测绘新技术在水库库容测量中的应用

张绪朋，姚 喜，朱利超

（山东省水利勘测设计院，山东 济南 250014）

测绘新技术在水库库容测量中的应用

张绪朋，姚 喜，朱利超

（山东省水利勘测设计院，山东 济南 250014）

本文介绍了水库库容测量的必要性，并探讨航空摄影测量技术、水下地形测量新技术、库容计算技术在库容曲线测量中的应用，满足规程规范的要求，值得大力推广。

库容曲线测量；航空摄影测量；水下地形测量；库容曲线计算

山东省境内大中型水库的库容曲线大部分为山东省水利厅于1985年水利工程三查三定时公布的资料数据。现有库容曲线公布日期距今将近30年，多年来受自然与人为因素影响，库区地形有所变化，为了更好地把握人类活动和自然因素对库区地形变化的影响，了解库容曲线的变化情况，充分挖掘水库的雨洪资源利用潜力，提高兴利水位，就必须获取精度更高、现势性更强的库区地形资料，尤其是水下地形资料，为水库增容工程提供准确的基础资料，进行库区测量是非常必要的。为此，山东省水利厅展开了新一轮的水库库容曲线复核测量工作，现就山东省水利勘测设计院承担完成的部分水库库容曲线测量中运用的测绘新技术进行简要介绍。

1 航空摄影测量技术

为了准确计算水位与库容的关系，获得大比例尺的高精度地形图资料成为水库库容曲线复核测量的关键所在。目前1∶2 000大比例尺地形图测绘的技术手段，主要有三种：一是全野外数字化测量；二是无人机航空摄影测量；三是传统载人大飞机航空摄影测量。比较上述三种测量方式，其优劣势是：第一种全野外数字化测量方式需要大量测绘作业人员，成本较高，且作业会受到地形、气候等环境因素的影响，难以满足工期与质量要求。第二种无人机航空摄影测量方法，因为需要进行大面积水域测量，无人机持续运行的安全性无法得到保障，也不适用于本类工程。第三种传统载人大飞机航测法，只要有合适的航空影像资料，进行大面积的大比例尺测图成为目前比较主流的测量方式。经过方案比选，建议采用传统载人大飞机航测综合法测量方式完成整个测区的1∶2 000地形图陆地部分测量任务。

航空摄影测量技术是利用航摄像片测制地形图的一种方法，相对于全野外数字化测图，其具有降低外业测量作业强度、成图速度快、精度均匀、成本低、不受气候季节条件限制等优点，目前已经成为国家测制小比例尺地形图和工程部门测制大比例尺地形图的首选方式。目前采用较多的航测综合法测图流程图如图1：

图1 航测综合法测图流程

2 水下地形测量技术

测量的主要目的为水库库容曲线复核测量，因此，水库水下地形测量的作业尤为重要。采用测量船上架设GPS接收机挂接全数字双频测深仪的模式，由GPS接收机获取水下点的平面坐标，测深仪直接获取水下点的高程数据，完成水库水下地形测量，最终室内生成水下等高线。

组成GPS水下地形测量系统的主要设备为：2台实时差分GPS接收机和1台数字式测深仪，其中一台GPS接收机作为参考站设置在岸上的已知点上，另一台在测深船上作为流动站，在测深船上将GPS接收机、数字化测深仪连接成水下地形测量系统。其作业模式见图2。

图2 水下地形测量系统作业模式

3 库容曲线计算技术

库容曲线计算主要采用等高线容积法和DEM方格网法两种。

等高线容积法计算水库库容是一种计算精度较高的方法之一，根据1：2000地形图准确量算出各水位高程等高线的面积，通过模型计算出不同水位的水库库容。该计算模型建立在把水体按不同高程面微分成n层台体，整体库容由n层台体体积积分求得。考虑到形体的不规则性，等高线容积法计算水库库容数学模型为：

式中 V 为库容，m3；Si为第 i根等高线面积，m2；且 S0=0；Δhi为第 i～i+1 根等高线之间高程差，m。

方格网法是利用已建立的库区数字高程模型（DEM），将水体微分成若干个立方体，通过对每个立方体的体积空间积分，求得水库库容。

式中：a为DEM方格网的边长；h0为某一设计水位高程；hi为该设计高程以下淹没的某一单元的高程；n为淹没方格的个数；S为该设计水位的水面面积；V为该设计水位的水库库容。

4 结论

1）采用基础数据比较：地形图的现势性较强，比例尺较大，精度较高，其数据精度优于三查三定人工测量的小比例尺1∶5 000或1∶10 000地形图成果。

2）测量技术手段比较：地形图测量和水下测量由于采用了航空摄影测量和全野外数字化测图方式，仪器设备采用了全站仪及GPS-RTK结合全数字测深仪，其在高程精度和平面精度方面，也大大优于原先的小平板测图方式。

3）计算方法比较：现在库容曲线的量算采用人机交互勾绘等深线，库容曲线的面积由计算机计算，不存在面积计算误差；库容采用不规则台体模型计算，减少计算误差。

库容曲线复核工作采用了先进的测量方法和技术，与水库库区实际状况符合度较高，充分反映了自然和人为因素对水位～库容～面积关系的影响，测量成果也得到了设计部门和委托方的一致好评，该作业方式值得广泛推广。

[1] SL 197-2013，水利水电工程测量规范[S].

[2] 程剑刚，蔺志永.GPSRTK技术联合数字测深仪在湖泊库容测量中的应用探讨[J].北京测绘，2013（05）：42-45.

[3]马成武等.GPS RTK技术联合数字化测深仪在水下地形测量中的应用[J].东北水利水电，2010，28（07）：49-51.

（责任编辑 迟明春）

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1009-6159（2017）-06-0015-02

2016-11-09

张绪朋（1973—），男，高级工程师