數(shù)字化地形圖在堤防工程災(zāi)后重建中的作用

丁建琴

（甘肅省蘭州市水電勘測設(shè)計院，甘肅 蘭州730030）

1 引言

2008年5月12日汶川特大地震，2010年8月8日舟曲特大泥石流的發(fā)生，白龍江兩岸河堤受損嚴(yán)重。在白龍江重要堤防工程勘測中，摒棄了傳統(tǒng)人工成圖作業(yè)方式，對河道進(jìn)行了比例尺為1∶2000的地形圖的繪制，大斷面繪制、治導(dǎo)線的布設(shè)全面采用數(shù)字化成圖技術(shù)。測繪數(shù)字化作業(yè)，大大縮短了成圖周期。設(shè)計人員可直接在AutoCAD平臺上進(jìn)行設(shè)計，確保了成果質(zhì)量，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

白龍江是嘉陵江上游最大的一條支流，位于北緯32．5°～34．5°，東經(jīng)102．5°～105．7°之間，流經(jīng)甘肅省的迭部、舟曲、武都、文縣。白龍江流域的河堤在汶川特大地震中受到不同程度的損壞。舟曲泥石流的發(fā)生使得河道內(nèi)淤泥堆積，河床抬高，因此，修復(fù)、加固河堤，清除淤泥刻不容緩。

數(shù)字化地形圖使數(shù)字技術(shù)賦予地形圖更豐富的內(nèi)涵，它是有關(guān)地形的空間信息組合，以計算機(jī)硬盤等為存貯介質(zhì)，以圖形文件的形式提交給設(shè)計人員。數(shù)字化測圖是以傳統(tǒng)的白紙測圖原理為基礎(chǔ)，以全站儀、計算機(jī)及外圍設(shè)備為工具，采用數(shù)字庫技術(shù)和圖形處理方法，實現(xiàn)一套野外數(shù)據(jù)采集到內(nèi)業(yè)制圖的全過程的自動化測量制圖系統(tǒng)，稱為數(shù)字化測圖系統(tǒng)。它的實質(zhì)是解析測圖，實現(xiàn)了將圖形的模擬量（地面模型）轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，經(jīng)計算機(jī)對數(shù)字量進(jìn)行處理，得到內(nèi)容豐富的電子地圖。

2 數(shù)字化地形圖應(yīng)用的意義

河道整治主要是通過整治建筑物和其它措施，防止河道沖蝕、改道和淤積，使河流的外形、水流形態(tài)和演變過程都能滿足防洪、航運(yùn)、工農(nóng)業(yè)用水等方面的要求。一般防治洪水的措施是，采用“上攔下排，兩岸分滯”的工程體系?！吧蠑r”就是在山地丘陵地區(qū)進(jìn)行水土保持，攔截水土，有效地減少地面徑流；在干、支流的中上游興建水庫攔蓄洪水，調(diào)節(jié)徑流，控制下泄流量不超過下游河道的過流能力。上攔是一種防洪治水的治本措施，不僅有效地防治洪水，而且可以綜合地開發(fā)利用水土資源?！跋屡拧本褪鞘杩：拥?，修筑堤防，提高河道的泄洪能力，減輕洪水威脅。這是治標(biāo)的辦法，不是長治久安之道。但是，在上游攔蓄工程沒有完全控制洪水之前，筑堤防洪仍是一種重要措施，而且要加強(qiáng)汛期的防護(hù)工作，確保安全?！皟砂斗譁笔窃谘睾觾砂哆m當(dāng)?shù)攸c，修建分洪閘、引洪道、滯洪區(qū)等，將超過河道安全泄量的洪峰流量，經(jīng)分洪閘、引洪道分流到該河道下游或其他水系，或者蓄于低洼地區(qū)（滯洪區(qū)），以保證河道兩岸保護(hù)區(qū)的安全。

河道治理一般說的就是“下排”，其目的是穩(wěn)定河勢，因害設(shè)防，整治河槽，歸順?biāo)鳎蝗蝿?wù)是修固河堤，疏導(dǎo)洪水，防止泥石流沖刷，有效的保護(hù)河道兩岸的村莊、農(nóng)田、道路、通訊等。治導(dǎo)線的布置是河道治理的關(guān)鍵，合理的布置能達(dá)到控制主流、穩(wěn)定河勢、固定河槽基礎(chǔ)的目的。傳統(tǒng)的治導(dǎo)線布置是在野外實地進(jìn)行勘測，設(shè)計人員根據(jù)測量成果在圖紙上進(jìn)行布置，這種測定的結(jié)果往往受實地地形條件的限制，達(dá)不到設(shè)計的要求，通常通過外業(yè)的反復(fù)測量，修改、調(diào)整測量資料，才能夠達(dá)到設(shè)計的要求，費(fèi)時、費(fèi)力且效率低。隨著CAD在設(shè)計領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，地形圖的各種軟件也被開發(fā)出來，數(shù)字化地形圖也已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到工程規(guī)劃設(shè)計當(dāng)中，堤防工程治導(dǎo)線的布置因此也變的更為直觀，修改更為便利。

3 數(shù)字化地形圖在堤防工程中的應(yīng)用

在5·12汶川特大地震中，甘肅省文縣的碧口鎮(zhèn)受波及嚴(yán)重，特別是白龍江的河堤嚴(yán)重受損，為了河道兩岸的村莊、學(xué)校、農(nóng)田、道路、通訊以及人民群眾的生命安全，根據(jù)白龍江災(zāi)后重建河道綜合治理的總體規(guī)劃，白龍江城區(qū)的疏浚整治由蘭州市水電勘測規(guī)劃。對受損現(xiàn)場的白龍江兩岸繪制了1∶2 000的數(shù)字地形圖，及時地把成圖交到設(shè)計人員手中。利用數(shù)字地形圖，設(shè)計人員也盡快地展開了工作，根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》的參數(shù)直接在數(shù)字地形圖上進(jìn)行了治導(dǎo)線的布置，然后進(jìn)行修改、調(diào)整，直到符合設(shè)計要求為止，減少了外業(yè)測繪的時間與次數(shù)。測量人員根據(jù)設(shè)計布置的治導(dǎo)線，在數(shù)字地形圖上布設(shè)治導(dǎo)線，然后根據(jù)繪圖軟件進(jìn)行排樁、布設(shè)橫段線，根據(jù)繪圖軟件彎道也可根據(jù)給出的角度、半徑直接布設(shè)，布設(shè)完備后提取治導(dǎo)線的縱剖面數(shù)據(jù)，對不符合的數(shù)據(jù)依據(jù)地形圖進(jìn)行修改即可；利用提取的數(shù)據(jù)資料根據(jù)所需比例繪制縱剖面圖。這樣，既節(jié)省了外業(yè)的成本費(fèi)用，也大大提高了工作效率。

同樣，在堤防工程中往往需要河道大斷面的測繪，大斷面成圖工作也異常艱巨，每公里需繪制25～50個大斷面，白龍江第一階段治理段為左岸，長度1．167 31km，根據(jù)河道地形條件布設(shè)了19條大斷面，如果按照常規(guī)測量方法，要在實地通過全站儀或GPS按每20m一個里程樁測定，取得第一手資料后，回到室內(nèi)計算得到成果，然后按照所需比例繪制橫剖面圖，而有了數(shù)字地形圖以后可直接在圖上布設(shè)大斷面，再不需要外業(yè)的測繪，和治導(dǎo)線一樣排樁、布橫斷線，在特殊地形要素處也可加樁，提取數(shù)據(jù)繪制橫剖面圖。這樣減小了外業(yè)作業(yè)的勞動強(qiáng)度，同樣也節(jié)省了成本費(fèi)用，工期也大大縮短了。

布設(shè)完備后的數(shù)字圖上有治導(dǎo)線的各種要素，還有大斷面的各種要素，對于受到損毀的情況，在數(shù)字圖上可直觀的看出，哪些地方需要改建，哪些地方需要加固，一目了然。2010年8月8日舟曲縣城背面的三眼峪、羅家峪出現(xiàn)特大山洪泥石流，泥石流有北向南橫穿縣城沖入白龍江，導(dǎo)致舟曲縣城白龍江干流段河床抬高，河道嚴(yán)重淤積，水位急劇升高，使舟曲縣人民群眾的生命財產(chǎn)遭受了巨大損失。泥石流過后，河道的清淤工作也是一項浩大的工程，利用數(shù)字地形圖的等高線或測繪地形圖的數(shù)據(jù)文件可用方格網(wǎng)法計算出清淤土方量的多少，簡化了傳統(tǒng)的計算，為早日清除淤積爭取了應(yīng)有的時間。

4 結(jié)語

由于數(shù)字地形圖越來越多地被應(yīng)用到各個領(lǐng)域，數(shù)字圖對繪圖人員的要求也越來越高，既要有一定的專業(yè)知識，還要有相當(dāng)?shù)墓ぷ鹘?jīng)驗，特別對地形相對復(fù)雜的地區(qū)，還有山區(qū)的地形地貌要測量到位，不然會出現(xiàn)變形變樣；同時還應(yīng)時時注意點位點號相對應(yīng)。數(shù)字化成圖最大的缺點是不象白紙圖那樣直觀容易發(fā)現(xiàn)錯誤，因此需要每個工作人員都必須細(xì)心，一定要有相當(dāng)?shù)木礃I(yè)精神。

數(shù)字化測圖技術(shù)在測繪業(yè)已經(jīng)走過了從無到有以至多種方式并存的過程，在科技飛速發(fā)展的今天，傳統(tǒng)意義的工程測量已發(fā)生了巨大的變革。新儀器、新技術(shù)的應(yīng)用，使測量行業(yè)具有了更高的科技含量，質(zhì)量和效率也不斷的提高，同時對測繪人員綜合素質(zhì)的要求也越來越高，數(shù)字成圖軟件已被各個行業(yè)的運(yùn)用，數(shù)字地形圖在各個領(lǐng)域尤其是工程領(lǐng)域起到了舉足輕重的作用。

科學(xué)在不斷發(fā)展，技術(shù)在不斷更新，特別是地理信息系統(tǒng)（GIS）的開發(fā)應(yīng)用，更離不開數(shù)字化測繪技術(shù)。數(shù)字化成圖技術(shù)為河道地形的繪制開辟了新的途徑，它將替代常規(guī)成圖作業(yè)，成為成圖的一種新型技術(shù)手段。作為GIS的基石之一，地形圖庫或?qū)ｎ}圖庫，均必須經(jīng)過數(shù)字化測繪技術(shù)獲取各種用途的GIS建立，使得數(shù)字化成圖產(chǎn)品發(fā)揮更大作用，同時也給數(shù)字化技術(shù)帶來更為廣泛的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。

［1］水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院．（GB50286－98）堤防工程設(shè)計規(guī)范［S］．北京：中國計劃出版社，1998．

［2］李青岳．工程測量學(xué)［M］．北京：測繪出版社，1995．

［3］國家技術(shù)監(jiān)督局．（GB／T17160－1997）地形圖數(shù)字化規(guī)范［S］．北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998．