1. 引言
2021年3月11日，十三届全国人大四次会议表决通过的《关于国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》指出，雅鲁藏布江下游水电开发将是下阶段的重点工作之一。
开展雅鲁藏布江下游水下地形测量及河道断面测量项目，是为了收集雅鲁藏布江下游河道基础地理信息、水文信息基础资料，以支持国家“十四五”规划的顺利推进。
2. 测区概况
测区位于西藏自治区林芝市墨脱县，县域总面积3.4万平方公里(中国实际控制1.2万平方公里)当地居民主要为门巴族和珞巴族，全县约1.3万人口。这里是全中国最后一个通公路的县，地处世界第一的雅鲁藏布大峡谷的深处，是西藏高原海拔最低，最温和，雨量最充沛，生态保存最完好的地方。墨脱县属喜马拉雅山东侧亚热带湿润气候区。该区域大多为原始地貌，植被异常茂盛(如图1)。陆地上能够通视的长度要不很短如百米，长的则几公里。
Figure 1. Dense forests on both sides of the river
图1. 河道两岸茂密的树林
河道勘测范围沿河道约70公里，交通仅在一岸有一条单车道边防公路，其中有一段进出县城的公路还分日期限行(双进单出)。河道两岸大多数为密林覆盖的陡峭地形，很难找到通往江边的道路，即便是小路也被植被掩盖而很难发现。如果要穿越，需要请当地熟悉地形的人引导用刀在前面劈开密林，才能勉强通过。
河道中分布的急滩随处可见(如图2)，冲锋舟连续航行一般不到1公里。因此每天的主要工作就是完成一段测量则需要将冲锋舟捞起、拆卸、搬运到公路，用车送到上游，寻找下河的通路，搬到江边再重新组装。
在这样的环境下作业，人员体力消耗很大、效率极低，作业风险很高，难度大。
3. 作业实施
项目作业区地处高山峡谷河段，地理环境较差，观测项目内容多，成果质量保证及安全生产责任重大。为保障项目的顺利进行，项目组开展查勘，制定实施方案，集中优秀的管理与测绘人才、用先进的仪器设备、精细化的管理方案服务本项目；实施中统筹谋划、精心组织、精益求精确保测绘成果的质量及生产安全。本项目共投入人员30人，主要投入的设备如下表1。
Table 1. List of main equipment invested in the project
表1. 项目投入的主要设备清单
3.1. 平面坐标系统及控制测量
平面坐标系统采用CGS2000坐标系，高斯正形投影3˚分带，中央子午线为96˚，高程系统采用1985国家高程基准 [1]。地形图测图比例尺为1:1000，等高距为2 m，断面测量比例尺为1:1000。
控制测量依据《全球定位系统(GPS)测量规范》(GBT_18314-2009)采用E级GPS测量 [2] [3]。埋石根据现场实地情况，点位选择在土质坚实并易于长久保存之处，充分考虑测量便捷，且满足GPS测量的要求；平面控制测量依照E级GPS控制网精度要求观测，采用6台中海达系列(iRTK 2和V98)GPS按静态测量方式，分1个时段观测，每个时段连续观测45 min，采用边连式构网，卫星高度角 ≥ 15˚，有效观测卫星数 ≥ 4颗，数据采样间隔10 s。静态测量三维坐标通过RTK测量校核后使用 [4]。
3.2. 水下地形数据采集
水下地形测量采用无验潮模式测量原理，断面方向大致与水流垂直，部分浅滩、水流紊乱区域不宜采用横断面法的区域采用散点法测量，为确保资料的一致性，深水与浅水区域同时进行测量。采用冲锋舟搭载RTK和HY1603一体化测深系统进行水下测量 [4] [5]。测深仪换能器与GNSS天线在保证同一铅锤线上。测深仪器按规定每天测前进行仪器参数设置检查、换能器静态吃水深度检查、比测等工作，每天测前、测后应进行换能器吃水深、换能器杆倾角检查。水位采用RTK测量，河底高程采用GPS高程(固定解)与水深推算，水下地形平面采用GNSS定位系统 [6]。采用公式(1)、(2)进行计算：H为河底高程，HS为水深，HG为GNSS接收机中心点高程值，H1为GNSS接收机中心点到水面的距离，H2为测深仪换能器吃水深度，H3为测深仪换能器底部到水底距离(图3)。
(1)
(2)
Figure 3. Principle of single beam sounding on GNSS
图3. GNSS搭载单波束测深原理
3.2.1. 作业流程
根据收集的资料，在测深仪里布设测线，利用声速剖面仪确定声速，按照要求安装好检定可用的GNSS和测深仪，利用外挂电台获取精确的三维坐标，采用单波束测深仪进行水深测量，后经内页数据处理及质量检验后，形成水下地形测量成果。
3.2.2. 测深计划线布设
为确保测量精度，保障水下作业连续性，提高作业精度和效率，按照比例尺要求确定测深计划线的间距和测深点密度。
测深计划线布设见图4。实际测点偏离局部情况见图5。
Figure 4. Survey area scope and section layout
图4. 测区范围及断面布设图
Figure 5. Partial drawing of measurement point deviation
图5. 测点偏离情况局部图
3.2.3. 声速改正
雅鲁藏布江下游声速影响来源主要为水温。水下地形测量前，在水域中部采用HY1200声速剖面仪测量声速，声速梯度变化较小，声速改正可直接采用表层水温进行改正。每日测量前测定水面下0.5 m处水温，采用公式(3)进行声速计算 [7]：
(3)
式中：V为声波在水中传播速度；T为测区的水温；S为测区的盐度，内河淡水测量一般取0。
项目测前、测后在不同水深进行测深精度比测，每次检查1~2点，误差均在规范范围内。比测结果见表2。
Table 2. Water depth comparison results
表2. 水深比测结果
3.2.4. 水深测量过程
测量过程中，GPS-RTK天线位置与测深仪换能器位置一致，卫星信号稳定，GNSS电台工作正常，水下地形测量时风浪较小，测船匀速行驶，船速不超过4节。
特殊测区进行加密测量，如岔河、浅滩、陡岸、深泓等特征位置；测量过程中测深仪回波信号信号正常，回波线清晰，能够直观的显示断面情况，每天收工前进行数据备份，异地硬盘保存；每日测量结束时，测量1条与布设断面基本垂直的检测线，共测量3条，检测点409个，水下地形点2450个。利用主测断面所测地形高程点与检测线交叉测点高程进行对比。抽取其中150个检测点进行高程较差精度统计，统计结果满足规范要求，统计情况见表3。
Table 3. Statistics of underwater elevation detection accuracy
表3. 水下高程检测精度统计表
3.2.5. 水深测量过程
HY1603原始数据文件包含坐标、水深数据，数据输出后，进行去噪，粗差数据剔除，利用每日水边GPS-RTK定位测量水位，进行数据处理，推算出河底高程，形成地形图编辑需要的坐标高程格式文件，导入地形图编辑软件，进行构网、等深线生成及编辑等工作，最终与岸上地形图进行拼接，检查拼接部分合理性，生成总的DWG格式地形图。该项目采用HYPACK和清华山维软件进行水深数据编辑选取表 [5]。
3.3. 安全措施
测区水流湍急，下游出境为印度，为了保障安全，在测区下游末段布设了跨江防护索作为应急使用。为了保证架设安全，实施过程中采用冲锋舟先将细绳跨河，再引粗绳，粗绳又引钢绳的方式架设完成。
为保障水下工作的安全。采用两条冲锋舟进行作业，一条为测量船，另外一条为应急船只；现场临时聘用当地民工8人，负责在水边或林地里开路，搬运冲锋舟和设备设施。
测区下游河段无移动通讯信号，采用对讲机通讯；对讲机无法使用时，现场备有卫星电话，保证通讯畅通。
3.4. 完成的主要任务和提交的成果
经过全体参与人员40天的艰苦努力，按照委托方要求，安全、圆满地完成了任务。工作完成情况见下表4。
Table 4. Statistical table of work completion
表4. 工作完成情况统计表
4. 主要问题与处理
· 测区植被茂密，地形陡峭，布点极其困难。陆上部分采用免棱镜全站仪或RTK方法进行数据采集，测至高水位线。陆上地形测量现场每一岸雇请2名民工，负责辅助测量人员清理坡面上树木杂草，方能进行RTK或者免棱镜测量，但是仍然存在部分实测点点距较大，地形转折控制困难，但未出现空白区域，不影响地形资料的整体使用。水下按照1:1000比例尺进行实测，但测区河道急滩流区域较多，由于水流湍急高流速、浪高、气泡较多等多种因素，部分区域无法进行实测。测量人员根据数据采集情况划定急流区域范围，并根据现场流态和经验估测水深、结合附近实测点高程估算急流区域河底高程，估算点采用不同颜色与实测点进行区分，以提醒资料应用者需要谨慎使用 [7]。
· 固定断面调整。根据设计在库区共布设33个固定断面，大部分按照计划实施。但有部分断面布置在急滩上，在实施中，对其位置进行了适当调整。以及测区上游末端1~3号断面处于连续急滩、两岸均为悬崖，且无路可走。根据现场情况在下游断面间距较大的河段，按照每1~3 km布置的要求，有镇、村等居民点、支流汇入位置及河势变化明显位置进行了适当加密。作业组共测量河道断面36个。
· 测区为峡谷河段，地势陡峭，对GNSS卫星遮挡严重。故此次测量尽量选择地势开阔地带架设基准站，并使用了可同时收受北斗、GPS、GLONASS三种定位卫星的GNSS接收机，提高测量精度及作业效率 [8]。
· 地形限制，部分陡峭河段陆上地形采用免棱镜全站仪进行无协作目标法观测，保证了陆上地形测量质量与效率。
5. 经验与建议
· 作业前的查勘工作十分重要。艰苦危险地区的野外作业项目必须进行野外实地查勘，收集作业区域的相关资料。熟悉作业区域环境，充分掌握作业区海拔高度、植被覆盖、交通及居民分布等情况；提前规划作业方案及作业路线；了解作业区域的民族分布情况和风俗习惯和禁忌。尤其是针对雅鲁藏布江下游河段公路与水面连接道路较少的，需要查勘摸清下河公路，便于后期实施方便。
· 作业前准备。针对查勘收集的资料和掌握的信息，编制相应的安全作业手册，安全作业手册应包括自然地理特征和气候条件、主要危险因素分析和安全隐患对策措施、安全应急方案和地方相关单位联系方式。结合安全作业手册对参与作业的工作人员进行安全培训，通过培训掌握野外作业环境及安全隐患和预防、应急措施等安全知识。为作业人员配备符合要求的劳保用品和应急物资。
· 作业前与属地公安、驻地部队之间的要有互联互通，便于应对野外生产突发状况，从而全面提高作业人员野外工作的安全保障。
· 作业期间的管理。出工前提醒当天野外工作任务可能发生的危险，并要求作业人员应注意的安全事项。有问题及时反馈给相关人员。
· 根据作业现场环境合理配备各类应急物资和医疗物品，作业小组必须配备可以与外界联系的应急通讯设备，如对讲机、卫星电话等。作业小组应始终保持同进退，严禁一人作业。
· 安全措施必须考虑周全。比如架设过河缆索，双船作业等。
6. 结束语
本次测量的主要作用在于填补了此区域没有河道勘测成果的空白。通过本次艰难条件和高风险环境的测量实践得到一些启示，即野外作业的区域情况各种各样，特别是不同的艰险地区作业条件千变万化，对测量工作安全生产带来了挑战，本文通过对雅鲁藏布江下游水下地形测量的做法，提出了一些关于保证安全生产的建议，对于类似环境下的测量，也是一种参考。