烏拉泊水庫(kù)水下地形圖測(cè)量及泥沙淤積的分析

摘要：水庫(kù)水下地形圖測(cè)量及泥沙淤積的分析工作一直是一項(xiàng)比較煩瑣的工作，本文介紹了烏拉泊水庫(kù)水下地形圖測(cè)量測(cè)量方法、儀器設(shè)備的選用、對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，得出水庫(kù)泥沙淤積量主要集中區(qū)域段，在此區(qū)域段應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行水庫(kù)泥沙清淤工作。

關(guān)鍵詞：烏拉泊水庫(kù);水下地形測(cè)量;GPS—RTK;泥沙淤積測(cè)量與計(jì)算。

1.烏拉泊水庫(kù)水下地形圖及河道縱橫剖面的測(cè)繪

在開(kāi)展烏拉泊水庫(kù)水下地形圖及河道縱橫剖面測(cè)繪工作時(shí)，首先需要布設(shè)好基本測(cè)量控制網(wǎng)即平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)以及橫剖面的斷面基點(diǎn)的布設(shè)，布設(shè)的原則有以下要求。

平面控制網(wǎng)的布設(shè)應(yīng)根據(jù)水庫(kù)匯水面積的大小、測(cè)繪比例尺、測(cè)量的方法，按照層次少、布點(diǎn)均勻的原則可布設(shè)成GPS網(wǎng)或者導(dǎo)線網(wǎng)。

高程控制網(wǎng)布設(shè)應(yīng)根據(jù)水庫(kù)匯水面積的大小、長(zhǎng)度來(lái)確定測(cè)量水準(zhǔn)的等級(jí)。

橫剖面的斷面基點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)根據(jù)水庫(kù)匯水區(qū)域的長(zhǎng)短均勻布設(shè)，在測(cè)繪過(guò)程中為了工作的方便，經(jīng)常會(huì)將斷面基點(diǎn)容入平面、高程控制網(wǎng)中一并布設(shè)完成。

2.烏拉泊水庫(kù)控制網(wǎng)的布設(shè)及測(cè)量：

烏拉泊水庫(kù)匯水面積大、且水深較淺的特點(diǎn)，首先對(duì)水庫(kù)進(jìn)行平面控制、及高程控制測(cè)量。根據(jù)測(cè)區(qū)實(shí)際情況分析，確定本次平面控制測(cè)量為四等GPS網(wǎng)，高程控制測(cè)量確定為五等水準(zhǔn)網(wǎng)。平面控制測(cè)量作業(yè)嚴(yán)格按《水利水電工程測(cè)量規(guī)范》SL197—97中對(duì)四等GPS網(wǎng)的要求進(jìn)行測(cè)量（具體要求見(jiàn)下表1，觀測(cè)精度見(jiàn)表2）

高程控制測(cè)量作業(yè)嚴(yán)格按《水利水電工程測(cè)量規(guī)范》SL197—97中對(duì)五等水準(zhǔn)的要求進(jìn)行測(cè)量。

表1""""烏拉泊水庫(kù)四等級(jí)GPS點(diǎn)測(cè)量技術(shù)基本要求

等級(jí)

衛(wèi)星截止高"""""""度角（o）

同時(shí)觀測(cè)有效衛(wèi)星數(shù)

有效觀測(cè)衛(wèi)星總數(shù)

觀測(cè)時(shí)段數(shù)

時(shí)段

長(zhǎng)度（min）

采樣

間隔（s）

四等

15

≥4

≥4

≥1.6

≥45

15～30

表2""""""""""烏拉泊水庫(kù)控制網(wǎng)平面精度統(tǒng)計(jì)表（單位mm）

基線解算結(jié)果

復(fù)測(cè)基線

環(huán)閉合差

三維平差結(jié)果

二維平差結(jié)果

檢查項(xiàng)目

精度

規(guī)范要求

精度

規(guī)范要求

精度

規(guī)范要求

最弱

點(diǎn)、邊

DX=1.7

最

弱

點(diǎn)

邊

DX=3.1

解算類(lèi)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(jì)內(nèi)部可靠性

70

三維平差平均內(nèi)部可靠性

0.76

≥0.60

二維平差累計(jì)內(nèi)部可靠性

73

二維平差平均內(nèi)部可靠性

0.78

≥0.60

從表2中可以得出：

1）GPS測(cè)量基線和閉合差滿(mǎn)足規(guī)范要就，觀測(cè)數(shù)據(jù)良好。

2）三維平差解算數(shù)據(jù)精度高，說(shuō)明四等GPS控制網(wǎng)質(zhì)量高，精度可靠。

3）二維平差解算數(shù)據(jù)精度高，說(shuō)明從WGS84坐標(biāo)系向地方坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí)，已知控制點(diǎn)選擇正確，轉(zhuǎn)換合理。

表3""""""""""烏拉泊水庫(kù)控制網(wǎng)高程精度統(tǒng)計(jì)表（單位mm）

水準(zhǔn)線路

測(cè)段長(zhǎng)度

段數(shù)

閉合差

閉合差限差

II烏吐3-1四等水準(zhǔn)

11.63Km

12

17

±27.3

IVW02閉合段五等水準(zhǔn)

9.061km

7

2.75

9.0

E10閉合段五等水準(zhǔn)

0.661km

2

3.5

24

E02—E06附合段五等水準(zhǔn)

1.845km

11

14

41

從表3中可以得出：烏拉泊水庫(kù)控制網(wǎng)的水準(zhǔn)點(diǎn)精度符合《水利水電工程測(cè)量規(guī)范》中四、五等水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求，完全可以滿(mǎn)足本次水庫(kù)泥沙淤積勘測(cè)的要求。

3.烏拉泊水庫(kù)水形地形圖測(cè)量

水形地形的測(cè)量采GPS-RTK（GPS-RTK是一種實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)GPS測(cè)量技術(shù)，這種技術(shù)由GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、地面基準(zhǔn)站、流動(dòng)站三部分組成，在測(cè)量中架設(shè)好基準(zhǔn)站后，在一定的作業(yè)半徑內(nèi)流動(dòng)站可以實(shí)時(shí)的提供指定地點(diǎn)的三維坐標(biāo)大地坐標(biāo)。平面精度可以達(dá)到厘米級(jí)精度，滿(mǎn)足界樁測(cè)量精度的要求）實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)配合數(shù)字測(cè)深儀進(jìn)行自動(dòng)的測(cè)量及數(shù)據(jù)采集，得到測(cè)點(diǎn)的平面及高程三維坐標(biāo)的方法進(jìn)行測(cè)量。具體測(cè)量的點(diǎn)位精度平面可達(dá)到厘米級(jí)精度，高程通過(guò)與鉛魚(yú)測(cè)定的水深結(jié)果進(jìn)行比較確定，可以達(dá)到厘米級(jí)精度。

3.1烏拉臺(tái)水庫(kù)橫斷面的測(cè)量

為了得到水庫(kù)各個(gè)區(qū)域段泥沙淤積的具體情況，沿垂直河道方向布設(shè)了橫斷面，斷面間距大致為50米，一共布設(shè)了40條斷面，采用GPS---RTK配合數(shù)字測(cè)深儀進(jìn)行斷面測(cè)量，以25條斷面的橫斷面進(jìn)行分析（斷面圖見(jiàn)圖1）。

從上述圖1中我們可以得出以下結(jié)論：

1）藍(lán)色線為烏拉泊水庫(kù)建設(shè)前期斷面線，黑色斷面線為本次測(cè)量水庫(kù)斷面線，兩條線之間部分為泥沙在25號(hào)斷面處的淤積面積，水庫(kù)淤積較為嚴(yán)重。

2）本圖是25號(hào)斷面，實(shí)際工作中我們繪制出了將40條斷面圖，可以看出沒(méi)條斷面的淤積情況，如將斷面號(hào)乘以50米，就可以知道據(jù)大壩軸線相應(yīng)距離處的淤積情況。

3）通過(guò)上述斷面，可以了解水庫(kù)實(shí)際淤積情況，在清淤過(guò)程中，管理者就可以知道水庫(kù)清淤的重點(diǎn)區(qū)域，在核算清淤工作量時(shí)，只需要測(cè)出清淤后的斷面線，即可計(jì)算出清淤工作量。

3.2.烏拉泊水庫(kù)各特征水位對(duì)應(yīng)得庫(kù)容的計(jì)算

烏拉泊水庫(kù)各特征水位對(duì)應(yīng)得庫(kù)容的計(jì)算有兩種方法，其一是利用測(cè)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(jì)算水庫(kù)水位-----面積特性、水位-----庫(kù)容關(guān)系曲線圖，在繪制出關(guān)系曲線圖后，即可查出水庫(kù)特征水位對(duì)應(yīng)的庫(kù)容，將兩次測(cè)量計(jì)算查出水庫(kù)特征水位對(duì)應(yīng)的庫(kù)容調(diào)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(shè)了一條斷面，共布設(shè)了40斷面，我們知道每條斷面對(duì)應(yīng)高程的淤積面積，便可以按斷面法計(jì)算出兩斷面處相應(yīng)高程對(duì)應(yīng)的庫(kù)容，計(jì)算公式

V=

注：為i號(hào)斷面對(duì)應(yīng)高程線圍成的面積、為i+1號(hào)斷面對(duì)應(yīng)高程線圍成的面積、

為兩斷面之間的間距。

表4""""水庫(kù)特征水位對(duì)應(yīng)的庫(kù)容表（萬(wàn)m3）

名稱(chēng)

高線容積法

斷面法

兩種方法計(jì)算

淤積量差值%

淤積量占

設(shè)計(jì)庫(kù)容%

初設(shè)

本次測(cè)

量庫(kù)容

淤積量

本次測(cè)

量庫(kù)容

淤積量

死水位

1.320

0.178

1.142

0.168

1.152

-0.9

86.5

初設(shè)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(shè)設(shè)計(jì)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(shè)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(jì)算出的特征水位對(duì)應(yīng)的庫(kù)容差值在1.5%以?xún)?nèi)，說(shuō)明兩種計(jì)算方法計(jì)算均正確，計(jì)算精度相當(dāng)。2）水庫(kù)死庫(kù)容基本淤積完畢，正常高水位對(duì)應(yīng)興利庫(kù)容淤積了41%，淤積較為嚴(yán)重。

4.結(jié)語(yǔ)

采用GPS-RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位配合數(shù)字測(cè)深儀進(jìn)行水下測(cè)量及數(shù)據(jù)采集，不僅大大提高了工作效率，同時(shí)還減少了工作強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，也存在一定的缺點(diǎn)，如采集數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)自動(dòng)化程度高，數(shù)據(jù)容易出錯(cuò)，錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)需要內(nèi)業(yè)人員逐個(gè)剔除，這無(wú)形中大大增加了內(nèi)業(yè)的工作量。

根據(jù)測(cè)量的水下地形圖利用等高線容積法計(jì)算庫(kù)容隨能大大提高準(zhǔn)確度，但要求地形圖中等高線必須閉合，否則庫(kù)容計(jì)算工作量巨大，難以在短時(shí)間內(nèi)完成。水庫(kù)水下斷面布設(shè)足夠密時(shí)，也可采用斷面法計(jì)算庫(kù)容，但要確定兩斷面見(jiàn)地形變化不大，否則計(jì)算誤差較大。

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作者簡(jiǎn)介

羅景彪，1967.9.8，男，四川省宜賓市，新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院測(cè)繪工程院，工程師，畢業(yè)于新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)測(cè)繪工程專(zhuān)業(yè)，本科，主要從事水利水電工程勘測(cè)設(shè)計(jì)。