陸渾水庫淤積測量方法探討

郭朋良

摘 要：陸渾水庫自建成以來已運行近50余年。對其進行淤積測量能及時掌握水庫的泥沙淤積情況、分布特征，進而確定水庫運行期間庫容的變化情況和庫容曲線的變化規律，能為水庫運行管理、決策提供可靠的數據支撐。基于此，本文主要探討陸渾水庫淤積測量方法。

關鍵詞：淤積測量；水下地形；庫容曲線

中圖分類號：TV62；TV223.4 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）16-0079-03

Discussion on the Method of Sedimentation Surveying in Luhun Reservoir

GUO Pengliang

Abstract： The Luhun reservoir has been running for nearly 50 years since its completion. The siltation measurement of the reservoir can grasp the silt condition and distribution characteristics of the reservoir in time， and then determine the change of reservoir capacity and the change law of the reservoir capacity curve during the operation of the reservoir， so as to provide reliable data support for the management and decision of the reservoir operation. Based on this， this paper mainly discussed the sedimentation measurement method of the Luhun reservoir.

Keywords： sedimentation surveying；underwater topographic；storage capacity curve

1 陸渾水庫概述

陸渾水庫位于河南省洛陽市嵩縣田湖鎮陸渾村附近，黃河二級支流伊河上，距洛陽市67km，控制流域面積3 492km2，占伊河流域面積57.9%，平均水深約9.5m，最大水深約20m。水庫防洪標準為1 000年一遇，設計洪水位327.50m；10 000年一遇校核，校核洪水位331.80m；設計汛限水位317.00m，興利水位319.50m，總庫容為13.2億m3。水庫位于暖溫帶，具有春季多風干旱，夏季炎熱、雨水集中，秋季晴和，冬季干冷、雨雪稀少的顯著特點。全年四季分明，降水量隨時間分布，呈現出顯著的季節性特點，常年平均降水量600mm。水庫庫容曲線反映的是水庫水位與庫容的對應關系，也是水庫管理中需要重點考慮的問題之一，對水庫運行管理、決策有著重要的價值[1]。陸渾水庫自建成以來，已運行近50余年，進行了多次淤積測量，多年平均淤積量為233萬m3，入庫含沙量為4.18kg/m3。截至1992年，水庫累計淤積量為0.744億m3。最近一次是2005年陸渾水庫管理局對水庫進行的水庫水下地形圖測量，距今也已有10年[2]。因此，很有必要對水庫及上游河道進行重新測量，構建水庫最新的庫容曲線模型，以便為水庫管理提供準確可靠的數據支撐。

2 控制網測量

2.1 選點、埋石

在庫區外埋設D級GPS標石10座，埋石點要符合規范的埋石基本要求，觀測條件良好，并符合下列要求：點位選在堅固穩定的地點，且便于埋石和觀測，并能永久保存；交通方便，有利于擴展和聯測；視場內障礙物的高度角不超過15°；遠離大功率無線電發射源（如電視臺，電臺、微波站等），遠離高壓輸電線和微波無線電信號傳送通道。

2.2 平面控制網測量

平面控制測量等級為D級，采用南方S82儀器靜態測量。作業時，嚴格對中、整平，并記錄點名、儀器高和測量時段。儀器高測量是指在測前、測后各量取一次天線高，求取平均值。GPS觀測時滿足規范規定的要求：①有效衛星總數大于等于5顆；②衛星高度角大于等于15°；③觀測時段數為2個時段，時段長度不小于1h；④儀器采樣間隔為30s。

基線處理使用隨機配備的商用軟件，嚴格按照《全球定位系統（GPS）測量規范》（GB/T 18314—2009）中有關技術要求執行，基線解算采用合格的雙差固定解作為基線解的最終成果。

2.3 高程控制網測量

高程控制測量等級為4等，使用NA28水準儀進行觀測。嚴格執行《國家三、四等水準測量規范》（GB/T 12898—2009）主要技術規定：①線路長度不大于80km；②最大視距100m；③前后視距差不大于3m；④前后視距累計差不大于10m；⑤基輔分劃讀數差不大于5mm；⑥高差閉合差小于±20[L]。觀測時，以壩頭Ⅲ1點作為起點，作4等閉合水準路線，并對壩頭Ⅲ1—DC234的高差進行檢測，檢測結果符合規范要求。使用公司編寫的“三、四等水準平差”程序進行平差計算，觀測高差進行尺長改正、正常水準面不平行改正和閉合差改正[3]。

2.4 精度統計

2.4.1 平面控制測量精度。①重復基線差值最大值為25.5mm，最小值為3.27mm，滿足規范要求的小于±82.9mm的規定；②無約束平差的基線向量改正值最大值為26.5mm，最小值為4.5mm，滿足規范要求的小于±87.9mm的規定；③約束平差的邊長相對中誤差最大值為1/49萬，最小值為1/279萬，滿足規范要求的小于1/8萬的規定；④環閉合差限差最大值為47.5mm，最小值為2.2mm，滿足規范要求的小于±263.7mm的規定。

2.4.2高程控制測量精度。①已知點校測閉合差為-62.0mm，小于規范要求的±77.1mm的規定；②線路長度為32.4km，小于規范要求的80km的規定；③線路閉合差為+66.0mm，小于規范要求的±113.8mm的規定。

3 1∶5 000地形圖測量

一般來說，大型水庫測圖比例尺為1∶10 000，中型水庫測圖比例尺為1∶5 000，小型水庫測圖比例尺為1∶2 000。陸渾水庫為中型水庫，庫區地形為丘陵地帶。為了提高量算水庫庫容的精度，測圖比例尺定為1∶5 000，地形圖的基本等高距定為1m[4]。

3.1 水下地形測量

水下地形測量就是利用測量儀器來確定水底點的三維坐標的過程。隨著GPS技術的迅速發展，水下地形測量方法取得了較大進展。目前，水下地形測量技術已定型于采用GPS獲取平面坐標，測深儀獲取深度數據的基本模式。本項目水下地形點測量采用南方SDE-28測深儀配合GPS-RTK實時測定平面位置和水深。每天施測前和測量工作結束后對測深儀的施測精度進行檢校。本項目在庫區不同位置共布置15個檢校點來檢驗測深儀的測深精度。經計算，15個檢校點差值的算數平均值為0.05m。根據《水利水電工程測量規范》（SL 197—2013）可知，采用測深儀測量1～10m的水深時，其測深中誤差為±0.15m；測量10～20m的水深時，其測深中誤差為±0.20m。因此，采用的測深儀能滿足規范要求。在庫區測量宜選在風浪較小的天氣進行。當庫區測量水域波浪高超過0.4m時，應停止作業。在水下地形施測過程中，測深儀操作人員要密切注意測深儀的運行狀態，并根據水深變化情況及時調整測深儀有關參數，以保證最佳測深效果。

水深測量采用布設測深線法測量。為了提高測量精度，在布設測線時，還應考慮水下地形的變化趨勢。若地形相對平坦，則測深線間距可以適當放寬；否則，需加密測深線。這有利于使測點均勻分布于整個測區，同時在測區水下地形變化較大的地區，使測點深度或高程能更好地反映水下地形的真實面貌。布設的測深線垂直于河道。本項目在壩址區測深線布設間距為100m，大壩上游約1 000m到庫尾，測深線布設間距為120～150m。水下高程注記點的間距不大于圖上3cm，水深為0～1m時，則直接采用GPS-RTK測定平面位置和水下高程。測深儀實時工作情況如圖1所示。

測量時，GPS接收機、數字測深儀和筆記本電腦設置在測船上，測深儀同步測量水深并將數據記錄在筆記本電腦內。水下地形點間距根據船只行進距離確定，船只每行進10m，測深儀連接GPS-RTK自動采集一次數據，并對所測水深進行吃水改正。在進行水下地形點測量時，作業人員將GPS-RTK的儀器桿底部固定在船上，并始終保持儀器桿底部接觸水面。測深儀將GPS-RTK所測的水面點的水面高程自動減去測深與吃水改正，得到所測點的水下地面高程，并自動記錄，其關系式為：水底高程=水面高程-吃水改正-測深（Z）。

3.2 陸地地形測量

因為本項目測量的主要目的是測量水庫的庫容，根據庫容構建最新的庫容曲線，因此，測量時主要著重于地形地貌的測量，對地物只進行概略測量，高程測至333.0m。陸地地形測量采用的方法是全站儀配合GPS-RTK測量。GPS-RTK作業前，應檢測不少于2個并不低于圖根點精度的已知點，其平面位置較差允許為圖上0.2mm，高程較差允許為1/5等高距。作業中若出現衛星信號失鎖，應重新初始化，且重合點檢查合格后方能繼續作業。在植被密集處，GPS信號差，會影響測量精度，因此采用全站儀法進行測量。

地貌采用等高線配合地貌符號和高程注記點表示。繪制等高線時，若首曲線不能表示鞍部、小丘、臺階地及盆地等地貌碎步特征時，應加繪間曲線。若首曲線、間曲線仍不能表達某些必要的地貌時，則應加繪助曲線。在山頂、鞍部、洼地、溝底、山脊和坡度變化處等地形特征處應均勻測量地形點，以提高計算庫容的精確性。

4 水庫庫容曲線計算

4.1 圍堰內庫容分析計算

因城市建設發展用地需求，當地政府在水庫上游右岸灘地內修建了一條圍堰，圍堰高程為325～329m，圍堰內最低高程為315.21m。經測量，圍堰內325m高程以下的面積約120萬m2，圍堰內325m高程以下的庫容約370萬m3。

4.2 城區內建筑物體積分析計算

水庫上游左岸為嵩縣縣城所在地，城區大部分位于333m高程以下，面積約313萬m2。城區南側與水庫交界處修建有防洪堤壩，堤壩高程為325～329m，城區內局部高程低于323m，323m高程以下面積約20萬m2。嵩縣縣城建筑物大部分位于323m高程之上。為了精確地計算出333m高程以下的水庫庫容，需要對縣城323～333m高程的建筑物侵占的庫容進行計算[5]。

根據最新的衛星影像，在縣城四周影像清晰的地方布設像控點，對衛星影像進行糾正，利用糾正過的衛星影像內業成圖，計算城區內每棟建筑物的面積，利用外業采集的城區內高程點，生成323～333m等高距為1m的等高線，計算出高程每變化1m的城區建筑物面積，根據面積計算出建筑物侵占庫容，計算結果如表1所示。

4.3 庫區周邊村莊及違章建筑體積計算

水庫周邊存在20多處村莊及10余處違章建筑，村莊高程大部分位于323m高程之上，331.8m高程以下建筑物體積為327.9萬m3，違章建筑高程位于319m高程之上，331.8m高程以下建筑物體積為42.1萬m3。

4.4 庫容分析計算

水庫庫容計算根據高程數據構建三角網模型計算，利用南方CASS7.1數據處理軟件求出水位與庫容的關系。軟件依據三角網模型計算出水庫水位每變化1cm相對應的包含建筑物體積的庫容值，根據包含建筑物體積的庫容值與建筑物的體積再計算出水庫水位每變化1cm相對應的庫容值。根據水庫水位高程與庫容關系，形成水庫庫容曲線圖，見圖2。

5 結語

本文所述測量方法建立在現代高精度定位和測深技術基礎之上，因而測量成果在技術和精度上是有保證的。庫容和淤積量的計算方法在數學上是嚴密的，保證了計算成果的高精度。通過外業測量和內業計算，完成了陸渾水庫庫容的計算，得到了不同水位面庫容數據和庫容曲線計算結果，與之前設計庫容和2005年所測庫容進行了比較，算出了水庫泥沙淤積量，為水庫管理提供了準確可靠的數據支撐。

參考文獻：

[1]高圣益，李成國.水庫庫容測量技術研究[J].人民長江，2007（10）：98-99.

[2]劉金蘭.水庫庫容測量的具體作業方法[J].黑龍江科技信息，2013（26）：192.

[3]張紅梅，趙建虎.水庫庫容和淤積量精密測量及計算方法研究[J].武漢大學學報，2003（5）：26-29.

[4]金久才，張杰，馬毅，等.一種無人船水深測量系統及試驗[J].海洋測繪，2013（2）：53-56.

[5]程劍剛.網絡RTK聯合聲波測深儀在水下地形測量中的應用[J].測繪工程，2014（3）：63-65.