邱明根

（贛州市水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，江西贛州 341000）

通常情況下，水利工程項(xiàng)目多數(shù)都處在丘陵、山區(qū)地帶，高程大、測(cè)區(qū)跨度大，邊長(zhǎng)綜合變形值能夠達(dá)到分米級(jí)，若不進(jìn)行任何處理，既不符合工程測(cè)量規(guī)范要求，也無(wú)法滿足大比例尺地形圖測(cè)繪精度，且不利于施工放樣。建立并使用合適的平面坐標(biāo)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)水利工程在控制測(cè)量工作中問(wèn)題及短板的有效解決。

1 工程概況

贛州市市管河道貢江茅店-八境臺(tái)段防洪清淤疏浚整治工程，起于贛縣區(qū)茅店鎮(zhèn)汶潭壩，終于章貢二江匯合口，全長(zhǎng)為15 km，工程起推斷面位于貢江河口，控制集水面積為27 074 km2。受到水土流失、洪水沖刷、人類活動(dòng)等因素影響，部分河段淤積嚴(yán)重，過(guò)流斷面縮小，需借助平面坐標(biāo)系統(tǒng)建立法對(duì)其進(jìn)行有效治理[1]。

2 水利工程控制測(cè)量中平面坐標(biāo)系統(tǒng)建立的概述

水利工程控制測(cè)量包含兩類，即平面、高程控制測(cè)量。在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，控制測(cè)量的關(guān)鍵目的在于準(zhǔn)確測(cè)繪大比例尺地形圖。進(jìn)入施工階段后，以前期得到的設(shè)計(jì)圖紙為準(zhǔn)，完成各類控制線的放樣工作，竣工后運(yùn)營(yíng)階段的控制測(cè)量重點(diǎn)關(guān)注結(jié)構(gòu)是否有變形的情況。針對(duì)三個(gè)階段生成相應(yīng)的控制網(wǎng)，分別為測(cè)圖控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)、變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)（此部分通常為施工控制網(wǎng)改造而得）。在平面控制測(cè)量中，地表水平距離投影至參考橢球面上或參考橢球面上的長(zhǎng)度投影至高斯平面時(shí)，均容易出現(xiàn)長(zhǎng)度變形現(xiàn)象。

為有效控制長(zhǎng)度變形，可以采用分帶投影的方法，以便有效滿足中小比例尺測(cè)圖的要求，但實(shí)際長(zhǎng)度變形控制效果仍然有限，且以高海拔地區(qū)以及遠(yuǎn)離中央子午線的地區(qū)更明顯，常出現(xiàn)更大的變形。

依據(jù)水利項(xiàng)目的建設(shè)位置以及該處的平均高程，精準(zhǔn)確定測(cè)區(qū)的中央子午線以及投影基準(zhǔn)面，根據(jù)此類信息構(gòu)建平面坐標(biāo)系統(tǒng)，以便有效控制從控制點(diǎn)坐標(biāo)反算的邊長(zhǎng)，使其能夠與實(shí)地測(cè)量的水平距離保持一致，提高大比例尺地形圖測(cè)繪以及放樣的精度，為后續(xù)的施工放樣創(chuàng)設(shè)良好的條件。本文對(duì)平面坐標(biāo)系的建立方法、適用性、具體應(yīng)用展開(kāi)分析，加深對(duì)平面坐標(biāo)系建立方法的認(rèn)識(shí)。

3 坐標(biāo)系的建立方法及其適用性分析

根據(jù)測(cè)區(qū)的地理位置、平均高程、長(zhǎng)度綜合變形值ΔS的大小，水利工程可分別采用地方坐標(biāo)系、獨(dú)立坐標(biāo)系、工程坐標(biāo)系等方法建立平面直角坐標(biāo)系。

3.1 采用國(guó)家統(tǒng)一3°帶高斯正形投影平面直角坐標(biāo)系

測(cè)區(qū)高程在158.28 m以內(nèi)、ym超過(guò)45.05 km時(shí)，可以采用3°帶高斯正形投影平面直角坐標(biāo)系，若符合“長(zhǎng)度綜合變形值ΔS1≤25 mm/km”的條件，則可以采用該坐標(biāo)系，其特點(diǎn)在于測(cè)量結(jié)果具有可用性強(qiáng)的特點(diǎn)，即“一測(cè)多用”。但從水利工程的建設(shè)環(huán)境來(lái)看，其普遍分布在丘陵、山區(qū)地帶，高程常超過(guò)158.28 m，且存在較大的測(cè)區(qū)跨度，對(duì)于變形值ΔS而言則普遍達(dá)到分米級(jí)，受此限制，該類坐標(biāo)系在水利工程項(xiàng)目中的應(yīng)用頻率相對(duì)較低。

3.2 采用抵償投影帶的高斯正形投影平面直角坐標(biāo)系

選擇一條子午線作為高斯投影的中央子午線，采用高斯投影改正ΔS2抵償高程投影改正ΔS1，利用此方法使ΔS→0。若參考橢球面作為高程投影基準(zhǔn)面，此時(shí)具有H0=0的特點(diǎn)，具體計(jì)算：

式中：Hm——測(cè)區(qū)平均高程值。

確定該值后予以計(jì)算，可得到抵償投影帶ym的值，高斯投影子午線采用的是ym處的大地經(jīng)度Lm。在實(shí)際工作中，可對(duì)上述所提的公式進(jìn)行簡(jiǎn)化處理或根據(jù)需求從測(cè)區(qū)內(nèi)直接選取某條子午線，試算后符合ΔS≤25 mm/km的條件即可。此類坐標(biāo)的特點(diǎn)在于轉(zhuǎn)換的便捷性較好。

3.3 投影于抵償高程面

高斯投影線采用3°帶中央子午線，對(duì)高程投影基準(zhǔn)面進(jìn)行調(diào)整，即不采用參考橢球面，采用抵償高程面，使用高程投影改正ΔS1抵償高斯投影改正ΔS2，以期達(dá)到ΔS→0的效果。實(shí)際應(yīng)用情況顯示，在選擇高程投影基準(zhǔn)面時(shí)，通常會(huì)選定測(cè)區(qū)平面高程比其略低的高程面。對(duì)于高斯投影的中央子午線，考慮測(cè)區(qū)中心線的某子午線，或根據(jù)實(shí)際情況選用位于中心線周邊的某子午線。

4 平面坐標(biāo)系統(tǒng)建立方法在水利工程控制測(cè)量中的應(yīng)用

實(shí)施本工程的目的是借助整治疏浚河道淤泥，清除阻水邊灘、中心灘及其他阻水灘地的方式，提高貢江行洪能力，提升貢江行洪斷面銜接的順暢度，改善區(qū)域河道水生態(tài)景觀和貢江通航條件。

洪水整治流量采用50年一遇和20年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量，整治中水流量采用多年平均流量，枯水整治流量采用枯水期（12月～次年2月）多年平均流量。

Ⅲ級(jí)和Ⅴ級(jí)航道設(shè)計(jì)枯水位分別采用98%、95%保證率設(shè)計(jì)通航水位，Ⅲ級(jí)和Ⅴ級(jí)航道設(shè)計(jì)最大通航流量分別采用20年一遇洪水和10年一遇洪水。

4.1 坐標(biāo)河道疏挖斷面設(shè)計(jì)

（1）縱斷面。

河底縱斷面的疏通挖掘深度應(yīng)在不改變河道比降和天然河道走勢(shì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。治理段的疏挖斷面河底高程應(yīng)在連接河道漸變的同時(shí)，保證與天然主河槽的最低點(diǎn)基本持平。若局部區(qū)域的河底高程不滿足通航水深段，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)下切，但需要注意不能改變整治河段的整體比降。

（2）橫斷面。

此次河道疏挖工作，在保證河底寬度在現(xiàn)有天然河岸范圍內(nèi)且不改變河勢(shì)的基礎(chǔ)上順勢(shì)擴(kuò)挖，保留邊灘現(xiàn)有草地范圍和丁壩，盡可能使河線順直?？紤]所在河段的地質(zhì)和水下土質(zhì)條件，疏挖邊坡不陡于1∶10。

4.2 坐標(biāo)洪水水面線設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)對(duì)本次治理河段設(shè)計(jì)洪水位的更好分析，為該段河道的整改治理設(shè)計(jì)提供可靠堅(jiān)實(shí)的依據(jù)，采用能量方程，通過(guò)試算法對(duì)河道設(shè)計(jì)水面線進(jìn)行推算。以本次治理河段下游貢江河口為起推斷面，從下至上再到逐斷面推求河道設(shè)計(jì)洪水水面線。

設(shè)計(jì)河段設(shè)計(jì)洪水水面線變化情況如表1所示。

表1 河段各斷面洪水整治水位變化情 單位：m

（1）常水位設(shè)計(jì)。

本工程河段的水位在較大程度上會(huì)受到下游萬(wàn)安水庫(kù)調(diào)度作業(yè)影響。結(jié)合萬(wàn)安水庫(kù)調(diào)度規(guī)則，分析萬(wàn)安壩址至貢江河口段各時(shí)段常水位，4～6月貢江河口段常水位為93.24 m，7月～次年3月常水位為94.23 m。結(jié)合此數(shù)據(jù)，通過(guò)推求水面線，最終得到工程所在河段的各斷面水位。

（2）枯水位設(shè)計(jì)。

本階段確定設(shè)計(jì)枯水期為12月～次年2月，計(jì)算時(shí)參考贛貢站推求工程枯水期設(shè)計(jì)流量和設(shè)計(jì)水位。經(jīng)計(jì)算得出貢江河口斷面枯水期設(shè)計(jì)流量345 m3/s。12月～次年2月萬(wàn)安水庫(kù)維持94.11 m水位運(yùn)行，通過(guò)推求水面線得到工程所在河段的各斷面水位。

（3）最低通航水位設(shè)計(jì)。

本工程擬清淤疏浚整治貢江，工程結(jié)束后可恢復(fù)現(xiàn)有貢江主航道并對(duì)其進(jìn)行有效改善，使其達(dá)到規(guī)劃的Ⅴ級(jí)航道要求。根據(jù)貢江河口斷面95%保證率時(shí)的設(shè)計(jì)最低通航水位90.80 m、相應(yīng)的流量為73 m3/s，且采用推求水面線的方法可求得工程所在河段各斷面相應(yīng)設(shè)計(jì)通航水位。

4.3 應(yīng)用效果分析

通常情況下，測(cè)區(qū)普遍呈現(xiàn)不規(guī)則的形狀特點(diǎn)，同時(shí)測(cè)區(qū)內(nèi)的地勢(shì)差異化較為明顯，有較大幅度的高低起伏，估算所得的測(cè)區(qū)平均高程缺乏足夠準(zhǔn)確性。在估算偏差過(guò)大的情況下，會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)區(qū)內(nèi)局部邊長(zhǎng)綜合變形值，即存在超限的可能。因此，在實(shí)際估算前應(yīng)綜合考慮測(cè)區(qū)的具體情況，確定后還應(yīng)在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行試算，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際適當(dāng)調(diào)整。贛州市是本工程借助平面坐標(biāo)系進(jìn)行疏浚治理時(shí)的最主要受益區(qū)，工程完工后會(huì)在較大程度上提高贛州市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，提升人們生活質(zhì)量。

（1）社會(huì)方面。

通過(guò)清淤疏浚有利于河勢(shì)穩(wěn)定，能夠有效保證行洪安全，降低雨季防洪泄洪難度，可在一定限度上降低甚至避免洪災(zāi)引起的饑荒、衛(wèi)生、治安等社會(huì)問(wèn)題，有利于社會(huì)安定和人們安全。

（2）經(jīng)濟(jì)方面。

有助于減少洪災(zāi)損失，減免國(guó)家經(jīng)濟(jì)損失，保障人們生命財(cái)產(chǎn)安全。清淤疏浚工作產(chǎn)生的大量砂礫料經(jīng)過(guò)篩選后可用于建筑生產(chǎn)，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。疏浚砂石應(yīng)實(shí)行統(tǒng)一的經(jīng)營(yíng)管理，疏浚砂石的利用管理需要嚴(yán)格遵照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，疏浚砂石的統(tǒng)一經(jīng)營(yíng)管理單位對(duì)砂石的接收、保管及經(jīng)營(yíng)負(fù)責(zé)，并向當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門(mén)支付相關(guān)費(fèi)用。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在水利工程項(xiàng)目中，正確建立并合理應(yīng)用平面坐標(biāo)系統(tǒng)后，可有效控制長(zhǎng)度綜合變形值，將其穩(wěn)定在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，其基本思路以測(cè)區(qū)的位置以及平均高程為立足點(diǎn)，正確選用高程投影基準(zhǔn)面和中央子午線位置。本文提出多種平面坐標(biāo)系統(tǒng)的建立方法，具體可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行靈活選擇，以提高大比例尺地形圖的測(cè)繪精度，保證施工放樣的準(zhǔn)確性，為后續(xù)建設(shè)工作的開(kāi)展夯實(shí)基礎(chǔ)。