一、概述
为了开发河流水利资源，进行发电、防洪、灌溉、航运等工程的规划与设计，必须知道河流水面坡降和过水断面的大小，了解水下地形情况。河道测量的主要任务和目的，就是进行河道纵、横断面测量和水下地形测量，为工程规划与设计提供必要的河道纵、横断面图和水下地形图。
河道纵断面图是河道纵向各个最深点（又称深泓点）组成的剖面图，图上包括河床深泓线、归算至某一时刻的同时水位线、某一年代的洪水位线、左右堤岸线以及重要的近河建筑物等要素。河道横断面图是垂直于河道主流方向的河床剖面图，图上包括河谷横断面、施测时的工作水位线和规定年代的洪水位线等要素。河道横断面图及其观测成果同时是绘制河道纵断面图和水下地形图的直接依据；特别是河道纵断面图，完全是依据河道横断面图绘制的。
在河道测量中，除了部分陆上测量工作外，主要是水下部分的测量工作。由于人们不能直接观察到水下地形情况，因此不能依靠直接测定地形特征点来绘制河道纵横断面图和水下地形图，必须采用均匀测点法来进行绘制；水下地形点的平面位置和高程也不像陆上地面点那样可以直接测量，而必须通过水上定位和水深测量进行确定。在深水区和水面很宽的情况下，水深测量和测深点平面位置的确定是一项比较困难的工作，需要采用特殊的仪器设备和观测方法。因此，本章在介绍河道纵横断面和水下地形测量前，必须重点介绍水位测量、水深测量和测深点的定位方法。
二、水位测量
水位即水面高程。在河道测量中，水下地形点的高程是根据测深时的水位减去水深求得的，因此，测深时必须进行水位观测。这种测深时的水位称为工作水位。由于河流水位受各种因素的影响而时刻变化，为了准确地反映一个河段上的水面坡降，需要测定该河段上各处同一时刻的水位，这种水位称为同时水位或瞬时水位。此外，由于大量降雨或融雪影响，河水超过滩地或漫出两岸地面时的水位，称为洪水位。洪水位是进行水利工程设计和沿河安全防护必不可少的基本依据，在河道测量时必须进行洪水调查测量，提供某一年代的最大洪水高程。
图9-8 水尺
（一）工作水位的测定
在进行河道横断面或水下地形测量时，如果作业时间很短，河流水位又比较稳定，可以直接测定水边线的高程作为计算水下地形点高程的起算依据。如果作业时间较长，河流水位变化不定时，则应设置水尺随时进行观测，以保证提供测深时的准确水面高程。
水尺一般用搪瓷制成，长1m，尺面刻划与水准尺相同。设置水尺时，先在岸边水中打入一个长木桩，桩侧钉上水尺，使水尺零点浸入水面以下0.3～0.5m，尺面侧向岸边以便观测（见图9-8）。然后根据邻近水准点用四等水准测量接测水尺零点的高程。水位观测时，将水面所截的水尺读数加上水尺零点高程即为水位。
（二）同时水位的测定
测定同时水位的目的，是为了了解河段上的水面坡降。
对于较短河段，为了测定其上、中、下游各处的同时水位，可由几人约定按同一时刻分别在这些地方打下与水面齐平的木桩，再用四等水准测量从临近的已知水准点引测确定各桩顶的高程，即得各处的同时水位。
在较长河段上，各处的同时水位通常由水文站或水位站提供，不需另行测定。如果各站没有同一时刻的直接观测资料，则须根据水位过程线和水位观测记录，按内插法求得同一时刻的水位。
（三）洪水调查测量
进行洪水调查时，应请当地年长居民指点亲身目睹的最大洪水淹没痕迹，回忆发水的具体日期。洪水痕迹高程用五等水准测量从临近的水准点引测确定。
洪水调查测量一般应选择适当河段进行。选择河段应注意以下几点：
（1）为了满足某一工程设计需要而进行洪水调查时，调查河段应尽量靠近工程地点。
（2）调查河段应当稍长，并且两岸最好有古老村落和若干易受洪水浸淹的建筑物。
（3）为了准确推算洪水流量，调查段内河道应比较顺直，各处断面形状相近，有一定的落差；同时应无大的支流加入，无分流和严重跑滩现象，不受建筑物大量引水、排水、阻水和变动回水的影响。
在弯道处，水流因受离心力的作用，凹岸（外弯）水位通常高于凸岸（内弯）水位而出现横比降，其两岸洪水位之差有的可达3m以上（如甘肃茹河镇附近的蒲河弯道，曾调查到洪水时河面宽122m，两岸水位相差3.7m）。根据弯道水流的特点，应在两岸多调查一些洪水痕迹，取两岸洪水位的平均值作为标准洪水位。
三、水深测量
水深即水面至水底的垂直距离。为了求得水下地形点的高程，必须进行水深测量。水深测量常用的工具有测深杆、测深锤和回声测声仪等。
（一）测深杆
测深杆简称测杆。一般用长6～8m、直径5cm左右的竹竿制成。从杆的底端起，以不同颜色相间标出每分米分划，每1m处都有注记。底部有一直径10～15cm的铁制底盘，用以防止测深时测杆下陷而影响测深精度（见图9-9）。测杆宜在水深5m以内，流速和船速不大的情况下使用。测深时，将测杆斜向上游插入水中，当杆端到达河底且与水面成垂直时读取水面所截杆上读数，即为水深。
（二）测深锤
测深锤又称水铊，由重约4～8kg的铅锤和长约10m左右的测绳组成（见图9-10）。铅锤底部通常有一凹槽，测深时在槽内涂上牛油，可以粘取水底泥沙，借以判明水底泥沙性质，验证测锤是否到水底。测绳由纤维制成，以分米为间隔，系有不同颜色的分米标记；在整米处扎以皮条，注记米数。测深锤适用于水深10m以内，流速小于1m/s的河道测深。
图9-9 测深杆
图9-10 测深锤
（三）回声测深仪
1.回声测深仪的主要构造和测深原理
回声测深仪是根据超声波能在均匀介质中匀速直线传播，遇到不同介质面则产生反射的特性设计制造的一种测深仪器，主要由激发器、换能器、放大器、记录显示设备和电源等部件组成（见图9-11）。由激发器产生的电脉冲经换能器转换为超声波发射到水底，声波从水底反射回来又被换能器接收转换为电脉冲。从声波发射到接收这段时间t，由发声脉冲信号和收声脉冲信号推动记录器进行记录，并根据声波在水中的传播速度v（平均1500m/s）自动转换为水深h，以数字形式或图像形式显示出来。声速v、往返时间t与水深h的关系为
按照使用要求不同，回声测深仪可以设计成便携式和固定式。便携式测深仪用于非固定船只上，将激发器、放大器和记录显示器装配在一个机壳内（称为主机），一般发射和接收共用一个换能器，因此整个仪器比较小巧轻便。固定式测深仪用于专业测量船及自动导航舰船上，激发器、放大器和记录显示器设计成分离式，分别安装在舱内的桌上或墙上；发射和接收各用一个换能器，分别安装在船底左右两边同一水平线上。
按照水深显示方法，回声测深仪可分为直读式和记录式两种；但现代回声测深仪一般同时具备直读和记录两种功能。直读式回声测深仪（如上海超声波仪器厂生产的CS—2型和CS—2A型）以数字连续显示水深，直接从数码管上读取，使用比较简单。下面重点介绍记录式回声测深仪。
2.记录式回声测深仪
记录方式有直线时基式和圆周时基式两种，由于后者抗干扰性强，能够直观河床形状，且容易使记录转速适应声速的变化，故被广泛采用。
图9-11 回声测深仪的主要构件和测深原理
圆周时基式记录构件如图9-12所示。记录笔臂A固定在转轴P上，当P由稳速电动机带转时，A跟随转动。P轴上安有触发盘及触发片；当P（或A）转动某一角度时，触发片接通电路，发射换能器即向下发射超声波，笔尖在x0处放电，将能导电的干式石墨纸烧成黑色痕迹，此即零位记号（称发声点）。当声波反射回来后，记录笔匀速地转到了x1，回声信号推动触发片接通电路，笔尖又在x1处放电烧下黑迹，此即收声记号（称收声点）。从收声点至发声点之间的长度按比例尺换算后即为水深。因记录纸是由稳速电动机带动而作相应移动的，如此继续工作，记录纸上便留下一条零位线和一条反映水深（即河底起伏）的收声线。当要获得定点水深时，只要配合测船定位，按一下控制开关，记录纸上便出现一条弧线，称为定点线；定点线与收声线的交点就是定位处的水深点，按比例尺量取它至零位线的距离就是定位点的水深。水深的换算比例尺是根据记录笔转动的角速度与声波传播速度的关系制作的，又称量深尺。在图9-12中，用量深尺量得某定位点水深的读数为8.8m。在一定转速条件下，记录纸面能记录的最大水深有一定限度；为了扩大测记水深的范围，一般根据记录笔的有效角度（对应记录纸面宽度）分设几个触发线圈，超过某一深度时，改换档次进行测量。
图9-12 圆周时式记录构件和读深方法
3.回声测深仪的使用
回声测深仪类型较多，具体用法在相应产品说明书中都有说明。下面只谈两个主要问题：
（1）水温影响改正。因声速随水温变化，在测深时应进行水温改正。一般采取调整电机转速，使测深时的转速n适应于现场水温下的声速v，达到自动改正以求得正确水深的目的。令设计时采用的声速为v0，电机转速为n0，则测深时的转速应调为：n=vn0/v0。
（2）换能器的安置。水中气泡能阻止和吸收超声波，为了避免气泡干扰，换能器应固定在离开船头约为船长1/3～1/2的地方，并浸入水面0.5m左右。此时，在所测水深中应加入换能器的吃水深度。
四、河道纵横断面测量
在河道纵横断面测量中，主要工作是横断面图的测绘。河道横断面图及其观测成果即是绘制河道纵断面图的直接依据。
（一）河道横断面图的测绘
1.断面基点的测定
代表河道横断面位置并用作测定断面点平距和高程的测站点，称为断面基点。在进行河道横断面测量之前，首先必须沿河布设一些断面基点，并测定它们的平面位置和高程。(www.xing528.com)
（1）平面位置的测定。断面基点平面位置的测定有两种情况：
1）专为水利、水能计算所进行的纵、横断面测量，通常利用已有地形图上的明显地物点作为断面基点，对照实地打桩标定，并按顺序编号，不再另行测定它们的平面位置。对于有些无明显地物可作断面基点的横断面，它们的基点须在实地另行选定，再在相邻两明显地物点之间用视距导线测量测定这些基点的平面位置，并按量角器展点法在地形图上展绘出这些基点。根据这些断面基点可以在地形图上绘出与河道主流方向垂直的横断面方向线。
2）在无地形图可资利用的河流上，须沿河的一岸每隔50～100m布设一个断面基点。这些基点的排列应尽量与河道主流方向平行，并从起点开始按里程进行编号，如图9-13所示。各基点间的距离可按具体要求分别采用视距、量距、解析法测距或红外仪测距的方法测定；在转折点上应用经纬仪观测水平角（左角），以便在必要时（如需测绘水下地形图时）按导线计算各断面点的坐标。
图9-13 河道横断面基点的布设
（2）高程的测定。断面基点和水边点的高程，应用五等水准测量从邻近的水准基点进行引测确定。如果沿河没有水准基点，则应先沿河进行四等水准测量，每隔1～2km设置一个水准基点。
图9-14 横断面方向的标定
2.横断面方向的确定
在断面基点上安置经纬仪，照准与河道主流垂直的方向，倒转望远镜在本岸标定一点作为横断面后视点，如图9-14所示。由于相邻断面基点的连线不一定与河道主流方向恰好平行，所以横断面不一定与相邻基点连线垂直，应在实地测定其夹角，并在横断面测量记录手簿上绘一略图注明角值，以便在平面图上标出横断面方向。
为使测深船在航行时有定向的依据，应在断面基点和后视点插上花杆。
3.陆地部分横断面测量
在断面基点上安置经纬仪，照准断面方向，用视距法依次测定水边点、地形变换点和地物点至测站点的平距及高差，并算出高程。在平缓的匀坡断面上，应保证图上1～3cm有一个断面点。每个断面都要测至最高洪水位以上；对于不可到达处的断面点，可利用相邻断面基点按前方交会法进行测定。
4.水下部分横断面测量
横断面的水下部分，需要进行水深测量，根据水深和水面高程计算断面点的高程。水下断面点（水深点）的密度视河面宽度和设计要求而定，通常应保证图上0.5～1.5cm有一点，并且不要漏测深泓线点。这些点的平面位置（即对断面基点的距离）可用下述方法测定：
（1）视距法。当测船沿断面方向驶到一定位置需测水深时，即将船稳住，竖立标尺，向基点测站发出信号，双方各自同时进行有关测量和记录（包括视距、截尺、天顶距、水深），并互报点号对照检查，以免观测成果与点号不符。断面各点水深观测完后，须将所测水深按点号转抄到测站记录手簿中。
（2）角度交会法。由于河面较宽或其他原因不便进行视距测量时，可以采用角度交会法测定水深点至基点的距离。如图9-15所示，由断面基点量出一条基线b（应不小于河宽的一半），测定基线与断面方向的夹角α。将经纬仪安置在基线的另一端点B上，照推断面基点并使水平度盘置数为0°00′00″。当测船沿断面方向驶到测深点位置P时，即发出观测信号，经纬仪便照准测深位置（如测深绳），读取水平角β。然后按下式解算测深点至断面基点的距离D
图9-15 角度交会法
（3）断面索法。如图9-16所示，先在断面方向靠两岸水边打下定位桩，在两桩间水平地拉一条断面索，以一个定位桩作为断面索的零点，从零点起每隔一定间距（如2m）系一布条，在布条上注明至零点的距离。测深船沿断面索测深；根据索上的距离加上定位桩至断面基点的距离即得水深点至基点的距离。
图9-16 断面索法
河道横断面测量记录如表9-4所示。记录时要分清断面点的左右位置：以面向下游为准，位于基点左侧的断面点按左1、左2…编号；位于基点右侧的断面点按右1、右2…编号。
表9-4 河道横断面测量手簿
5.河道横断面图的绘制
河道横断面图的绘制方法与渠道横断面图的绘制方法基本相同，也是用印有毫米方格的坐标纸绘制。横向表示平距，比例尺一般为1∶1000或1∶2000；纵向表示高程，比例尺为1∶100或1∶200。绘制时应当注意：左岸必须绘在左边，右岸必须绘在右边，因此，绘图时通常以左岸最末端的一个断面点作为平距的起算点，标绘在最左边，将其他各点对断面基点的平距换算成对左岸断面端点的平距，再去展绘各点。
在横断面图上应绘出工作水位（即实测水位）线；调查了洪水位的地方应绘出洪水位线，如图9-17所示。
（二）河道纵断面图的绘制
图9-17 河道横断面图
河道纵断面图是根据各个横断面的里程桩号（或从地形图上量得的横断面间距）及河道深泓点、岸边点、堤顶（肩）点等的高程绘制而成。在坐标纸上以横向表示平距，比例尺为1∶1000～1∶10000；纵向表示高程，比例尺为1∶100～1∶1000。为了绘图方便，事先应编制纵断面成果表，表中除列出里程桩号和深泓点、左右岸边点、左右堤顶的高程等外，还应根据设计需要列出同时水位和最高洪水位。绘图时，从河道上游断面桩起，依次向下游取每一个断面中的最深点展绘到图上，连成折线即为河底纵断面；按照类似方法绘出左右堤岸线或岸边线、同时水位线和最高洪水位线（见图9-18）。
五、水下地形测量
水下地形测量是在陆地控制测量基础上进行的。水下地形点平面位置和高程的测定方法与河道横断面水下部分的测量方法基本相同。
（一）水下地形点的密度要求与布设方法
1.水下地形点的密度要求
由于不能直接观察水下地形情况，只能依靠测定较多的水下地形点来探索水下地形的变化规律。因此，通常须保证图上1～3cm有一个水下地形点：沿河道纵向可以稍稀，横向应当较密；中间可以稍稀，近岸应当稍密。但必须探测到河床最深点。
2.水下地形点的布设方法
（1）断面法。按水下地形点的密度要求，沿河布设横断面。断面方向尽可能与河道主流方向垂直，测量方法与前面所述基本相同。
（2）散点法。水面流速较大时，一般采用散点法。此时，测船不断往返斜向航行，每隔一定距离测定一点，如图9-19所示：先由1顺水斜航至2，再由2顺水斜航至7；然后自7沿岸逆航至3，再由3顺水斜航至4…，如此连续进行，在每条斜航路线上以尽快的观测速度测定一些水下地形点。
（二）水下地形点的施测
水下地形点的施测，可根据具体情况选用前面所介绍的任一种方法。但因水下地形点不必位于规定断面方向，布点比较自由，所以常采用前方交会测定其平面位置。
图9-18 河道纵断面图
图9-19 散点法船行路线示意图
图9-20 经纬仪前方交会法
如图9-20所示，在控制点A、B各安置一部经纬仪，互以对方为后视，使水平度盘置数为零，然后照准测船上测深点位标旗，随船转动，至船上发出观测信号时，两部仪器同时读取水平度盘读数并记入手簿。
由于前方交会作业人员多，首先必须明确分工和相互联系的方法，并由船上统一指挥。每测若干点（如10点左右）三方应对照一下点号和各自的记录数据，必须保证互相对应。
（三）水下地形图的绘制
在绘图之前，应对所有外业观测资料进行汇总和检查。测角和测深记录、测点总数和编号次序必须完全一致。检查完后，根据工作水位和所测水深算出各测点高程，并用量角器在相应控制点上量出相应水平角，根据角边交会出测点位置，注上高程，再勾绘水下等高线。勾绘水下等高线的方法与陆上测图完全相同，只是一般要求用虚线勾绘。
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