福建省水利工程测量学科发展报告

来源:用户上传      作者: 福建省水利学会工程测量专业委员会

　　[摘要] 本文简述了福建省水利工程测量的发展现状，指出了存在的问题，提出了水利工程测量的发展目标、应用前景、对策和措施。
　　[关键词] 水利工程测量 水利水电建设 测绘产品 学科发展 报告
　　
　　1 引言
　　
　　工程测量是研究各类工程建设在规划、设计、施工阶段以及运行管理全过程、全方位测量工作的科学技术，是一门应用测量学科，是多专业测绘的综合学科。水利工程测量是工程测量的重要分支。其主要工作内容，包括为满足水利水电开发、水资源利用保护、流域综合治理规划、防汛减灾、科研、水利工程建设等领域需求，提供与地理位置有关的各种综合或专题信息。它是水利水电建设宏观管理、资源调查开发、水环境保护、区域经济规划、土地利用开发等不可缺少的前期基础性工作。正确认识我省水利工程测量发展现状和存在的问题，研究和制定我省水利工程测量学科发展的对策和措施，对我省水资源综合开发利用、防洪减灾和水利工程建设具有十分重要的意义。
　　
　　2 福建省水利工程测量发展现状与存在的问题
　　
　　2.1 水利工程测量历史沿革
　　建国以来，水利工程测量作为建设现代化水利事业的一门重要基础学科，通过广大水利水电测绘工作者的共同努力，初步形成了一定规模的测绘专业队伍和技术力量，为福建省水利水电开发、水资源利用保护、防汛减灾以及改善生态环境等方面，做出了积极的贡献。
　　在20世纪50～70年代，先后组建了福建省闽江流域测量队、精密水准测量队，晋江流域、九龙江流域、农田水利测量队，1958年以后又相继成立了福建省水利水电勘测设计院、福建省九龙江规划队、福建省水利规划院以及各地市的测量队。基础测绘队伍曾达到300人左右。主要工作是承担闽江流域平面、高程网的建立和1/万流域地形图测量、负责全省各流域二、三等精密水准测量、“五江一溪”（闽江、晋江、九龙江、汀江、赛江、木兰溪）及鳌江等流域的平面和高程控制和小比例尺地形图（1：2.5万、1：1万、1：5千）的测量工作、负责晋江流域灌渠测量、九龙江流域规划及灌渠测量、相继完成了各大、中、小型水利水电工程的三、四等三角平面控制网测量、高程控制测量以及水利枢纽建筑物地形图测量等。这期间，完成的水利水电工程测绘产品有：二等水准1925公里，三、四等水准10418公里，三、四等三角点4753点，五等三角点12576点，1:5千地形图测量1578km2，1:1万地形图12046 km2，1:2.5万地形图422 km2。
　　进入80～90年代，面临我国改革开放的大好形势，科学技术在各个领域得到突飞猛进的发展，测绘的仪器设备和技术手段也在日新月异的变化。为适应社会经济发展的要求，水利水电基础测绘队伍也在不断地调整和改变，整合后的测绘队伍更加精干和专业化。2000年以后，随着测绘仪器设备不断更新完善、测绘新技术的应用日臻成熟、各种数字化测图软件、系统管理软件不断推广和引进，用现代测绘先进技术逐步对传统测绘技术进行了更新，基本完成了对传统测绘产品的现代化技术改造。
　　2.2 测绘人员队伍及设备基本情况
　　“十五”期间，全省水利水电工程测绘专业队伍约有15家，其中有2家分布在省级单位，有8家在地市级单位，其它县级单位的有5家。具备甲级测绘资质的单位目前仅有1家；乙级测绘资质的单位有3家；丙、丁级测绘资质单位的约有11家。
　　全省水利各部门中，专门从事基础测绘工作的专业人员约有140人，其中大学本科学历有46人，占总人数的28.6％；大中专学历有54人，占总人数的38.6％；具备初级以上职称的专业技术人员有88人，占总人数的62.8％，其中教授级高级工程师1人，高级工程师12人，工程师43人。
　　据初步统计，目前全省水利系统已拥有多种精度和型号的全站仪61台、GPS接收机32台套、水准仪127台、经纬仪92台、测深仪7台套以及计算机、对讲机等办公系统辅助设备。仪器设备投入总资产达1600多万元。特别在“十五”期间省级设计勘测单位投入较多的财力，引进多种型号的GPS接收机，具有自动采集、观测数据自动处理功能的各种型号全站仪、可施测高精度等级的水准仪，拥有较为先进水平的测量平差计算软件和计算机数字化成图软件。这些高精尖设备的投入和使用，在“十五”水利水电建设中发挥了重要作用，取得较好的经济和社会效益。
　　2.3 水利工程测量工作成效
　　建国以来全省的水利水电工程建设取得辉煌成就，特别是改革开放以后，进行了大规模的水利水电基础设施建设，兴建了大量的水利水电工程。截至2006年末，全省已建成大、中、小型水利工程56万处，引水工程18.33万处，水库5.45万座，总库容135亿m3，年总供水量191.57亿m3，修建江海堤防5410km，围垦滩涂造地128.58万亩。此外，还修建各类大中小型水电站6000多座，装机近1000万kw。“九五”、“十五”期间，相继完成了水利水电工程测量项目230多项，其中省重点工程的项目10项，完成的总产值约2800多万元。在基础测绘工作中，累计完成国家三、四等水准测量1627公里；布设三、四等平面控制网点2329点；完成了各等级的电磁波测距导线1020公里；累计完成了1:500～1:5000比例尺的专业地形图833.4平方公里；施测各种断面数千公里。这些测绘成果，在水利水电的规划、设计、施工、工程建筑物的变形监测、工程运行管理和决策等方面发挥着极其重要的作用，为我省水利水电工程建设的顺利实施，提供了有力的基础保障。
　　目前，正在进行的水利工程测量有全省大中小流域综合规划、全省水资源及开发利用综合规划、全省中等以上城市防洪排涝规划、莆田木兰溪下游防洪整治工程、晋江下游防洪岸线整治工程、闽江下游北港南岸防洪排涝工程、闽江上游富屯溪、金溪、尤溪防洪工程、九龙江下游防洪工程、晋江市小流域整治工程、福州市内河整治工程、晋江、石狮、湄洲湾南岸供水二期工程等40多项水利工程；正在进行的水电工程测量有全省中小抽水蓄能电站规划、全省风电厂选点规划、仙游抽水蓄能电站、福鼎抽水蓄能电站、福州鼓岭蓄能电站、福安上白石水电站等30多项水电工程。这些水利水电工程的测量普遍采用“3S”及数字测绘技术，高效、快速地为项目的勘察设计和建设提供数字化测绘产品。
　　在科技进步与创新、新技术推广应用方面，水利工程测量取得的成绩尤为突出，近年来在福建省水利水电勘测设计研究院和福建省水利规划院两个龙头单位的带领下，对GPS、RTK、数字成图等先进设备与技术进行了广泛深入的研究应用与推广，并先后获得了4项福建省科学进步三等奖、1项福建省水利厅科技进步一等奖、3项福建省科技进步二等奖、2项福建省水利厅科技进步三等奖、1项福建省优秀勘察设计三等奖。2006年至今，两单位还成功申请承担了2项水利部“948”引进国际先进技术项目，成功引进了瑞士安伯格TMS隧道测量系统关键技术与设备、美国NAVCOM全球双频单机高精度GPS差分系统。
　　2.4 存在的主要问题
　　综观我省水利工程测量系统的队伍、仪器设备使用、技术发展水平、测绘成果管理状况，以及水利行业各部门对基础测绘的认知存在着差异，决定了水利基础测绘建设和发展的艰巨性和复杂性。水利基础测绘仍存在亟待解决的问题。
　　2.4.1 基础测绘数据落后，成果现势性不强
　　我省的水利水电测绘所使用的平面坐标系统大部分采用54北京坐标系统或以某地区为参心的近似54北京坐标系统或称工程独立坐标系统，与国家现行的80西安坐标系统不能接轨。同时我省早期布设的等级大地控制网已经使用了二三十年，网点数量不足，长期没有复测，又在大规模基础设施建设过程中受到严重破坏，可利用率低，已不能满足当今社会发展之急需。

　　在高程系统方面，有多种高程系统（如罗零高程系统、石垄高程系统、马肚底高程系统、1956年黄海高程系统、1985年国家高程基准等）长期并存，虽有换算系数，但其精度不一，资料陈旧，造成水利水电规划、设计、监测等部门使用不便和混乱。
　　基础测绘主要的产品成果体现在各种比例尺的地形图上，随着国民经济飞速发展，流域内各种地理要素发生了很大的变化，现存的地形图成果资料，大部分为传统的白纸测图资料，部分成果资料已失去使用价值。因此无论在内容和形式上，地形图成果远远不能反映经济和技术发展带来的地物地貌变化，现势性很差。
　　经过数十年的建设，我省水利水电已建成众多包括水库、水电站、水闸、堤防等大中型的水工建筑物。长期以来，我省水工建筑物的变形观测工作主要是由工程的施工建设单位和运行管理单位施测的。由于观测队伍不稳定、仪器设备陈旧、手段落后、技术水平参差不齐、数据综合分析处理不科学等原因，造成变形观测成果质量低劣或安全性评价不合理。特别是建设于上世纪50～70年代的水库，普遍未建立完整的大坝及库区变形观测系统，有的甚至从未进行过变形观测，各水库的其他地理数据也相当陈旧。这给现在正在进行的水库除险加固工作和后续的运行调度管理工作带来巨大困难，一旦发生险情将给水库下游居民的生命和财产带来巨大损失。
　　2.4.2 专业测绘人才匮乏
　　人才队伍是保障工程测量成果质量的必要条件，更是进行高新技术推广应用与科技创新的基础。由于历史原因，专门从事测绘的人才多为相关专业转行从事测绘工作。近十几年期间引进的专业测绘技术人才相对较少，能够熟练应用、掌握现代测绘高新技术（如地理信息系统、遥感影像技术）的人才尤其稀缺。
　　2.4.3新技术应用滞后，科研投入不足
　　我省水利水电大多数测绘队伍的基础设施建设与其他行业的测绘队伍相比较，仍处在较低的水平。发展不平衡现象十分突出，在大多数地县级测绘部门，设备落后、手段陈旧，高精尖的仪器设备投入不足，在现代测绘技术软件的配置上更显得薄弱，大大影响了传统测绘生产模式向现代化测绘技术更新改造的步伐，无法满足现代化水利建设对测绘产品的要求。现阶段为规划设计提供的测绘产品大部分仍停留在目视解释上，缺少计算机图像处理系统和数字化装备，水利水电系统尚未完全引进数字化测量系统，服务于水利水电建设的专题地理信息系统还没有投入较多的力量进行研究开发。
　　2.4.4 行业管理机制尚未建立，服务体系不健全
　　目前，水利系统的测绘技术管理仍处于各自为政的局面。各部门在规划设计各个阶段的报告、图件以及采用的基础测绘资料未作评价、分析或审查，给水利水电建设带来巨大隐患。同时，各测绘单位间缺少交流平台，成果未能做到共享，造成重复测绘的浪费。
　　
　　3 水利工程测量的发展目标和应用前景
　　
　　3.1 发展目标
　　水利工程测量的发展目标是从传统的测绘技术向数字化测绘技术转化，从模拟测绘产品向4D产品转化，从传统的测绘产业向水利地理信息产业转化。积极推广和应用新技术，促进水利工程测量技术方法和手段的更新换代，充分利用GPS、GIS、RS和“3S”集成技术以及数字化测绘技术和先进的测绘仪器等高新技术。加大人才引进和培养力度，加强新技术的研究和推广应用，不断拓宽水利工程测量服务的新领域。逐步实行测量数据采集和处理的自动化、数字化、实时化和智能化；测量数据管理的科学化、标准化、信息化；测量数据传播与应用的网络化、多样化、社会化。建立健全水利工程测量管理体制和投入机制，促进水利工程测量数字化、自动化、信息化体系的形成，提高水利工程测量的技术水平和服务水平，提升测绘对水利水电各部门需求的保障能力。
　　3.2 应用前景
　　在水利规划设计和水利工程建设中的应用前景。我们可以充分利用GPS、GIS、RS和“3S”集成技术以及数字化测绘技术和先进的测绘仪器等高新技术，为水利水电工程规划设计和建设更加快速、高效地提供三维可视化数字地形图和水利综合信息专题图，从而使规划、勘察设计的工作效率、科技含量和成果质量大幅提高。
　　在防灾减灾中的应用前景。防灾减灾历来是福建水利的重大课题。为保障人民生命财产的安全和国民经济可靠持续发展，“九五”期间，省委、省政府做出了建设具有福建特色的防灾减灾五大体系（即蓄水工程体系、江海堤防工程体系、江河洪水预警报体系、中尺度灾害预警报体系、生物防御体系）的重大战略部署。我们可以充分利用数字化测绘和“3S”集成等高新技术，通过逐步建立全省海堤防的水情、水库调度等专题地理信息系统（GIS）和流域三维可视化系统，在江河洪水预警报体系、中尺度灾害预警报体系、生物防御体系中发挥更大的作用。
　　在水环境和水土保持建设中的应用前景。随着社会经济的发展，水污染严重，因此保护水生态，实现可持续发展成为当务之急。在水环境和水土保持建设中，可以利用采集的三维数字地形图数据，建立数字高程模型，进一步建立水资源、水环境、水生态、水土流失等专题地理信息系统（GIS），为水资源保护、规划、建设和管理提供科技保障和服务。
　　
　　4 水利工程测量发展的对策和措施
　　
　　4.1 推进各大流域及区域测量基准体系建设
　　4.1.1 建立和完善主要江河流域、海岸、水库群的高程控制系统
　　针对我省高程控制系统落后、成果现势性不强的弱点，有必要在全省各主要大流域（特别是“五江一溪”和海岸线）有计划、有步骤地布设与国家高程系统相匹配、以二、三等水准网为基础的水利专用高程控制网。在此基础上，以四等水准网方式，联测已有的局部地区工程控制网，逐步完善各区域中小流域和水库群的高程控制。
　　4.1.2 建立和完善主要江河流域平面控制系统
　　平面控制网是进行各项测量工作的基础，具有控制全局的作用。未来期间，重点在“五江一溪”及主要江河流域内，根据水利水电防洪减灾、规划设计、工程建设的需要，按轻重缓急的工作原则，以流域或区域为范围，有计划地布设三等、四等GPS控制网点约400个。经整体平差后，形成覆盖流域与现有国家坐标统一的水利水电专用控制网，更好地满足各种比例尺基础测绘和工程建设的需要。
　　4.1.3 建立和健全全省大中型水工建筑物的变形观测体系
　　建筑物变形观测是水利工程测量工作的重要组成部分。其目的是监测建筑物在施工或工程运营期间内的稳定性和安全性，研究其变形的原因和规律。经过数十年的建设，我省水利水电已建成诸多包括水库、水电站、水闸、堤防等大中型的水工建筑物。今后，以确保水利水电建设工程施工期和运营期的安全可靠为目标，一是加强变形观测工作的技术改造，逐步应用全能激光仪、自动垂直仪、电子测斜仪等光电仪器，引进和推广近景摄影测量、电子精密水准测量、变形监测机器人、实时GPS测量等新技术的应用。二是提高观测数据的分析处理能力，应用数理统计方法、回归分析方法，发挥计算机的强大功能，研究和建立可靠的观测数学模型，使得由单一变量统计分析发展到多变量动态的定性定量统计分析，对建筑物的安全提供更可靠的预测与预报。
　　4.2 加快测绘高新技术的开发和应用
　　4.2.1积极参与水利信息化建设
　　水利信息化是国家以信息化改造和提升传统产业思路在水利行业的具体表现，是带动水利现代化的重要措施之一。水利工程测量面临较好的发展机遇，我们应抓住这个发展机遇，加速自身的技术结构、生产组织结构和产品结构的转化。一是对已有的基础测绘资料进行系统分析，充分利用国家、地方和行业内已有的成果资料，对计划开展的基础测绘项目和需要完善的基础测绘工作做好数据的收集和采集工作；二是加速传统水利水电测绘产业向地理信息产业的转化，逐步形成一个能够承担全省水利水电地理信息采集、处理、维护、分发等任务的专业测绘队伍和基础信息中心；三是加快新技术开发和应用。鼓励和支持地理信息系统的增值开发，研制不同种类、不同尺度、不同形式的数字测绘产品，不断引进、开发和更新数据采集和管理的软硬件设备。四是加强与测绘行业内及水利行业其他专业的合作，积极参与“数字福建”、“数字水利”建设，拓宽服务领域和范围。五是建立测绘信息网络共享、管理与交流平台。

　　4.2.2 加强先进技术和设备的推广及应用，鼓励科技创新
　　加强先进技术和设备的推广及应用的主要任务是：逐步更新升级现有设备的功能与技术，引进和推广应用国内外先进的测绘装备与技术。逐步在全行业推广普及对高端全站仪、动静态GPS、GPS连续参考站、数字水准仪、内外业一体化数据采集与处理、数字化成图、卫星遥感影像、三维虚拟现实等先进设备与技术的应用。
　　加大科研力度、鼓励自主创新。随着各类先进软硬件设备与技术手段的继续引进，自主创新与独立研发的方向将向测绘生产智能化、网络化应用等高新技术领域延伸，水利水电工程测量可结合自身的专业特点和相关测量成果应用部门的独特需求，积极开展数据采集与处理系统国产化研发，争取在科研领域有新的突破。
　　4.2.3 注重人才培养
　　水利工程测量人才队伍建设的主要任务包括：① 引进高素质、高层次的测绘人才；② 组织培训和科技交流，提高测绘人才的学历和职称层次，形成以大专为基本、本科为主力、研究生为骨干的测绘人才队伍；③ 培养一批测绘行业科技带头人和专家型人才，并为他们充分发挥作用创造条件；④ 做好注册测绘师的认定、考核工作和测绘行业特有工种职业技能鉴定工作，造就高水平的水利工程测量队伍。
　　4.2.4 推进水利水电测绘地理信息系统（GIS）的建设
　　地理信息系统（GIS）作为一种特殊的管理系统, 它以空间数据为基础，可进行空间数据及属性数据叠加分析，方便快速提取用户关心的信息，通过地面模型自动生成功能及三维空间处理模块，可实现虚拟三维现实的直观演示和各种分析，为领导决策提供了一种方便快捷的信息平台。目前，水利行业地理信息系统的建设主要侧重于单方面如防汛、水土保持等的开发和应用。水利工程测量应充分发挥地理要素在三维可视化管理方面的应用价值，联合全省甲、乙级水利工程测量队伍的技术骨干，以各大流域水利信息综合管理为研究课题，逐步建立和健全各类水利水电专题地理信息系统，逐步实现流域内与水相关的各类信息的统一管理，为综合管理和科学决策提供技术支持。具体设想如下：
　　(1) 开发基于三维可视化的地理信息水资源管理系统。实现对流域历史的水文、气象、地理、地质、水质、水利工程、水处理工程等数据以图形形式的可视化管理，通过对模拟设备的选择查看其属性信息，通过属性查找对应的设备并定位，以利于科学决策和管理。
　　(2) 建立各大流域水利规划管理信息系统。该系统的建立，可以实现滚动规划和管理，如进行大型水库淹没区实物量估算、库区移民安置环境容量调查、灌溉区实际灌溉面积和有效灌溉面积调查、水库淤积测量、河道演变及现状工程分布情况等，并利用水利CAD设计平台大大提高设计方案的准确性和成图效率，利用项目管理软件加快项目施工进度和节约成本，提高工程的运行管理水平。
　　(3) 建立各大流域水资源水环境实时监控管理系统。该系统的建立可以实现对水资源动态监测、数据采集、实时传输、信息存储管理和在线分析管理，根据已建立的水量、水质和水环境分析模型，以计算机通讯网络技术为依据，以规范化、标准化的水资源综合数据库为基础，以水资源供需平衡和优化调度模型为内核，实现对水资源的远程控制和优化配置管理。
　　4.3 建立和健全水利水电工程测量行业管理体制
　　4.3.1建立水利水电工程测量行业管理机构
　　将水利水电工程测量纳入水利规划和管理的工作范畴。改革开放以来，虽然水利工程测量的测绘产品都已形成市场化，一方面给测绘行业带来了无限的生机和发展机遇，但另一方面也造成了测绘产品在监督管理上的混乱和缺位局面。各自为政造成管理机制的削弱和部分测绘产品质量的降低；重复测绘则在经济上造成浪费。因此，水利工程测量必须由水利主管部门进行统一的规划协调与管理，可考虑由水利建设行政主管部门或采取挂靠的形式建立测管理中心，对全省的水利水电测绘（包括人员、制度、测绘基础资料、仪器设备等）进行统一的监督管理，并结合各时期的工作重点，制定基础测绘计划，建立稳固的基础测绘更新机制、明确更新周期和经费渠道，使水利水电基础测绘能够及时有效地服务于福建省水利水电的综合开发治理。
　　4.3.2规范水利水电工程测量市场
　　水利水电工程测量有其行业的特殊性，如水利工程设施、水下地形、水工建筑物、大坝变形等测绘的精度要比常规的工程测量精度要求高，同时不同的水利工程所要求的测量精度也不尽一样。因此，参与水利水电工程测量的队伍必须在具有测绘行业主管部门颁发的测绘资质基础上，充分理解行业的特点和水利工程要求，严格执行《水利水电工程测量规范》和《水利水电工程施工测量规范》，才能提供合格的测绘产品。对于事关国计民生的重大水利工程，应由测绘行业主管部门颁发的较高测绘资质的工程测量队伍承担。为此，建议由水利建设行政主管部门或新成立的水利水电工程测量行业管理机构来协调管理，以规范水利水电工程测量市场。
　　4.3.3 健全水利水电工程测量成果共享机制
　　我省水利水电行业的测绘生产与测绘成果资料的管理一直处于各个单位各自为政的状态，未进行统一保管，时常造成珍贵测绘基础资料的遗失，测绘成果资料的应用也未建立有效的相互沟通渠道，导致了大量的重复测量，造成测绘基础资源与测绘生产力的严重浪费。健全水利水电测绘成果共建共享服务体系的主要工作包括：
　　（1）各省级及地县级部门应尽快建立测绘成果的计算机管理体系，对已有的历史资料进行收集整理，有条件的应建立专业的数据库管理系统。
　　（2）开辟已有测绘成果资料应用的交流沟通渠道，建立测绘成果资料目录的汇交管理体系，尽可能减少重复的测绘生产，提高测绘生产效率。
　　（3）建立水利水电测绘行业的专业网站，为测绘生产的信息传递、资料收集、成果分发提供有效的窗口与平台。
　　
　　参考文献：
　　[1] 福建省“十一五”水利水电基础测绘专项规划. 2007.
　　[2] 新技术在工程建设中的应用研讨交流会论文集. 2000.
　　[3] 福建省面向21世纪水利发展战略研究. 2000.
　　[4] 中华人民共和国水利水电测绘简史. 1997.

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