采砂项目吹填区方量检测技术范文

关键词：

工程类采砂；吹填；方量；检测技术；长江江苏段

近年，随着长江等重要骨干河湖两岸开发的不断深入，以吹填造地为目的的河道采砂项目不断增多，施工和管理过程中出现的新情况、新问题，为水行政主管部门如何在确保河势稳定和防洪安全等前提下加强管理提出了新课题，而采砂量控制及管理是其中的重点和难点。在采砂现场监管中，一项比较重要的工作是对采砂吹填量的确认。然而在同一工程类采砂项目的实施过程中，先后会出现许可量、施工量(包括采、运、吹三方)、现场测量(包括水下和陆上)的量、建设单位核定的量和现场监管量等多个不同数据。目前，委托有资质的技术单位开展第三方检测，对吹填区吹填前、后地形进行测量，计算出的量作为砂石资源费征收的依据，是科学合理的，并得到建、管各方的认可。因此，针对不同的吹填实施情况，采用何种检测手段和技术能快速、准确地测出吹填区吹填方量显得至关重要。

一、长江江苏段工程类采砂项目特点

目前，长江采砂活动一般分为经营类采砂和工程类采砂两种，在《长江河道采砂管理条例》里规定较为详细。工程类采砂是指整修长江堤防进行吹填固基，整治长江河道、航道和吹填造地等采砂活动。工程类采砂吹填的一般施工工艺为利用采砂船或吸砂船在长江进行采砂，然后利用运砂船转运至吹填区或利用输泥泵直接输砂，从而形成吹填区。近年工程类采砂项目呈现新的特点。①工程类采砂项目逐步规范化。经过近年政策引导和对非法采砂活动强有力的打击，大部分工程类采砂项目都能主动遵守相关法律法规，并主动接受水行政主管部门的现场监管，保证了工程类采砂项目的有序开采。②许可实施的项目数逐年增加，年度采砂总量大幅度提升。2002—2008年许可实施工程类采砂项目共46项，许可采砂量累计1.16万亿m3，年平均许可采砂项目6.6项，年度平均采砂总量为1657万m3；2009—2012年许可实施工程类采砂项目共53项，许可采砂量累计1.42万亿m3，年平均许可采砂项目13.2项，年度平均采砂总量为3550万m3。③大规模采砂项目频繁出现。2009年以前，采砂规模在500万m3以上项目比较少见。而近年随着长江中下游干流河道整治和长江口综合整治的加快实施，长江江苏段出现了一批大规模的采砂项目，如2009年许可的新通海沙上段岸线整治吹填采砂工程，许可量达到1700万m3；2012年许可的长江澄通河段通州沙西水道整治一期工程，许可量达到1340万m3。④年度采砂总量中绝大部分分布在长江口河段。2008年3月，《长江口综合整治开发规划报告》经国务院正式批复，随着长江口综合整治的逐步推进，长江口河段沿线对砂石资源的需求量也随之猛增。2009年长江口河段的许可采砂量为1700万m3，占全年江苏许可采砂量的84.2%；2010年长江口河段的许可采砂量为2756万m3，占全年江苏许可采砂量的90.5%。

二、检测技术

目前用于陆域吹填区方量检测的主要技术有全站仪三维坐标测量技术、GPS-RTK技术、三维激光扫描仪全覆盖扫测技术、探地雷达结合静力触探的物探技术以及无人机遥测等。

1.常规测量技术全站仪三维坐标测量技术和GPS-RTK技术是一种常规、成熟的测量技术，应用范围比较广泛，主要是在完成控制测量和参数转换后，按照相应成图比例尺的要求进行实地采集。这种技术精度较高，可以满足吹填方量测量的要求，但由于需要作业人员手持仪器在实地按照采样间隔采集数据，工作效率相对较低。吹填区吹填完成后，由于刚吹填上来的砂层含水率较高，质地较软，必须经过一段时间的强排水，在砂层达到一定的强度后，作业人员才能进行测量。

2.三维激光扫描仪全覆盖扫测技术三维激光扫描系统由三维激光扫描仪、数码相机、扫描仪旋转平台、软件控制平台、数据处理平台及电源和其他附件设备共同构成。三维激光扫描技术的核心是激光发射器、激光反射镜、激光自适应聚焦控制单元、CCD技术和光机电自动传感装置。三维激光扫描仪通过发射和接收激光束可快速获得地面三维坐标。通过采集大量数据点组成点云，通过拼接处理构建三维模型，再通过将吹填前、后的三维高程模型进行叠加计算，能精确测量出吹填方量。优点：①通过自定义坐标采集吹填前、后的点云数据构建两次的三维模型可计算出准确的方量，不需再进行复杂的控制测量和参数转换，大大节省了作业时间；②能以不接触被测物体的方式快速获取扫描范围高密度、高精度的三维点位，经由处理软件即可形成三维向量图形的空间资料，大大延伸了该技术在吹填方量检测上的应用空间；③扫描速度可达每秒数万点，测距范围可达1km，大大提高了测量的工作效率；④扫描精度可达3mm，满足吹填方量检测的要求。

3.探地雷达结合静力触探的物探技术探地雷达(GRP)是利用高频电磁波探测地下介质电性分布的一种地球物理探测方法。其原理是利用高频电磁波以宽频带短脉冲的形式，在地面通过发射天线将信号传入地下，经地层界面或目的体反射后返回地面，再由接收天线接收其电磁波反射信号，通过对电磁波反射信号的时频特征和振幅特征进行分析，能获得地层的特征信息。静力触探仪通过探杆将探头压入土中，在压入过程中探头所受压力随土层阻力的变化而变化。探头进入不同土体受到的阻力不同，根据探头阻力的变化情况来确定原状土和吹填砂土的分界面。当探头达到分界面时探头阻力发生突变时，探头进入土体的深度即为测点吹填砂土厚度。探地雷达结合静力触探的物探技术在实际应用中主要以探地雷达作为主要勘测手段，在吹填区均匀布置测线，在测线上利用探地雷达对吹填砂层底界面进行连续追踪。但探地雷达无法确定分界面准确深度，则需采用静力触探作为辅助手段，在探地雷达勘测线上布置多个校准点，在校准点上利用静力触探技术触探砂层厚度，其触探结果用来确定探地雷达所确定的分界面准确深度，从而获得整个测线上吹填砂层底界面的厚度，由此计算出整个吹填区吹填砂方量。2012年的相关试验在综合考虑了吹填项目吹填深度、固结时间长短、有无采取地基处理等因素的前提下，在长江江苏段各个河段选择了6个采砂吹填项目的吹填区作为试验区，分别利用全站仪和GPS-RTK技术以及探地雷达结合静力触探技术对试验区进行测量，以全站仪和GPS-RTK技术测量的吹填方量作为标准值，通过勘测成果相对误差统计分析可以看出，探地雷达勘测成果相对误差一般都控制在10%以内。该技术与常规测量技术相比工作程序复杂，外业勘测和后处理工作量大，效率和精度相对较低。由于某些客观原因，一些工程类采砂项目会出现未批先采、边批边采等情况，造成吹填完成后无法获取吹填区吹前第一手地形资料，最后给整个吹填工程吹填方量确认带来困难，利用该技术可以有效解决这种情况下的计量问题，给采砂监管提供技术支撑。

4.无人机遥测技术无人机遥测技术是以无人飞机为空中平台，以专用航拍数字相机、摄像机、多光谱传感器以及视频无线传输技术获取信息，用计算机对图像信息进行处理，并按照一定精度要求制作成图像。利用无人机遥测技术对吹填区吹填前、后进行遥测，经过专业软件制作成地形图，从而计算出吹填方量。目前，低空无人机遥测平面位置分辨率能达到10cm，高程精度一般为平面位置精度的3倍。无人机遥测技术因其机动灵活、分辨率较高、实效性好、快速响应、应急性强等优势在吹填砂量检测中具有巨大的应用前景。但目前由于该技术高程精度较低，影响了吹填方量测算的准确度，在一定程度上也限制了该技术的推广应用。

三、结论和建议

实践与分析表明：三维激光扫描仪全覆盖扫测技术与常规测量技术相比，具有全覆盖、精度高、工作效率高等特点，特别是以不接触被测物体的方式快速扫描获取点云数据的特点，大大拓展了该技术在吹填方量检测上的应用空间；探地雷达结合静力触探的物探技术与其他技术相比，工作程序复杂、外业勘测和后处理工作量大、效率和精度相对较低。但是针对未批先采、边批边采的工程类采砂项目等特殊情况下的吹填方量检测方面具有优势；而无人机遥测技术机动灵活、分辨率较高、实效性好、应急性强，如能突破高程精度相对较低的瓶颈，不仅在吹填方量检测方面可得到很好应用，在其他水利工作领域都将具有广泛的应用前景。

参考文献：

[1]沈建良.工程类采砂现场监管的采量控制探讨[J].中国水利,2007(20).

[2]王冬梅,等.长江工程性采砂监测与方量检测技术研究与探讨[J].水利水电技术,2009(7).

[3]林进条,王太柏.多波束水下地形测量系统在珠江口门采砂监测的应用[J].广东水利水电,2005(2).

[4]李伟和.地质雷达与静力触探方法在公路路基填方检测中的综合应用[J].物探与化探,1999(3).

作者：李广林 赵钢 王茂枚 单位：.江苏省水政监察总队 江苏省水利科学研究院