集中式飲用水水源地保護(hù)區(qū)勘界的測(cè)量技術(shù)研究

劉敏 趙彬 盛奇

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 洛陽(yáng) 471023）

飲用水水源保護(hù)區(qū)是國(guó)家為防止飲用水水源地污染、保證水源地環(huán)境質(zhì)量而劃定，并要求加以特殊保護(hù)的一定面積的水域和陸域。飲用水水源保護(hù)區(qū)分為一級(jí)保護(hù)區(qū)和二級(jí)保護(hù)區(qū)，必要時(shí)還可以在飲用水水源保護(hù)區(qū)外圍劃定一定的區(qū)域作為準(zhǔn)保護(hù)區(qū)。為有效防止突發(fā)環(huán)境污染事件，全面加強(qiáng)地表水環(huán)境和飲用水水源地環(huán)境保護(hù)工作，保障人民群眾的飲水安全，開展集中式飲用水水源勘界立標(biāo)工作利國(guó)利民［1］。

本文結(jié)合工作實(shí)際，針對(duì)不同飲用水水源地的位置、地形特點(diǎn)，充分利用河南省衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，開展飲用水水源地保護(hù)區(qū)的地形地貌測(cè)繪、勘界測(cè)量、立標(biāo)放樣，在高山區(qū)采用CORS+基準(zhǔn)站的測(cè)量方法，提高了工作效率。

1 河南省衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

河南省衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)由河南省測(cè)繪地理信息局歷時(shí)兩年建成，于2018 年12 月26 日正式啟用。系統(tǒng)以遍布全省的247 座北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站為主體，形成了以我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為主，兼容GPS、格洛納斯和伽利略等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基準(zhǔn)站網(wǎng)。系統(tǒng)整網(wǎng)平差精度在X、Y、Z 分量的平均精度分別為1.6mm、3.9mm、2.1mm，整網(wǎng)精度良好；實(shí)時(shí)載波相位差分定位內(nèi)符合精度在東、北和高程方向分別為7.4mm、7.8mm 和20.3mm，外符合精度分別為1.34cm、1.43cm 和5.76cm，遠(yuǎn)高于國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的平面位置內(nèi)符合精度優(yōu)于3cm、高程優(yōu)于5cm 及外符合精度優(yōu)于5cm、高程優(yōu)于10cm 的要求。

2 勘界技術(shù)要求

2.1 保護(hù)區(qū)的劃分

根據(jù)《飲用水水源保護(hù)區(qū)劃分規(guī)范》（HJ/T338—2007）的相關(guān)規(guī)定，對(duì)于處于城市建筑設(shè)施中心、保護(hù)區(qū)面積有限的水井，采取合理規(guī)劃加有效保護(hù)措施的補(bǔ)救劃分方法；對(duì)于目前尚未被其他建筑物擠占的水井，采用以水井為圓心向外延伸，形成一級(jí)保護(hù)區(qū)、二級(jí)保護(hù)區(qū)兩級(jí)保護(hù)區(qū)的劃分方法，一級(jí)保護(hù)區(qū)為水井半徑外延50m，二級(jí)保護(hù)區(qū)為一級(jí)保護(hù)區(qū)邊界外延150m［2］。

陸渾水庫(kù)地表飲用水一級(jí)保護(hù)區(qū)：以飲用水取水口為中心向周圍輻射800m。二級(jí)保護(hù)區(qū)：一級(jí)保護(hù)區(qū)以外，以317.4m 水庫(kù)淹沒線為界。準(zhǔn)保護(hù)區(qū)：二級(jí)保護(hù)區(qū)周邊外延1000m 的水庫(kù)陸域。

2.2 精度要求

（1）平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用2000 國(guó)家大地坐標(biāo)系，高程系統(tǒng)采用1985 國(guó)家高程基準(zhǔn)，投影方式采用高斯-克呂格投影，按3°分帶。

（2）調(diào)繪底圖采用1∶1 萬地形圖，沒有1∶1 萬地形圖的地區(qū)采用相應(yīng)精度的衛(wèi)星遙感或航空攝影影像地圖。

（3）界址點(diǎn)、界標(biāo)、交通警示牌、宣傳牌相對(duì)于鄰近測(cè)量控制點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差為5cm，高程精度誤差為5cm［3］。

2.3 保護(hù)區(qū)勘界工作流程

（1）測(cè)繪水源地保護(hù)區(qū)的工作底圖采用1∶1 萬衛(wèi)星遙感正射影像圖，大型水庫(kù)采用1∶1 萬地形圖。

（2）水源地保護(hù)區(qū)勘界測(cè)繪，根據(jù)國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和省、市政府對(duì)水源地保護(hù)區(qū)規(guī)劃的審批，落實(shí)水源地的界線劃分，分為一、二級(jí)保護(hù)區(qū)和準(zhǔn)保護(hù)區(qū)，確保水源地保護(hù)有法可依。

（3）設(shè)立飲用水水源地保護(hù)區(qū)各類標(biāo)志，即在保護(hù)區(qū)界線實(shí)地，埋設(shè)界樁、界碑，并在合適地點(diǎn)設(shè)立交通警示牌和宣傳牌，使勘界成果更為直觀［4］。

3 保護(hù)區(qū)勘界測(cè)繪技術(shù)方法

3.1 水源地保護(hù)區(qū)地形測(cè)量

（1）先在衛(wèi)星遙感正射影像圖上標(biāo)注水源地，按照先遠(yuǎn)后近、先易后難的原則，根據(jù)交通情況確定勘界路線，編制勘測(cè)計(jì)劃。

（2）依據(jù)保護(hù)區(qū)范圍批復(fù)文件、保護(hù)區(qū)劃技術(shù)報(bào)告、示意圖等相關(guān)資料，測(cè)定保護(hù)區(qū)主要控制點(diǎn)、邊界拐點(diǎn)、水井中心、取水口等位置的地理坐標(biāo)。

（3）勘測(cè)保護(hù)區(qū)區(qū)域內(nèi)及外延100m 范圍內(nèi)的建筑物、縣道及以上級(jí)別道路等各類基礎(chǔ)信息，水廠、排污口、水源地取水水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位等專題信息。

3.2 測(cè)繪技術(shù)方法

河南省衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)提供的坐標(biāo)系統(tǒng)為2000 國(guó)家大地坐標(biāo)系，高程基準(zhǔn)為大地高。因此需要收集已知點(diǎn)來求取轉(zhuǎn)換參數(shù)，以便獲取1985 國(guó)家高程基準(zhǔn)的高程值。

（1）首先收集測(cè)區(qū)附近的2000 國(guó)家大地坐標(biāo)系的測(cè)量控制點(diǎn)成果4 個(gè)，用河南省衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)求取測(cè)區(qū)的七參數(shù)。使用網(wǎng)絡(luò)RTK 接收機(jī)在4個(gè)已知控制點(diǎn)上測(cè)量固定解狀態(tài)下的WGS84 坐標(biāo)，在RTK 手簿上對(duì)應(yīng)輸入已知點(diǎn)的2000 國(guó)家大地坐標(biāo)系成果坐標(biāo)，求解覆蓋整個(gè)測(cè)區(qū)的七參數(shù)，保存參數(shù)后應(yīng)用。使用應(yīng)用參數(shù)后的RTK 接收機(jī)，進(jìn)行一個(gè)已知點(diǎn)的檢核，平面坐標(biāo)和高程較差均小于4cm，精度滿足要求，可用于勘界測(cè)量。在城市區(qū)和GPS 通信信號(hào)較好的地方，優(yōu)先采用GPS-RTK 測(cè)量方法［5］。

（2）位于山區(qū)和高山區(qū)的中小型水源地，由于山高坡陡，移動(dòng)信號(hào)較差或沒有信號(hào)，將直接影響GPS的測(cè)量精度和工作效率。試驗(yàn)采用河南省衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)先將控制點(diǎn)引到水源地附近，之后選擇有利地形架設(shè)基準(zhǔn)站，通過移動(dòng)站與基準(zhǔn)站鏈接，并在已知點(diǎn)上校準(zhǔn)基準(zhǔn)站的方法，按照GPS-RTK 技術(shù)來完成水源地保護(hù)區(qū)的地形及特征點(diǎn)測(cè)量。

（3）將實(shí)地測(cè)量的水源地保護(hù)區(qū)數(shù)據(jù)展繪到衛(wèi)星遙感影像圖上，通過MapGIS 或AutoCAD 軟件，采用模型分析計(jì)算方法確定一級(jí)保護(hù)區(qū)范圍線，在一級(jí)保護(hù)區(qū)的基礎(chǔ)上外推計(jì)算二級(jí)保護(hù)區(qū)范圍線和準(zhǔn)保護(hù)區(qū)范圍線。保護(hù)區(qū)范圍如圖1 所示。

（4）保護(hù)區(qū)的界標(biāo)一般設(shè)立于保護(hù)區(qū)界線頂點(diǎn)、重要的拐點(diǎn)、陸域水域交界處等位置。通過模型分析計(jì)算方法求取水源地保護(hù)區(qū)的范圍線，并與地形圖或正射影像圖套合，提取保護(hù)區(qū)范圍特征點(diǎn)的坐標(biāo)，經(jīng)實(shí)地踏勘后，采用河南省衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)將保護(hù)區(qū)范圍特征點(diǎn)放樣到實(shí)地，埋設(shè)標(biāo)志后再測(cè)量出坐標(biāo)和高程數(shù)據(jù)［4］。界標(biāo)設(shè)置如圖2 所示。

圖1 地下水源地井口周邊保護(hù)區(qū)劃分

圖2 保護(hù)區(qū)界標(biāo)設(shè)置圖

3.3 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

集中式飲用水水源地保護(hù)區(qū)的范圍通過模型分析計(jì)算方法獲得，在實(shí)地看不見，常規(guī)測(cè)量方法很難直接測(cè)量出界線的位置、走向，因此現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量出井口、取水口、水庫(kù)大壩等水源地特征點(diǎn)的位置坐標(biāo)，展繪到1∶1 萬衛(wèi)星遙感影像圖上或1∶1 萬地形圖上，利用MapGIS 或AutoCAD 軟件，采用模型分析計(jì)算方法得出水源地一級(jí)保護(hù)區(qū)、二級(jí)保護(hù)區(qū)的范圍線，提取范圍線的坐標(biāo)作為水源地保護(hù)區(qū)的坐標(biāo)成果。將計(jì)算求取的保護(hù)區(qū)范圍坐標(biāo)數(shù)據(jù)導(dǎo)入河南省衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)，利用系統(tǒng)的放樣功能，經(jīng)過實(shí)地踏勘，使界標(biāo)位置始終保持在保護(hù)區(qū)范圍線上，并且處于保護(hù)區(qū)界線頂點(diǎn)、重要的拐點(diǎn)、陸域水域交界處等合適位置，在界標(biāo)埋設(shè)完成后實(shí)測(cè)界標(biāo)的坐標(biāo)和高程作為成果，這樣就可以大大提高勘界、立標(biāo)的工作效率，測(cè)量精度也有保證。

3.4 測(cè)量精度分析

（1）平面坐標(biāo)精度分析

保護(hù)區(qū)的界標(biāo)和標(biāo)志點(diǎn)經(jīng)河南省衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)放樣到實(shí)地后，采用不同人員、不同儀器進(jìn)行精度檢核，通過兩次測(cè)量獲得的坐標(biāo)值對(duì)比分析，點(diǎn)位誤差最大為0.036m，均符合點(diǎn)位中誤差小于5cm的要求，說明采用河南省衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行水源地勘界、立標(biāo)的測(cè)量精度可靠。本項(xiàng)目共檢測(cè)了65 個(gè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)，對(duì)比分析結(jié)果如表1 所示。

表1 平面精度統(tǒng)計(jì)表

（2）高程精度分析

界標(biāo)和標(biāo)志點(diǎn)經(jīng)河南省衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)放樣到實(shí)地后，采用等外水準(zhǔn)測(cè)量方法進(jìn)行高程精度檢核，通過兩次測(cè)量獲得的高程值對(duì)比分析，說明高程精度均勻，高程中誤差為0.023m，符合小于5cm的設(shè)計(jì)精度要求，高程測(cè)量精度可靠。本項(xiàng)目共檢測(cè)了65 個(gè)點(diǎn)的高程，對(duì)比分析結(jié)果如表2 所示。

表2 高程精度統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)束語

集中式飲用水水源地一般位于城市區(qū)周邊，水庫(kù)大多位于山區(qū)或高山區(qū)［6］，受地形和通信信號(hào)影響，采用常規(guī)測(cè)量方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，測(cè)量工作難度大、效率低。本文通過技術(shù)創(chuàng)新，先測(cè)量水源地基礎(chǔ)要素，通過制圖軟件計(jì)算出保護(hù)區(qū)范圍，再提取保護(hù)區(qū)的界標(biāo)和標(biāo)志點(diǎn)的坐標(biāo)，經(jīng)河南省衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)放樣到實(shí)地，提高了工作效率和測(cè)量精度，方法切實(shí)可行。