橫坑水庫地形測量及庫容復核

袁 軍

（深圳市水務規劃設計院股份有限公司，廣東 深圳518000）

1 引言

水庫現狀地形調查及庫容復核具有十分重要的意義。可為水庫防洪安全、灌溉效益分析提供基礎數據［1-4］。結合橫坑水庫工程對水庫現狀地形及庫容進行實測分析。

橫坑水庫位于龍華區觀湖街道東南邊緣，屬于觀湖街道邊境內，1993年10月動工，1995年10月完工，是一座以防洪為主的小（1）型水利樞紐工程。2017年，富士康集團啟動橫坑水庫南側用地開發，該項目涉及水庫管理范圍線問題，需對水庫及周邊現狀地形地貌進行測量，并依據現狀復核水庫的集雨面積、正常蓄水位、設計洪水位、校核洪水位、壩頂高程等，最終論證水庫管理范圍線調整的合理性與可行性。測區附近有人民路、平安路等城市道路，交通較為便利。但庫區周邊植被茂密，雜草叢生，庫區內淤積較深，人員通視、通行條件較差，給測量工作的開展帶來了較大的困難。

2 控制測量

2.1 二級點測量

為滿足項目圖根點及地形測量的需要，在測區范圍均勻布設二級控制點。二級點點位選在通視良好、地基穩定且宜長期保存的地方，選點時避開了不利于GPS觀測的因素。點位中心標志采用鋸有十字的鏍桿，用沖擊鉆鉆洞打入，以點位為中心刻20 cm×20 cm的方框，并刻上其點號。點號采用“LII-流水號”組成，從“LII-1”開始順編，共布設15個二級控制點。二級點測量選用南方銀河1 PLUS GPS測量系統的RTK功能進行測量，該儀器標稱精度為5 mm+1 pm，儀器經過檢定，精度滿足規范要求。測量時在IV14點上進行點位校正，流動站經控制點BEI25檢查（見表1）符合規范要求后，才開始施測，逐一測量各二級點。觀測結束時檢查控制點BEI24，以確保觀測的整個過程的正確。

對同一新點進行三次獨立測量。二級點三次測量成果之差均小于4 cm，三次測量成果滿足規范要求，最終成果取多次觀測成果的平均值。二級點高程采用GPS RTK測量。

表1 流動站檢查表

2.2 圖根控制測量

為滿足地形圖測量的需求，沿工程線路范圍布設滿足要求的圖根控制點。圖根點測量選用南方銀河1 PLUS GPS測量系統的RTK功能進行測量，該儀器標稱精度為5 mm+1 pm，儀器經過檢定，精度滿足規范要求。

測量時在IV14點上進行點位校正，流動站經控制點BEI25檢查，符合規范要求后，才開始施測，逐一測量各圖根控制點。觀測結束時檢查控制點BEI24，以確保觀測的整個過程的正確。對每個圖根點均進行兩次測量，其點位較差不大于圖上0.1 mm，高程較差不應大于基本等高距的1/10。兩次測量成果較差均小于5 cm，取其中數作為最終測量值。

圖根點位于水泥地面時采用“田”字或打入鋼釘，位于土質地面打入木樁，并標注點號。從1依次順編，圖根點編號冠以字母“L”。

圖1 控制點展布圖

3 數字化地形圖測量

3.1 陸地1∶1000地形圖測量

陸地地形測量外業數據采集使用南方銀河1 PLUS GPS測量系統的RTK功能進行測量，該儀器標稱精度為5 mm+1 pm，儀器經過檢定，精度滿足規范要求。測量時在各圖根點或等級點上進行校正，流動站經另一控制點檢查，符合規范要求后，才開始采集碎部點，數據直接存于儀器中，碎部點采集完成后，流動站再次進行點位檢查，以確保觀測的整個過程的正確。外業采集完后，將數據輸入微機，利用“CHE”機助制圖系統編制數字化地形圖。

地形圖上地物點相對于鄰近圖根點的點位中誤差與等高線及高程注記點相對于圖根點的高程中誤差要求見表2。

表2 地形圖精度規定

3.2 水下1∶1000地形測量

水庫水下地形測量使用GPS+數字測深儀+數字測圖系統軟件進行數據采集。

水下測量時在已知控制點上設置參考站，移動站以另一已知點為檢查點，采用Leica GS15 GPS的RTK功能測量水面點的平面位置及高程，儀器編號為1501705和1507164，使用HD310測深儀測量水深。測深儀軟件實時記錄水面點的平面位置、高程以及水深，計算機按H水下=H水位-H水深，計算水下地形點的高程。數據采集工作由測量軟件自動控制，GPS數據與測深儀數據的實時同步采集，并在圖形窗口實時顯示測船位置，這樣可根據顯示結果確定船的航行方向。在測量前預先設置好測量航線，測線間距約15 m～20 m，水庫邊緣及地形變化較大處，對測線間距適當加密，測量點間距在掌上電腦上設置2 m～5 m，保證真實反映水庫水下地形變化情況。

為了確保測量數據的精度，測量時將測深儀的探頭安裝在船的中部，以消除船開動時因船身翹動而產生的探頭吃水誤差。為切實保證測深儀測量數據的可靠性，采用測深繩測量水深，與測深儀測量結果進行比較（見表3），以檢驗測深儀的測深精度。

表3 測深儀水深與量測水深比較表

從表3可以看出，測深儀測量水深與測繩量測的水深最大差值為0.06 m，測深儀測量水深精度良好，滿足規范要求。

為了檢核水下測量數據的準確性，水下地形測量完成后，布設檢查測線對測深數據進行檢查（檢查測線總長約2.8 km，占測線總長20%），對113個水下點的測深進行了較差統計，檢查結果統計見表4。

表4 水下地形點檢查誤差統計表

測深點高程較差中誤差為0.06 m（差值最大為0.15 m規范要求較差限差為0.40 m），水下地形測量精度良好。

4 水庫庫容計算

4.1 計算方法與結果

水庫的庫容計算利用本次所測地形圖數據，采用專業測繪軟件“CHE2009”進行計算，計算間隔為0.1 m。水庫校核洪水位62.38 m，水庫水下最低點高程為48.4 m，按設計方要求，水庫庫容計算范圍為48.4 m～63.0 m。

在進行庫容計算前，將測量的地形圖按1.0 m生成等高線，以對所有的數據點進行檢查，檢查無誤后，生成供計算水庫庫容的0.01 m等高線，庫容計算的格網取20 m×20 m方格，格網點高程由測繪軟件CHE 2009自動完成計算，在計算水庫庫容時，將格網細分為30，計算間隔設置為0.1 m，以精確計算在不同水位高程的水庫庫容和對應的水域面積，計算結果見橫坑水庫水位-庫容-面積表。根據計算結果，繪制橫坑水庫水位-庫容-面積曲線圖，見圖2。

圖2 水位-庫容-面積曲線圖

4.2 庫容計算結果分析

4.2.1 庫容計算結果分析

本次水庫庫容計算所采用的地形圖數據包含兩部分，一部分是全部新測的水下地形數據，另一部分新測的1∶1000數字化陸地地形圖，地形圖精度均能滿足規范要求。因此本次計算所采用的基礎數據是準確的。

庫容計算所采用的軟件“CHE”是通過“中國規劃協會”鑒定并在深圳由多家用戶使用長達10多年，該軟件是深圳市規劃與國土資源委員會推薦基礎測繪軟件之一。

本次計算時采用了兩人獨立計算的方法，避免了計算過程的錯誤。

通過以上驗證方法，認為水庫庫容的計算結果準確，可以提交使用。

4.2.2 計算庫容與原有庫容數據差值分析

本次計算總庫容與原來總庫容比較，減少15%以上，主要有以下原因：

（1）庫容計算基礎數據導致

本次庫容計算使用的地形圖為新測的1∶1000陸地及水下地形圖，庫容計算基礎數據精度高；原水庫無大比例尺的水下地形資料，庫容計算精度較低。庫容計算基本數據精度差異是導致本次計算總庫容與原有總庫容差值最主要原因。

（2）積雨范圍內雨水沖刷沉積

原有庫容數據計算至本次庫容計算時間相隔十余年，積雨范圍內的山體泥沙、周邊建設施工時松軟的泥沙隨雨水沖刷后沉積于水庫，造成庫區淤積。

5 結論

以橫坑水庫為研究對象，從二級點測量、圖根控制測量兩個方面分析了水庫地形控制測量的方法；并從水下、陸地兩個方面研究了水庫地形測量方法，經過多人計算分析，水庫測量結果較為準確。橫坑水庫庫容在雨水沖刷沉積、基礎數據誤差影響小，復核庫容較原庫容減少約15%。可為類似小型水庫工程地形測量及庫容復核提供參考。