烏拉泊水庫水下地形圖測量及泥沙淤積的分析

摘要：水庫水下地形圖測量及泥沙淤積的分析工作一直是一項比較煩瑣的工作，本文介紹了烏拉泊水庫水下地形圖測量測量方法、儀器設備的選用、對測量數據進行處理分析，得出水庫泥沙淤積量主要集中區域段，在此區域段應重點進行水庫泥沙清淤工作。

關鍵詞：烏拉泊水庫;水下地形測量;GPS—RTK;泥沙淤積測量與計算。

1.烏拉泊水庫水下地形圖及河道縱橫剖面的測繪

在開展烏拉泊水庫水下地形圖及河道縱橫剖面測繪工作時，首先需要布設好基本測量控制網即平面控制網和高程控制網以及橫剖面的斷面基點的布設，布設的原則有以下要求。

平面控制網的布設應根據水庫匯水面積的大小、測繪比例尺、測量的方法，按照層次少、布點均勻的原則可布設成GPS網或者導線網。

高程控制網布設應根據水庫匯水面積的大小、長度來確定測量水準的等級。

橫剖面的斷面基點的布設應根據水庫匯水區域的長短均勻布設，在測繪過程中為了工作的方便，經常會將斷面基點容入平面、高程控制網中一并布設完成。

2.烏拉泊水庫控制網的布設及測量：

烏拉泊水庫匯水面積大、且水深較淺的特點，首先對水庫進行平面控制、及高程控制測量。根據測區實際情況分析，確定本次平面控制測量為四等GPS網，高程控制測量確定為五等水準網。平面控制測量作業嚴格按《水利水電工程測量規范》SL197—97中對四等GPS網的要求進行測量（具體要求見下表1，觀測精度見表2）

高程控制測量作業嚴格按《水利水電工程測量規范》SL197—97中對五等水準的要求進行測量。

表1""""烏拉泊水庫四等級GPS點測量技術基本要求

等級

衛星截止高"""""""度角（o）

同時觀測有效衛星數

有效觀測衛星總數

觀測時段數

時段

長度（min）

采樣

間隔（s）

四等

15

≥4

≥4

≥1.6

≥45

15～30

表2""""""""""烏拉泊水庫控制網平面精度統計表（單位mm）

基線解算結果

復測基線

環閉合差

三維平差結果

二維平差結果

檢查項目

精度

規范要求

精度

規范要求

精度

規范要求

最弱

點、邊

DX=1.7

最

弱

點

邊

DX=3.1

解算類型

L1固定

L1固定

≤6.5

≤14.2

6

76.4

DY=5.2

DY=2.4

比率

≥8

≥5.0

6

76.4

DZ=5.9

參考變量

≤4

≤5.0

35

76.4

DP=8.0

DP=3.9

RMS

≤6

≤10

36

224

Db="1/150000

Db="1/99000

三維平差累計內部可靠性

70

三維平差平均內部可靠性

0.76

≥0.60

二維平差累計內部可靠性

73

二維平差平均內部可靠性

0.78

≥0.60

從表2中可以得出：

1）GPS測量基線和閉合差滿足規范要就，觀測數據良好。

2）三維平差解算數據精度高，說明四等GPS控制網質量高，精度可靠。

3）二維平差解算數據精度高，說明從WGS84坐標系向地方坐標轉換時，已知控制點選擇正確，轉換合理。

表3""""""""""烏拉泊水庫控制網高程精度統計表（單位mm）

水準線路

測段長度

段數

閉合差

閉合差限差

II烏吐3-1四等水準

11.63Km

12

17

±27.3

IVW02閉合段五等水準

9.061km

7

2.75

9.0

E10閉合段五等水準

0.661km

2

3.5

24

E02—E06附合段五等水準

1.845km

11

14

41

從表3中可以得出：烏拉泊水庫控制網的水準點精度符合《水利水電工程測量規范》中四、五等水準測量的精度要求，完全可以滿足本次水庫泥沙淤積勘測的要求。

3.烏拉泊水庫水形地形圖測量

水形地形的測量采GPS-RTK（GPS-RTK是一種實時動態GPS測量技術，這種技術由GPS衛星導航系統、地面基準站、流動站三部分組成，在測量中架設好基準站后，在一定的作業半徑內流動站可以實時的提供指定地點的三維坐標大地坐標。平面精度可以達到厘米級精度，滿足界樁測量精度的要求）實時動態定位系統配合數字測深儀進行自動的測量及數據采集，得到測點的平面及高程三維坐標的方法進行測量。具體測量的點位精度平面可達到厘米級精度，高程通過與鉛魚測定的水深結果進行比較確定，可以達到厘米級精度。

3.1烏拉臺水庫橫斷面的測量

為了得到水庫各個區域段泥沙淤積的具體情況，沿垂直河道方向布設了橫斷面，斷面間距大致為50米，一共布設了40條斷面，采用GPS---RTK配合數字測深儀進行斷面測量，以25條斷面的橫斷面進行分析（斷面圖見圖1）。

從上述圖1中我們可以得出以下結論：

1）藍色線為烏拉泊水庫建設前期斷面線，黑色斷面線為本次測量水庫斷面線，兩條線之間部分為泥沙在25號斷面處的淤積面積，水庫淤積較為嚴重。

2）本圖是25號斷面，實際工作中我們繪制出了將40條斷面圖，可以看出沒條斷面的淤積情況，如將斷面號乘以50米，就可以知道據大壩軸線相應距離處的淤積情況。

3）通過上述斷面，可以了解水庫實際淤積情況，在清淤過程中，管理者就可以知道水庫清淤的重點區域，在核算清淤工作量時，只需要測出清淤后的斷面線，即可計算出清淤工作量。

3.2.烏拉泊水庫各特征水位對應得庫容的計算

烏拉泊水庫各特征水位對應得庫容的計算有兩種方法，其一是利用測量的水下地形圖

利用等高線容積法中的公式

V=

注：為i等高線圍成的面積、為i+1等高線圍成的面積、為i等高線的高程、

為i+1等高線的高程。

計算水庫水位-----面積特性、水位-----庫容關系曲線圖，在繪制出關系曲線圖后，即可查出水庫特征水位對應的庫容，將兩次測量計算查出水庫特征水位對應的庫容調制成表3，即可清楚的看出淤積量。

另一種方法是沿壩軸線每隔50米布設了一條斷面，共布設了40斷面，我們知道每條斷面對應高程的淤積面積，便可以按斷面法計算出兩斷面處相應高程對應的庫容，計算公式

V=

注：為i號斷面對應高程線圍成的面積、為i+1號斷面對應高程線圍成的面積、

為兩斷面之間的間距。

表4""""水庫特征水位對應的庫容表（萬m3）

名稱

高線容積法

斷面法

兩種方法計算

淤積量差值%

淤積量占

設計庫容%

初設

本次測

量庫容

淤積量

本次測

量庫容

淤積量

死水位

1.320

0.178

1.142

0.168

1.152

-0.9

86.5

初設汛限水位

3.190

1.016

2.173

1.023

2.167

0.3

68.1

防洪高水位

4.766

2.271

2.495

2.279

2.487

0.3

52.3

初設設計洪水位

5.647

3.131

2.517

3.127

2.52

-0.11

44.6

正常高水位

6.070

3.569

2.501

3.57

2.5

0.03

41.2

初設校核水位

6.468

4.229

2.239

4.26

2.208

1.4

34.6

從表4得出1）高線容積法與斷面法計算出的特征水位對應的庫容差值在1.5%以內，說明兩種計算方法計算均正確，計算精度相當。2）水庫死庫容基本淤積完畢，正常高水位對應興利庫容淤積了41%，淤積較為嚴重。

4.結語

采用GPS-RTK實時動態定位配合數字測深儀進行水下測量及數據采集，不僅大大提高了工作效率，同時還減少了工作強度等優點，也存在一定的缺點，如采集數據量大，數據自動化程度高，數據容易出錯，錯誤的數據需要內業人員逐個剔除，這無形中大大增加了內業的工作量。

根據測量的水下地形圖利用等高線容積法計算庫容隨能大大提高準確度，但要求地形圖中等高線必須閉合，否則庫容計算工作量巨大，難以在短時間內完成。水庫水下斷面布設足夠密時，也可采用斷面法計算庫容，但要確定兩斷面見地形變化不大，否則計算誤差較大。

參考文獻：

[1]候杰、周著。河流泥沙工程，新疆教育出版社2002年版;

[2]周之豪、沈曾源。水利水能規劃，中國水利水電出版社第二版;

[3]李征航、黃勁松。GPS測量與數據處理M。武漢：武漢大學出版社，2013.1。

[4]徐紹銓、張海華、楊志強、王澤明。GPS測量原理及數應用。武漢：武漢大學出版社，2005。

作者簡介

羅景彪，1967.9.8，男，四川省宜賓市，新疆水利水電勘測設計研究院測繪工程院，工程師，畢業于新疆農業大學測繪工程專業，本科，主要從事水利水電工程勘測設計。