?；诒倍沸l(wèi)星系統(tǒng)的千尋位置地基增強(qiáng)系統(tǒng)、高光譜衛(wèi)星遙感技術(shù)、無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)、InSAR 合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)、激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)、多波束水下測(cè)深系統(tǒng)、水文測(cè)量機(jī)器人系統(tǒng)等一批先進(jìn)的陸地和水下測(cè)量技術(shù)設(shè)備不斷涌現(xiàn)。地形數(shù)據(jù)獲取從原來(lái)的單點(diǎn)、斷面線逐步擴(kuò)大到區(qū)域全地形獲取，獲取的信息也從單純的空間位置擴(kuò)展到可見(jiàn)光影像、紅外影像、干涉圖譜、光譜特性、水深等，數(shù)據(jù)獲取的時(shí)效性、精度、效率、覆蓋面都大大提高，促使淤積測(cè)驗(yàn)?zāi)Ｊ桨l(fā)生變革。

4 發(fā)展展望

4.1 測(cè)驗(yàn)體系建設(shè)方面

增設(shè)黃河蘭州河段、中游干流和重要支流入黃口河段淤積測(cè)驗(yàn)斷面，填補(bǔ)黃河泥沙淤積監(jiān)測(cè)空白區(qū)；將龍羊峽、劉家峽、萬(wàn)家寨等水庫(kù)淤積測(cè)驗(yàn)納入常規(guī)水文監(jiān)測(cè)范圍，保證觀測(cè)資料的連續(xù)性；根據(jù)黃河下游游蕩型河道和彎曲型河道的特點(diǎn)，優(yōu)化、調(diào)整和加密黃河下游測(cè)驗(yàn)斷面布局，提高淤積測(cè)驗(yàn)精度。

4.2 技術(shù)手段方面

普及無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量和無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)技術(shù)，進(jìn)行灘地地形測(cè)量；水下部分采用無(wú)人船+測(cè)深儀或多波束測(cè)深系統(tǒng)獲取水下全地形數(shù)據(jù)；水庫(kù)邊界、河道河勢(shì)信息利用遙感技術(shù)自動(dòng)、快速獲取。這些技術(shù)可以快速高效進(jìn)行斷面測(cè)量，同時(shí)具備水上水下一體化全地形測(cè)量能力，可滿足機(jī)動(dòng)測(cè)量和水文應(yīng)急監(jiān)測(cè)需要。結(jié)合新技術(shù)發(fā)展，研究藍(lán)綠光源激光雷達(dá)、探地雷達(dá)等非接觸式測(cè)深新技術(shù)，通過(guò)搭載無(wú)人機(jī)平臺(tái)，真正實(shí)現(xiàn)水上水下一體化全自動(dòng)測(cè)量。

4.3 測(cè)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒矫?/h3>

在現(xiàn)有統(tǒng)測(cè)模式基礎(chǔ)上，每隔3-5 a 進(jìn)行1 次水上水下全地形測(cè)量。由于影響固定斷面法淤積測(cè)驗(yàn)精度的主要因素是斷面間距和河道灘槽劃分位置，可利用全地形數(shù)據(jù)，重新率定這些參數(shù)，提高斷面法沖淤量計(jì)算精度；同時(shí)調(diào)整不具代表性的斷面位置，合理增減斷面，優(yōu)化斷面布局。

4.4 服務(wù)能力方面

圍繞黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展國(guó)家戰(zhàn)略需求，在斷面測(cè)量的基礎(chǔ)上，充分利用衛(wèi)星遙感、InSAR、無(wú)人機(jī)航測(cè)、多波束測(cè)深等技術(shù)手段，加強(qiáng)全流域地形監(jiān)測(cè)，提供沖淤量空間分布情況、河道河勢(shì)、產(chǎn)匯流下墊面、生態(tài)植被覆蓋等數(shù)據(jù)，為黃河流域“四水”同治和“確保河床不抬高”提供豐富的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。