任小强 袁汉章 刘国刚 孟勇飞 徐西桂

(1. 建设综合勘察研究设计院有限公司, 北京 100007; 2. 北京市永定河管理处, 北京 100165)

0 引言

按照《水利部关于加快推进河湖管理范围划定工作的通知》(水河湖〔2018〕314号)要求,依法划定河湖管理范围,明确河湖管理边界线,是加强河湖管理的基础性工作,也是《水法》《防洪法》《河道管理条例》等法律法规做出的规定,更是中央全面推行河长制湖长制明确的任务要求[1-2]。

按照“水河湖〔2018〕314号”文件要求,加强河湖管理范围划定之前,河湖管理和保护范围一般停留在文字描述和纸质图上,监管手段基本采用传统的人工巡查,河湖范围管理经验主义比较强,既没有落实在“一张图”,也没有建立管理系统,更无法把河湖管理范围界线落实在现场实地,管理不到位,管理效率低下,还会经常与当地老百姓发生纠纷和矛盾。为解决河湖管理手段落后、管理力度不到位和管理被动等问题,提高河湖管理能力和管理水平,实现河湖管理的高效化、精细化,必须提高管理的信息化和现代化意识,并综合应用先进的无人机航空摄影、机载激光雷达和地理信息系统以及传统测绘技术等测绘地理信息技术。

近几年,测绘地理信息技术迅速发展,尤其无人机倾斜摄影、机载激光雷达和地理信息系统等新技术目前已经非常成熟,在自然资源调查[3-4]、河湖划定和管理[5-6]、生态环境修复[7]及地质灾害隐患防治[8]等各领域得到广泛应用。测绘地理信息技术在理论、技术、产品等方面为水资源保护、水域岸线管理、水污染水环境治理、水生态修复及水行政执法等河长制相关工作提供了广泛的技术支持[6]。

作为全国四大重点防洪河道之一,北京地区最大河流,首都母亲河,永定河具有重要的资源功能和生态功能,是洪水的通道、水资源的载体、生态环境的重要组成部分,故加强河道管理保护范围划定和管理极为重要。

1 传统测绘方法应用于河湖岸线划定和管理

1.1 永定河河道划定方法

河湖管理范围划定原则:(1)坚持依法依规原则;(2)保留河湖基本空间原则;(3)坚持因地制宜原则;(4)采用新技术新方法原则。

1.1.1管理范围划定

永定河管理范围主要依据1989年市政府批复的《北京市市属水利工程管理范围、保护范围、清障范围》([1989]厅秘字第13号)划定,2002年以后建成的新右堤(三家店至卢沟桥段右堤)依据2001年国土资源和房屋管理局文件划定,大兴国际机场段北小埝堤防按设计批复文件划定。

划定情况为:永定河管理范围线自河道上开口线外延55～75 m划定;对于有村庄、城市合法建设的局部河段外延30～50 m划定;另有部分河段,因现状堤外地块用地属性已划为水工建筑用地,管理范围线随地块外边线局部扩展至上开口线外106～320 m。

1.1.2保护范围划定

保护范围基本依据1986年市政府批复的《关于划定郊区主要河道保护范围的规定([1986]京政办发51号)》划定。保护范围线自河道上开口外延105～110 m划定;对于有村庄、城市或合法建设的局部河段外延30～60 m划定;小哑叭河分洪口门段因保障分洪、石景山双峪路至堤防人字门段因历史和交通路现状预留封堵堤防口门等需要,保护范围线自上开口线外延180～320 m;局部因管理范围宽度较大,不再单独另设保护范围。

1.2 永定河河道规划设计岸线划定传统测绘方法

测绘是永定河管理保护范围划定的前提和基础,引用测绘资料翔实准确和采用正确先进的测绘方法,才能保证永定河管理保护范围划定准确可靠。根据实际情况,已经采用或可考虑采用以下测绘方法。永定河北京段管理保护范围实地埋设固定标志工作流程见图1。

图1 永定河北京段管理保护范围实地埋设固定标志工作流程图

1.2.1对现有资料进行测绘分析研究

从数据基准、空间位置、几何精度、拓扑关系、资料类型、完整性、准确性、系统性和现势性等方面,利用测绘技术方法,对已有的各类资料进行数字化、矢量化、纠正、拼接、拓扑检查以及详细分析研究,为河道划定提供数据依据。

1.2.2传统测绘方法

建立控制基准为工程提供统一测量依据,是确保工程顺利实施的基础。三家店水闸至市界河(永定河市管段)中心线总长约80 km,每隔3 km左右需各布设一个全球导航定位系统(Global Position System, GPS)控制点,共布设52个GPS控制点,作为界桩测定起算点。根据《永定河管理范围河保护范围划定图》设计条件、影像图、地形图等数据资料提取管理范围和保护范围界线重要拐点。并进行实地踏勘选点、放样,测细部点坐标,内业计算,绘制平面位置图。

在河湖划定方案获得政府批准之后,需要从河湖管理保护范围界线提取一些明显重要的特征点,利用测绘放样技术放设到实地,并将永久性固定标志(如界桩)埋设实地,标示和固化河道实地管理保护范围。

1.2.3实地埋设固定标志

因地制宜,本文创新使用了“移位埋设”“移位界桩”和“电子界桩”等技术。当实地无法埋设,需要移位埋设界桩时,即界桩实际埋设位置与理论埋设位置不一致时,则须在界桩标示:“桩左/右侧xx m为永定河管理/保护界”。当移位埋设也无法满足需要时,在河道管理和保护管理范围界线上,提取重要明显拐点设为“电子界桩”。经过潜心研究和数次试验,改变石刻工艺“两次贴谱,两次刻制,两次喷绘”,最后在石材上实现刻绘北京水务Logo图案。

利用全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)、全站仪等传统测绘方法,可采集精确的位置信息,绘制成图,为信息化管理提供基础信息;对日常巡查执法测绘和小规模大比例地形图进行修补测;以及划定范围界线实地验证,具有灵活、快捷等优势,但是缺点为采集信息有限。

2 无人机航空摄影、机载激光雷达应用于河道巡查执法

2.1 无人机航空摄影

目前,无人机航空摄影已非常成熟,具有快捷、安全、精度高、成本低、操控性强、获取信息丰富、测绘成果多样化等特点,可快速获取数字正射影像(Digital Orthophoto Map, DOM)、实景三维模型和数字线划图(Digital Line Graphic, DLG)等测绘成果,在水务、农业、林业等领域得到了广泛应用。在生产数字线划图、正射影像、实景三维模型方面有巨大优势。采用低空无人机航空摄影,为河湖划定和管理提供准确可靠、现势性强的多样化数据支持。

采用无人机航空摄影,进行河道巡查执法,可实现足不出户迅速完成河道巡查,及时发现制止河道侵占、私挖盗采等违法行为。利用多期数据对比分析,可以统计分析河道变化情况,为河道长期管理决策提供科学依据。但是,缺点为受空域和天气因素限制较大,在植被茂密区域效果不佳。

2.2 机载激光雷达

目前,机载激光雷达(Airborne LiDAR)已经比较成熟,相对无人机航空摄影具备同样优势,还具备高程精度高、抗干扰性强和“穿透”植被、云雾等遮挡物的特点。采用机载激光雷达,可获取点云数据和高精度影像[9]。技术加工可快速获取点云三维模型、实景三维模型、DLG、数字高程模型(Digital Elevation Model, DEM)、DOM等测绘数据成果,为河湖划定和管理提供翔实的数据依据。利用多期数据成果对比分析,统计分析河湖变化情况,为河湖长期管理决策提供科学依据。但是,缺点同样是受空域和天气因素限制较大,且设备成本较高,可视化效果弱,数据冗余量较大。

3 地理信息系统应用于河湖信息管理

为满足河湖信息化管理需要,利用地理信息理念,并确保界桩编码唯一性,对河湖管理保护范围界桩进行编码和标示设计。以永定河北京市管段为例:界桩编码采用“河道名称代码—区名称代码—界类型代码—左岸/右岸—行政代码—序号”六级编码体系,六级码段具体信息如下:

河道名称代码—区名称代码—界类型代码—左岸/右岸—行政代码—序号

YDH—MTG/SJS/FT/FS/DX—GL/BH/GB—Z/Y—BH/Q/Z/S—XXX

各级码段所代表意义为:(1)“YDH”:永定河;(2)“MTG/SJS/FT/FS/DX”:门头沟/石景山/丰台/房山/大兴区;(3)“GL/BH/GB”:管理界/保护界/管理保护界;(4)“Z/Y”:左岸/右岸;(5)“BH/Q/Z/S”:北京河北界/区界/镇界/所界;(6)“XXX”:序号,为三位001至999,沿河流方向自上而下,以区段、左岸、右岸、管理界、保护界和管理保护界为单位分别编号,不得重复必须保持界桩编号的唯一性。

以永定河为例,管理保护界桩正视面(A)、背视面(C)、侧视面(B)、侧视面(D)四个侧面和顶视面雕刻标示信息、规格、编码等规定范例见图2。

图2 界桩规格、编码和标示规定范例图

利用地理信息系统技术,建立时空信息管理和动态监测系统[10],河湖时空信息管理和动态监测系统包含底图(地形图、影像图、三维模型等)、管理保护范围、行政界线、界桩、水利设施和各类注记等几何数据和属性数据。可在系统上查看界桩分布情况,结合卫星影像及无人机航摄照片,实时监测每个界桩的情况。实时掌握河湖动态信息,及时发现处置非法盗采、侵占河湖、围垦河湖、非法设障等行为;在水库和河道大坝安装传感器,实现大坝自动化安全监测;在重点区域安装传感器,实时监测生态环境变化。提高河湖空间信息信息化、智能化管理,为河湖长期高效精细化管理、自动化安全监测、生态环境监测以及应急防洪防汛减灾求援决策提供有力支持。

4 结束语

测绘地理信息技术是重要的技术手段,通过测绘地理信息技术的综合运用,无论是作为前期的河湖规划和划定,还是后期的河湖管理、自动化安全监测和生态环境监测以及应急防洪防汛减灾救援,均能提供精准信息和技术支持。

关于河湖划定和管理测绘工作,建议要为河湖规划、划定提供信息采集定位、地理信息制作服务,还要协助河湖管理部门和属地政府把河湖地理信息管理系统建设起来,最后为实现河湖长期管理、自动化安全监测和生态环境监测以及应急防洪防汛减灾救援提供精准信息和技术支持,确保中央河长湖长制深化落实到位,以建设美丽中国和文明生态。