采砂項目吹填區(qū)方量檢測技術(shù)范文

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關(guān)鍵詞：

工程類采砂；吹填；方量；檢測技術(shù)；長江江蘇段

近年，隨著長江等重要骨干河湖兩岸開發(fā)的不斷深入，以吹填造地為目的的河道采砂項目不斷增多，施工和管理過程中出現(xiàn)的新情況、新問題，為水行政主管部門如何在確保河勢穩(wěn)定和防洪安全等前提下加強(qiáng)管理提出了新課題，而采砂量控制及管理是其中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在采砂現(xiàn)場監(jiān)管中，一項比較重要的工作是對采砂吹填量的確認(rèn)。然而在同一工程類采砂項目的實(shí)施過程中，先后會出現(xiàn)許可量、施工量(包括采、運(yùn)、吹三方)、現(xiàn)場測量(包括水下和陸上)的量、建設(shè)單位核定的量和現(xiàn)場監(jiān)管量等多個不同數(shù)據(jù)。目前，委托有資質(zhì)的技術(shù)單位開展第三方檢測，對吹填區(qū)吹填前、后地形進(jìn)行測量，計算出的量作為砂石資源費(fèi)征收的依據(jù)，是科學(xué)合理的，并得到建、管各方的認(rèn)可。因此，針對不同的吹填實(shí)施情況，采用何種檢測手段和技術(shù)能快速、準(zhǔn)確地測出吹填區(qū)吹填方量顯得至關(guān)重要。

一、長江江蘇段工程類采砂項目特點(diǎn)

目前，長江采砂活動一般分為經(jīng)營類采砂和工程類采砂兩種，在《長江河道采砂管理條例》里規(guī)定較為詳細(xì)。工程類采砂是指整修長江堤防進(jìn)行吹填固基，整治長江河道、航道和吹填造地等采砂活動。工程類采砂吹填的一般施工工藝為利用采砂船或吸砂船在長江進(jìn)行采砂，然后利用運(yùn)砂船轉(zhuǎn)運(yùn)至吹填區(qū)或利用輸泥泵直接輸砂，從而形成吹填區(qū)。近年工程類采砂項目呈現(xiàn)新的特點(diǎn)。①工程類采砂項目逐步規(guī)范化。經(jīng)過近年政策引導(dǎo)和對非法采砂活動強(qiáng)有力的打擊，大部分工程類采砂項目都能主動遵守相關(guān)法律法規(guī)，并主動接受水行政主管部門的現(xiàn)場監(jiān)管，保證了工程類采砂項目的有序開采。②許可實(shí)施的項目數(shù)逐年增加，年度采砂總量大幅度提升。2002—2008年許可實(shí)施工程類采砂項目共46項，許可采砂量累計1.16萬億m3，年平均許可采砂項目6.6項，年度平均采砂總量為1657萬m3；2009—2012年許可實(shí)施工程類采砂項目共53項，許可采砂量累計1.42萬億m3，年平均許可采砂項目13.2項，年度平均采砂總量為3550萬m3。③大規(guī)模采砂項目頻繁出現(xiàn)。2009年以前，采砂規(guī)模在500萬m3以上項目比較少見。而近年隨著長江中下游干流河道整治和長江口綜合整治的加快實(shí)施，長江江蘇段出現(xiàn)了一批大規(guī)模的采砂項目，如2009年許可的新通海沙上段岸線整治吹填采砂工程，許可量達(dá)到1700萬m3；2012年許可的長江澄通河段通州沙西水道整治一期工程，許可量達(dá)到1340萬m3。④年度采砂總量中絕大部分分布在長江口河段。2008年3月，《長江口綜合整治開發(fā)規(guī)劃報告》經(jīng)國務(wù)院正式批復(fù)，隨著長江口綜合整治的逐步推進(jìn)，長江口河段沿線對砂石資源的需求量也隨之猛增。2009年長江口河段的許可采砂量為1700萬m3，占全年江蘇許可采砂量的84.2%；2010年長江口河段的許可采砂量為2756萬m3，占全年江蘇許可采砂量的90.5%。

二、檢測技術(shù)

目前用于陸域吹填區(qū)方量檢測的主要技術(shù)有全站儀三維坐標(biāo)測量技術(shù)、GPS-RTK技術(shù)、三維激光掃描儀全覆蓋掃測技術(shù)、探地雷達(dá)結(jié)合靜力觸探的物探技術(shù)以及無人機(jī)遙測等。

1.常規(guī)測量技術(shù)全站儀三維坐標(biāo)測量技術(shù)和GPS-RTK技術(shù)是一種常規(guī)、成熟的測量技術(shù)，應(yīng)用范圍比較廣泛，主要是在完成控制測量和參數(shù)轉(zhuǎn)換后，按照相應(yīng)成圖比例尺的要求進(jìn)行實(shí)地采集。這種技術(shù)精度較高，可以滿足吹填方量測量的要求，但由于需要作業(yè)人員手持儀器在實(shí)地按照采樣間隔采集數(shù)據(jù)，工作效率相對較低。吹填區(qū)吹填完成后，由于剛吹填上來的砂層含水率較高，質(zhì)地較軟，必須經(jīng)過一段時間的強(qiáng)排水，在砂層達(dá)到一定的強(qiáng)度后，作業(yè)人員才能進(jìn)行測量。

2.三維激光掃描儀全覆蓋掃測技術(shù)三維激光掃描系統(tǒng)由三維激光掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、掃描儀旋轉(zhuǎn)平臺、軟件控制平臺、數(shù)據(jù)處理平臺及電源和其他附件設(shè)備共同構(gòu)成。三維激光掃描技術(shù)的核心是激光發(fā)射器、激光反射鏡、激光自適應(yīng)聚焦控制單元、CCD技術(shù)和光機(jī)電自動傳感裝置。三維激光掃描儀通過發(fā)射和接收激光束可快速獲得地面三維坐標(biāo)。通過采集大量數(shù)據(jù)點(diǎn)組成點(diǎn)云，通過拼接處理構(gòu)建三維模型，再通過將吹填前、后的三維高程模型進(jìn)行疊加計算，能精確測量出吹填方量。優(yōu)點(diǎn)：①通過自定義坐標(biāo)采集吹填前、后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)建兩次的三維模型可計算出準(zhǔn)確的方量，不需再進(jìn)行復(fù)雜的控制測量和參數(shù)轉(zhuǎn)換，大大節(jié)省了作業(yè)時間；②能以不接觸被測物體的方式快速獲取掃描范圍高密度、高精度的三維點(diǎn)位，經(jīng)由處理軟件即可形成三維向量圖形的空間資料，大大延伸了該技術(shù)在吹填方量檢測上的應(yīng)用空間；③掃描速度可達(dá)每秒數(shù)萬點(diǎn)，測距范圍可達(dá)1km，大大提高了測量的工作效率；④掃描精度可達(dá)3mm，滿足吹填方量檢測的要求。

3.探地雷達(dá)結(jié)合靜力觸探的物探技術(shù)探地雷達(dá)(GRP)是利用高頻電磁波探測地下介質(zhì)電性分布的一種地球物理探測方法。其原理是利用高頻電磁波以寬頻帶短脈沖的形式，在地面通過發(fā)射天線將信號傳入地下，經(jīng)地層界面或目的體反射后返回地面，再由接收天線接收其電磁波反射信號，通過對電磁波反射信號的時頻特征和振幅特征進(jìn)行分析，能獲得地層的特征信息。靜力觸探儀通過探桿將探頭壓入土中，在壓入過程中探頭所受壓力隨土層阻力的變化而變化。探頭進(jìn)入不同土體受到的阻力不同，根據(jù)探頭阻力的變化情況來確定原狀土和吹填砂土的分界面。當(dāng)探頭達(dá)到分界面時探頭阻力發(fā)生突變時，探頭進(jìn)入土體的深度即為測點(diǎn)吹填砂土厚度。探地雷達(dá)結(jié)合靜力觸探的物探技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中主要以探地雷達(dá)作為主要勘測手段，在吹填區(qū)均勻布置測線，在測線上利用探地雷達(dá)對吹填砂層底界面進(jìn)行連續(xù)追蹤。但探地雷達(dá)無法確定分界面準(zhǔn)確深度，則需采用靜力觸探作為輔助手段，在探地雷達(dá)勘測線上布置多個校準(zhǔn)點(diǎn)，在校準(zhǔn)點(diǎn)上利用靜力觸探技術(shù)觸探砂層厚度，其觸探結(jié)果用來確定探地雷達(dá)所確定的分界面準(zhǔn)確深度，從而獲得整個測線上吹填砂層底界面的厚度，由此計算出整個吹填區(qū)吹填砂方量。2012年的相關(guān)試驗(yàn)在綜合考慮了吹填項目吹填深度、固結(jié)時間長短、有無采取地基處理等因素的前提下，在長江江蘇段各個河段選擇了6個采砂吹填項目的吹填區(qū)作為試驗(yàn)區(qū)，分別利用全站儀和GPS-RTK技術(shù)以及探地雷達(dá)結(jié)合靜力觸探技術(shù)對試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行測量，以全站儀和GPS-RTK技術(shù)測量的吹填方量作為標(biāo)準(zhǔn)值，通過勘測成果相對誤差統(tǒng)計分析可以看出，探地雷達(dá)勘測成果相對誤差一般都控制在10%以內(nèi)。該技術(shù)與常規(guī)測量技術(shù)相比工作程序復(fù)雜，外業(yè)勘測和后處理工作量大，效率和精度相對較低。由于某些客觀原因，一些工程類采砂項目會出現(xiàn)未批先采、邊批邊采等情況，造成吹填完成后無法獲取吹填區(qū)吹前第一手地形資料，最后給整個吹填工程吹填方量確認(rèn)帶來困難，利用該技術(shù)可以有效解決這種情況下的計量問題，給采砂監(jiān)管提供技術(shù)支撐。

4.無人機(jī)遙測技術(shù)無人機(jī)遙測技術(shù)是以無人飛機(jī)為空中平臺，以專用航拍數(shù)字相機(jī)、攝像機(jī)、多光譜傳感器以及視頻無線傳輸技術(shù)獲取信息，用計算機(jī)對圖像信息進(jìn)行處理，并按照一定精度要求制作成圖像。利用無人機(jī)遙測技術(shù)對吹填區(qū)吹填前、后進(jìn)行遙測，經(jīng)過專業(yè)軟件制作成地形圖，從而計算出吹填方量。目前，低空無人機(jī)遙測平面位置分辨率能達(dá)到10cm，高程精度一般為平面位置精度的3倍。無人機(jī)遙測技術(shù)因其機(jī)動靈活、分辨率較高、實(shí)效性好、快速響應(yīng)、應(yīng)急性強(qiáng)等優(yōu)勢在吹填砂量檢測中具有巨大的應(yīng)用前景。但目前由于該技術(shù)高程精度較低，影響了吹填方量測算的準(zhǔn)確度，在一定程度上也限制了該技術(shù)的推廣應(yīng)用。

三、結(jié)論和建議

實(shí)踐與分析表明：三維激光掃描儀全覆蓋掃測技術(shù)與常規(guī)測量技術(shù)相比，具有全覆蓋、精度高、工作效率高等特點(diǎn)，特別是以不接觸被測物體的方式快速掃描獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，大大拓展了該技術(shù)在吹填方量檢測上的應(yīng)用空間；探地雷達(dá)結(jié)合靜力觸探的物探技術(shù)與其他技術(shù)相比，工作程序復(fù)雜、外業(yè)勘測和后處理工作量大、效率和精度相對較低。但是針對未批先采、邊批邊采的工程類采砂項目等特殊情況下的吹填方量檢測方面具有優(yōu)勢；而無人機(jī)遙測技術(shù)機(jī)動靈活、分辨率較高、實(shí)效性好、應(yīng)急性強(qiáng)，如能突破高程精度相對較低的瓶頸，不僅在吹填方量檢測方面可得到很好應(yīng)用，在其他水利工作領(lǐng)域都將具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

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作者：李廣林 趙鋼 王茂枚 單位：.江蘇省水政監(jiān)察總隊 江蘇省水利科學(xué)研究院