京杭大运河北线疏浚穿越黄河地形UTM平面直角坐标系分析GIS模型建立
黄河宁 天下平
九曲黄河万里沙，黄河流域生态环境脆弱，作为世界上治理难度最大的河流之一，黄河之治困扰中华民族几千年。据说，京杭大运河南北疏浚贯通，还是止步于山东的黄河岸边，面对地上悬河的黄河，运河应该怎样穿黄连通呢？看上面这张图就能看出工程的难度，长江同运河的水位差相对于黄河小很多，水位之间的高度差上下游一旦相差悬殊就很容易造成下游洪水，危害严重。水位的高度差越大，所产生的水压就越大。
据说，今天黄河以南济宁至杭州的的运河河道已经全线打通，可通航2000吨级以上货船。2022年，黄河以北京杭运河全线通水。黄河以北止步于位山，黄河以南止步于东平湖，如何穿越黄河成了个问题。
一是建船闸，交叉并行，但是由于泥沙沉积进一步抬高河床、水位差大、丰水期枯水期水量不同，难度很大。二是打隧洞，黄河底部的土质疏松，水量变动带来的不可控因素多，风险很大。三是建渡槽，运河在上建立水上立交，由于黄河已然地上河，300-500米的跨度施工难，成本很大。因此：
黄河以北段，运河穿黄应统筹工程难度和成本效益，衡量文化价值和航运价值，综合科学论断和严谨论证。
下面，我们利用相关数据进行分析。
上图是两个断点的全图，可以看到，除了黄河和大运河，还有金堤河、东平湖等水系及南水北调、引黄灌区等工程，卫星图不便于感知高度，我们切换到地形图。见下图。
下图这张网络图，更加直观些。
有的软件也可以进行剖面分析，但是不够精准。主要是选点跨度大。
下面我们通过数字高程进行研究。
首先开始制图分析。加载流域相关数字高程，设置utm投影。
UTM（Universal Transverse Mercator Grid System，通用横墨卡托格网系统）坐标是一种平面直角坐标，这种坐标格网系统及其所依据的投影已经广泛用于地形图，作为卫星影像和自然资源数据库的参考格网以及要求精确定位的其他应用。
在该坐标系，全图不是绝对的方形，这是投影方式决定的，球面在转为平面中，必然带来偏移，在制作立体模型时，一定要注意这一点，否则极易造成无法找到边线契合点，实体无法闭合。
工具-选项，配置网格。
此时，图上一个小格边长为1000个单元，也就是1000m，与比例尺完全对应。
使用数字化工具，选定所需矩形。
创建等高线，区域选定为刚圈定的范围。减小范围便于处理，过大的范围会造成系统死机。
也可选择是否显示等高区域、高点、低点。但是运算量会更大。
加载卫星图像，主要便利比对确定位置无误。
缩小范围。提高运行速度。配置高的图形工作站请略过。
卫星图层右键选项，调整透明度，便于观察。
关闭数字高程图层。
可以关闭等高线图层，打开数字高程图层，查看三维模型。
使用路径剖面工具。从运河点击，跨黄河结束。右键闭合路径。移动光标查看不同位置对应关系。
此时，应该加载数字高程，等高线无所谓，因为它是根据高程生成的，属于二次数据推算出来的，缺乏原始参考价值。
由于精度问题，小范围采集偏差较大，需要多次采集不同位置数据得到统计意义的结果。例如超过精度的路径。大致趋势是：黄河是地上悬河（约为38m）。
运河水位低于黄河（约为27m）。
村庄大部分高程大于27米，部分低于27米。中国历史上，因黄河改道所引发的洪水，曾给北方人们带来灾难。
再看南端数据。这里是相对的黄河上游。理论上水位更高。
黄河高程已经提高到42米左右。
由于精度的限制，以上数据均需要进行校验。高程的起算面也需要校准。如果手里有地图标出了山顶的高度，那可以在图层属性进行等高线的修偏，加幂，然后增减数值。将采集多个点位进行平衡测量。如果确实难以达到所需，还需获取更高精度的高程。
黄河大堤实景。
村道截断的鲁运河。北面就是黄河大坝。
这也是梁济运河的北端。一路向南，直到南四湖，河道越来越宽广，视野越来越开阔。也出现了运河港口，是山东省航运的重要地区。
尽管困难重重，但我们从未放弃努力，除了以上三种主流方案，还有更多的策略，例如引道东平湖通过小清河进入黄河，届时，大清河和“运河之心”也将迎来更宏伟的使命。相信不远的将来，运河定会辉煌复现。
2023年4月1日， 《中华人民共和国黄河保护法》正式实施，谨以此文致敬。
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