中小型湖泊測量“五大難題”破解之道

（本文發表于2025年第3期）

作者簡介

第一作者耿仕濤 , 助理工程師，主要從事自然資源調查與科普研究工作。

通信作者 安洪巖，工程師，主要從事水資源基礎調查工作。

> 對角線上的生態詩 視覺中國 / 供

鑲嵌在大地之上的湖泊如同生態系統的藍色心臟，既是維系陸地生命網絡的淡水樞紐，也是解譯地球水文密碼的關鍵載體。湖泊通過持續的水循環構建起多維生態服務網絡：其蓄積的萬億立方米淡水支撐著人類社會命脈，通過蒸發—降水機制調節區域氣候，在碳、氮、磷等元素循環中搭建生物地球化學通道，更為水生生物提供生存家園。這種復合生態價值決定了精確掌握其三維形態的緊迫性和必要性，只有通過高精度水下地形模型，才能有效支撐對湖泊生態承載力的評價。

> 湖與城

現代湖泊水下地形測量技術主要以單波束、多波束聲波測深系統為主，通過高頻脈沖掃描湖底，利用聲波在淡水中約1430~1480米/秒的傳播速度，將計算往返時差轉化為厘米級精度的水深數據，進而刻畫出水下跌宕起伏的世界。測湖人員通過這種系統化作業采集的數百萬個點云數據，經過專業軟件的智能擬合，最終將神秘的水下世界轉化為三維數字模型，這個模型不僅能清晰展現湖盆的溝壑起伏，更能通過計算得出不同水位對應的“水立方”容積。然而要實現這樣精密的測繪，對于面積較小、地形復雜的中小型湖泊來說，還面臨著諸多技術挑戰。以下就以中國東部平原湖區湖泊調查為例，破解中小型湖泊測量難點。

> 水下地形測量 毛寬振 / 攝

01

剖析難點 洞悉關鍵

中國東部平原湖區主要分布于長江中下游流域、淮河流域、海河流域及黃淮海平原區域，是我國淡水湖泊分布最為集中的地理單元。該區域除洞庭湖、鄱陽湖、太湖、巢湖和洪澤湖五大淡水湖外，其他湖泊大多屬中小型規模。其類型多屬河成湖，呈現典型淺水湖泊特征，具體表現為水體深度較淺、湖底地形平緩且形態結構復雜多變等特點。在實地測量作業中，常面臨多重技術挑戰。其一，人類活動產生的物理阻隔設施，如圍湖養殖區、捕魚地籠裝置及圍網捕魚設施等人工障礙物，對測量線路形成空間制約；其二，高溫極端天氣、高強度太陽輻射、水面風浪擾動等復合型自然干擾因素疊加作用；其三，淺水區域、水生植被密集區等特殊水文環境對測量船只通行構成顯著阻礙。這些技術難題可系統歸納為“淺、變、草、網、塘”五大測量障礙類型。若在關鍵測量技術環節處置失當，將直接導致測量精度降低及水文數據失真等系統性誤差問題。

“淺”之難。由于平原地區中小型湖泊普遍水深相對較淺、湖底地形平緩，其岸線淺水區域水深往往不足50厘米，行船時往往擔心吃水深度不足，導致擱淺而不敢靠近岸線作業，使得近岸區域測量精度受限。同時，淺水區域通常沉積物較厚，且受風浪影響顯著，水體擾動頻繁，這些因素都會對測深儀的回波信號產生干擾，影響測量數據的準確性。

“變”之難。中小型湖泊在豐水期與枯水期交替的過程中，形態特征會發生劇烈變化。例如，在暴雨等極端天氣條件下，水域面積急劇擴張，水位快速變化，導致湖泊岸線可能在數小時內發生顯著位移，位移幅度可達數十米甚至上百米。這種極端情況下的快速形態變化，給水下地形測量工作帶來了極大挑戰和不確定性，要求測量工作必須具備靈活的調整方案和快速響應能力。

> “變”之難——龍感湖枯水期 耿仕濤 / 攝

“草”之難。中小型湖泊因其“淺、平”的湖盆地形，往往具有內緣低洼、岸線曲折綿長的特點，為水生植被提供了天然溫床，使得單位面積生物量遠超大型湖泊。湖岸邊緣茂密的水草帶形成天然屏障，作業中設備易被纏繞干擾——發動機會因螺旋槳被水草纏住而熄火，聲波信號也會因照射在植被上遭吸收散射而沒有真正到達湖底，出現錯誤數據，限制了測量工作的精度與可操作性。

> “草”之難

“網”之難。部分中小型湖泊受人類活動如圍網捕魚、圍網養殖等因素影響。圍網所構成的物理屏障，容易遮擋部分水域形成測量盲區，而水下圍網更會造成纏繞測深設備的風險，限制了船舶測量活動。這種人為干擾不僅影響數據的完整性，更增加了測量成本和時間投入。

> “網”之難 耿仕濤 / 攝

“塘”之難。圍湖養殖不僅重塑了湖泊形態，將其割裂為人工坑塘，更在空間上制造測量盲區，在生態上改變了水文特征。養殖設施縱橫交錯，既限制測量路徑，又干擾數據采集。同時，水產養殖勢必影響到水質的變化，加上測量中還需考慮到養殖生物的安全，避免對其造成不必要的干擾或傷害，使得尋常船舶難以支撐測量活動。

> “塘”之難 視覺中國 / 供

中國東部平原湖區中小型湖泊水下地形測量中遇到的“淺、變、草、網、塘”五大測量難點并不是單一出現，往往是疊加在一起，問題錯綜復雜，影響測量作業。那么，種種難點匯聚，實操中如何破局，測湖人員需要綜合考量影響因素，抓住關鍵矛盾，因地制宜，逐一化解，確保水下地形測量順利進行，保證測量結果的準確性。

02

見招拆招 破題有道

系統剖析“五難”問題，創新構建分區測量體系，將湖泊測量整體工作細化成五大特征區：一般湖區、豐枯變化區、水草密集區、養殖活動區和坑塘改造區。測量工作以“優鋪全局、細解難題”為基調，采取優先推進大水面作業、靈活穿插進行難點攻堅的方法，高效推進測量進程，逐一攻克問題難點。通過分區施策、梯次推進方式，既能確保測量效率，又可以攻克技術瓶頸，最終實現湖泊全域高精度測量的整體目標。

> 湖泊測量 耿仕濤 / 攝

“遙”與“波”組合，把控豐枯變化，破“淺”與“變”之難。為把控豐枯變化顯著湖區的測量質量，需結合實景三維中國數據庫中的數字高程模型，進行水—陸一體化測量。

中小型湖泊測量宜選枯水期開展作業，其形態、水體相對穩定，實地測量工作量相對較少。枯水期可以最大限度地發揮遙感技術優勢，實時獲取水面以上的地形信息，記錄岸線、地形和土地利用情況，再結合測深儀（單波束或多波束）完成對枯水期水體的水下地形測量，建立水—陸一體化數字高程模型。

豐水期湖泊形態相對不穩定，這就需要在枯水期測量方法的基礎上，適時利用無人機載體優勢，搭載激光雷達系統，高效獲取復雜區域水面以上的數據，同步部署無人測深船，配備單波束或多波束模組，精確測量淺灘區域水下地形。這種空—水一體化測量體系，既能突破傳統船舶作業限制，又能確保測量精度，為豐水期湖泊測量提供創新解決方案。

水—陸一體化測量能有效把控豐枯變化，通過陸域與水下數據重疊區的交叉驗證，確保測量精度符合要求，保證數據的可靠性和一致性，為數據融合提供基礎，生成準確的數字高程模型。與此同時，衛星遙感可對湖泊進行持續性有效監測，掌握多年水域變化規律，水—陸一體化測量則提供精確的空間基準，兩者協同為湖泊科學研究構建起多尺度、多維度的數據支撐體系。

> 空-水-陸一體化測量體系 安洪巖、任文廣、趙男 / 供

“控”字訣，輔助提升測量準確性。首先，在測量作業中“控”質量。船舶搭載測深儀進行測量作業過程中，為了提高測量的準確性和全面性，測量工作常輔以測深桿或測深錘等其他測量手段，驗證數據采集準確性，控制測量質量。其次，還可以在岸線調查中“控”難點，在沒有無人機載體的情況下，采取增加測量控制點的方法，提升測量精度和可靠性，輔助完成測量。其方法是結合測線布設規律，調查員利用實時動態差分定位技術（RTK）對岸線實地定位，記錄實地情況，同時可穿水叉褲對淺灘區進行人工測深，破除“淺”“變”之難。利用人工方式補充測量雖然效率較低，但能充分保證調查精度，既完成了湖區邊界調查，又兼顧了測線淺水區的測深工作。

> 岸線調查 耿仕濤 / 攝

“船”字訣，厘清水草湖區底數。在水草豐茂的湖區測量常常會遭遇水草纏繞換能器（測深儀發射裝置）或者船舶螺旋槳的困境，不僅妨礙了測量工作，還可能對設備造成損傷，甚至干擾數據獲取。在水草過于密集的情況下，如成片的菱角、水葫蘆、荷花等水生植物會導致正常機械船和無人船無法進入，需人工撐船利用測深桿或測深錘逐點采集水深數據。在此種情況下，可以采集水草區周邊的水深數據，并結合水草區內樣點數據，通過模型推演推算出水草區的水下地形，這種綜合測量與分析方法，不僅深化了對水草湖區的認識，也降低了測量作業對水生生態系統的影響。

> 人工比測 安洪巖 / 攝

“控”與“船”搭配，掃清測量盲區，破“網”與“塘”之難。中小型湖泊水下測量盲區主要是受物理隔絕影響的圍網養殖和坑塘。在測量養殖湖區時，需重新規劃測線，沿水道布設，以獲取水體流動和水深數據。測量人員應考慮水流、水草和養殖網圍布局，確保覆蓋關鍵區域。面對面積相對較小的圍網區域時，可在圍網外圍加密測線，獲取密集水深數據，進而推算內部地形；也可將無人測深船投放到圍網內自動測量水深并實時傳輸數據，減少人工誤差，確保數據全面可靠。面對數量繁雜的坑塘區時，可采用抽檢的方法，通常抽取1% ~ 5%的坑塘進行測量。有無人測深船時，可利用其優勢完成測量，若沒有無人船，則可利用人工測深方法。這種抽檢比例不僅能保證樣本的代表性，還能有效降低工作量，提高效率。同時，為了確保數據的準確性和全面性，采集點應在大小不同的坑塘中均勻分布，常見的采集點布局為“十”字形或“井”字形，可有效覆蓋坑塘各區域，并清晰描繪水深分布，以反映出各類坑塘的水深變化情況，便于后續分析和管理。在實際操作中，需要注意以下幾個問題：根據坑塘形狀、底部特征及水流情況調整采集點，特別是在水流明顯或水草生長區域增加采集點，以獲得更精確的水深數據。

中小型湖泊水下地形測量面對“五難”問題，既有自然因素影響，亦受人類活動制約，其概括未必全面卻是實踐中存在的共性問題。面對問題，靈活施用“遙”與“波”組合，發揮“船、機”載體優勢，采用人“控”作業兜底等多方法融匯，可以破解“五難”，形成體系打法。這套體系破題之道不僅提升了湖泊調查的效率，也確保了測量數據的精度，更是將“山水林田湖草沙”生命共同體理念付諸實踐的具體體現。

作者： 耿仕濤 張 通 李 楊 寧文斌 安洪巖

編輯： 何陳臨秋

排版： 劉欣潼

審核： 常 艷

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