无人机技术在渭河河道查勘中的应用

王 樱，靳金平，张广林

渭河下游属于典型的北方多泥沙冲淤性河流，三门峡水库建库以来，渭河下游淤积严重，河道主流摆动频繁，冲淤变化剧烈。特别是洪水过后，河道主槽宽窄、位置、形状变化大，河道弯顶上提下挫颇为常见，河道自然裁湾时有发生。因此，渭河下游的大洪水过后和每年汛前、汛后的河道查勘工作显得尤其重要。针对当前和到勘察方式的局限性，探讨无人机技术在渭河查勘中的应用。

1 渭河下游河势查勘工作的主要任务和内容

2.1 主要任务

渭河下游河势查勘的主要任务是：实地调查分析渭河下游河道在洪水期或汛期河势变化情况以及防洪工程在洪水期间对河势的控导作用和工程水毁情况，为下年度防汛准备工作提供资料依据和防洪工程修复作技术参考，确保来年汛期安全度汛。

2.2 主要工作内容

当前渭河下游河道查勘工作主要依靠工作人员现场徒步踏勘、深入河道内肉眼观察，凭经验对河道滩面及主槽变化情况、工程对水流的控导作用等进行判断，同时勾绘河势变化图，根据查勘情况分析汛期或洪水期河道变化情况以及洪水期防洪工程可能出现或已经出现的险情，预估后续河势的发展演变趋势。

2 现行河道查勘工作方式的局限性

2.1 传统河道查勘效率低

在洪水结束后，河滩内往往淤泥遍布，工作人员难以进入河道内，部分河段高杆作物阻挡视线，也观察不到水流和岸坎及工程水毁情况，这部分只能根据经验判断，可能与实际情况有较大的差距。

2.2 河道查勘中对河流走向的总体把握不足

当前河道查勘基本上是采取选取关键查勘地点观察的方式，相邻查勘地点之间距离相对较远，由于工作人员观察河势变化情况的位置所限，只能看到较近的区域，而对于远处的河道水流变化情况及河流走向只能依据当前水流走向推理和经验判断。这样以来，对于河流的总体走向往往会出现偏差，不能反映真实的河势情况。

2.3 河势变化主要依靠经验判断，勾绘河势精度不高

渭河下游河道冲淤变化剧烈、河道形态演变频繁，其河势变化在时间上具有渐进性，在空间上具有渐变性，河道内各种滩、槽、岸坎形态要素不断相互转化。勾绘河势时，工作人员多依据经验推理、判断较远处河道水流变化，进而对河势演变趋势进行判断。这种方式具有一定局限性：一是较远处河势的判断可能与事实不符，而且其误差可能较大；二是在勾绘河势和河道走向时，对河道宽窄、走向变化起始位置及相对距离的把握较为困难，不能精确描绘河道演变情况。

2.4 洪水期突发险情危及工作人员安全，工作效率较低

在洪水期洪水查勘中，河道水流变化较快，对防洪工程的损毁往往很突兀，一旦出现险情，其发展非常迅速。目查看险情需要工作人员深入现场观察、拍照、确定抢险方式和计算工程量等，时间较长，效率较低，受工作人员巡查位置所限，洪水期间出险现场坍塌、滑坡、溃决等无法准确预测，可能危及工作人员人身安全，不利于工作的开展。

3 无人机技术在查勘工作中应用的思考

3.1 无人机航拍总体把握河势的走向

无人机携带视频录拍设备，在河道查勘中方便、高效、廉价的在高空摄取区段河流全貌，能清晰的反映河段水流走向和河势总体变化情况。渭河溢渡湾道是一个多年形成的大曲率湾道，洪水期水流不畅，流速缓慢，工作人员站立在工程上很难发现湾道深处河势变化情况。2017年汛后，工作人员发现原湾道主槽逐渐淤积萎缩断流，但无法看清湾道深处水流走向，后用无人机高空拍摄，清晰的发现此处自然裁湾(如图1)。

图1 渭河溢渡弯道自然裁弯

3.2 无人机结合GPS定位仪等高精度测绘仪器能较为精确把握对河势的细微变化

无人机作为一种会飞的传感器载体，其本质就是数据采集。当无人机携带GPS定位仪等高精度测绘仪器后，就可以成为一种精密的、不受地形、地貌限制的测量仪器。通过高精度定位系统等各类测量仪器，能完美的测量出河道查勘所需的各种数据，如河湾或工程出险位置、长度弯矩、河槽宽度等。在勾绘河势时可以直接通过无人机传感器与计算机联结，将航拍图形和数据直接应用于河势图的制作中，避免了人工绘图的随意性，使绘图更加精确、方便。通过无人机在高空在同位置多年拍摄的全景照片对比分析，还可以清晰的发现区段河势变化过程和趋势，提前发现出现异常河势的可能。渭河槐元弯道时渭河多年来形成的大型河湾，根据2017年汛后无人机航拍的照片分析，该处河湾已经出现自然裁弯的趋势（见图2）。

图2 渭河槐元弯道出现自然裁弯的趋势

3.3 无人机结合实时互联网技术实时传输洪水险情，为防汛抢险指挥做参考

洪水期水情瞬息万变，工程险情往往发展迅速，而洪水险情的描述和上报必须非常准确和及时，以便抢险指令的正确下达和抢险设备、物料的有效调拨。无人机航拍照片及相关数据资料通过互联网技术直接与接收终端相连，能迅速将有关情况汇总上报上级防汛决策机构，为决策层发出正确的防汛指令作参考，利于防汛机构抢险救生决策和迅速有效的物料调拨。

4 结论

无人机等相关新技术不仅能在日常的汛前汛后河道查勘工作中提高工作效率和成果水平，还能在洪水期河道查勘中迅速发现和上报有关险情，预测洪水发展趋势，为防汛决策提供及时有效的参考，更能保护工作人员人身安全。建议在河道查勘工作中充分利用无人机等新技术为工作服务，提高工作效率和成果水平，保护工作人员人身安全。