陆浑水库淤积测量方法探讨

郭朋良

摘 要：陆浑水库自建成以来已运行近50余年。对其进行淤积测量能及时掌握水库的泥沙淤积情况、分布特征，进而确定水库运行期间库容的变化情况和库容曲线的变化规律，能为水库运行管理、决策提供可靠的数据支撑。基于此，本文主要探讨陆浑水库淤积测量方法。

关键词：淤积测量；水下地形；库容曲线

中图分类号：TV62；TV223.4 文献标识码：A 文章编号：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 陆浑水库概述

陆浑水库位于河南省洛阳市嵩县田湖镇陆浑村附近，黄河二级支流伊河上，距洛阳市67km，控制流域面积3 492km2，占伊河流域面积57.9%，平均水深约9.5m，最大水深约20m。水库防洪标准为1 000年一遇，设计洪水位327.50m；10 000年一遇校核，校核洪水位331.80m；设计汛限水位317.00m，兴利水位319.50m，总库容为13.2亿m3。水库位于暖温带，具有春季多风干旱，夏季炎热、雨水集中，秋季晴和，冬季干冷、雨雪稀少的显著特点。全年四季分明，降水量随时间分布，呈现出显著的季节性特点，常年平均降水量600mm。水库库容曲线反映的是水库水位与库容的对应关系，也是水库管理中需要重点考虑的问题之一，对水库运行管理、决策有着重要的价值[1]。陆浑水库自建成以来，已运行近50余年，进行了多次淤积测量，多年平均淤积量为233万m3，入库含沙量为4.18kg/m3。截至1992年，水库累计淤积量为0.744亿m3。最近一次是2005年陆浑水库管理局对水库进行的水库水下地形图测量，距今也已有10年[2]。因此，很有必要对水库及上游河道进行重新测量，构建水库最新的库容曲线模型，以便为水库管理提供准确可靠的数据支撑。

2 控制网测量

2.1 选点、埋石

在库区外埋设D级GPS标石10座，埋石點要符合规范的埋石基本要求，观测条件良好，并符合下列要求：点位选在坚固稳定的地点，且便于埋石和观测，并能永久保存；交通方便，有利于扩展和联测；视场内障碍物的高度角不超过15°；远离大功率无线电发射源（如电视台，电台、微波站等），远离高压输电线和微波无线电信号传送通道。

2.2 平面控制网测量

平面控制测量等级为D级，采用南方S82仪器静态测量。作业时，严格对中、整平，并记录点名、仪器高和测量时段。仪器高测量是指在测前、测后各量取一次天线高，求取平均值。GPS观测时满足规范规定的要求：①有效卫星总数大于等于5颗；②卫星高度角大于等于15°；③观测时段数为2个时段，时段长度不小于1h；④仪器采样间隔为30s。

基线处理使用随机配备的商用软件，严格按照《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T 18314—2009）中有关技术要求执行，基线解算采用合格的双差固定解作为基线解的最终成果。

2.3 高程控制网测量

高程控制测量等级为4等，使用NA28水准仪进行观测。严格执行《国家三、四等水准测量规范》（GB/T 12898—2009）主要技术规定：①线路长度不大于80km；②最大视距100m；③前后视距差不大于3m；④前后视距累计差不大于10m；⑤基辅分划读数差不大于5mm；⑥高差闭合差小于±20[L]。观测时，以坝头Ⅲ1点作为起点，作4等闭合水准路线，并对坝头Ⅲ1—DC234的高差进行检测，检测结果符合规范要求。使用公司编写的“三、四等水准平差”程序进行平差计算，观测高差进行尺长改正、正常水准面不平行改正和闭合差改正[3]。

2.4 精度统计

2.4.1 平面控制测量精度。①重复基线差值最大值为25.5mm，最小值为3.27mm，满足规范要求的小于±82.9mm的规定；②无约束平差的基线向量改正值最大值为26.5mm，最小值为4.5mm，满足规范要求的小于±87.9mm的规定；③约束平差的边长相对中误差最大值为1/49万，最小值为1/279万，满足规范要求的小于1/8万的规定；④环闭合差限差最大值为47.5mm，最小值为2.2mm，满足规范要求的小于±263.7mm的规定。

2.4.2高程控制测量精度。①已知点校测闭合差为-62.0mm，小于规范要求的±77.1mm的规定；②线路长度为32.4km，小于规范要求的80km的规定；③线路闭合差为+66.0mm，小于规范要求的±113.8mm的规定。

3 1∶5 000地形图测量

一般来说，大型水库测图比例尺为1∶10 000，中型水库测图比例尺为1∶5 000，小型水库测图比例尺为1∶2 000。陆浑水库为中型水库，库区地形为丘陵地带。为了提高量算水库库容的精度，测图比例尺定为1∶5 000，地形图的基本等高距定为1m[4]。

3.1 水下地形测量

水下地形测量就是利用测量仪器来确定水底点的三维坐标的过程。随着GPS技术的迅速发展，水下地形测量方法取得了较大进展。目前，水下地形测量技术已定型于采用GPS获取平面坐标，测深仪获取深度数据的基本模式。本项目水下地形点测量采用南方SDE-28测深仪配合GPS-RTK实时测定平面位置和水深。每天施测前和测量工作结束后对测深仪的施测精度进行检校。本项目在库区不同位置共布置15个检校点来检验测深仪的测深精度。经计算，15个检校点差值的算数平均值为0.05m。根据《水利水电工程测量规范》（SL 197—2013）可知，采用测深仪测量1～10m的水深时，其测深中误差为±0.15m；测量10～20m的水深时，其测深中误差为±0.20m。因此，采用的测深仪能满足规范要求。在库区测量宜选在风浪较小的天气进行。当库区测量水域波浪高超过0.4m时，应停止作业。在水下地形施测过程中，测深仪操作人员要密切注意测深仪的运行状态，并根据水深变化情况及时调整测深仪有关参数，以保证最佳测深效果。

水深测量采用布设测深线法测量。为了提高测量精度，在布设测线时，还应考虑水下地形的变化趋势。若地形相对平坦，則测深线间距可以适当放宽；否则，需加密测深线。这有利于使测点均匀分布于整个测区，同时在测区水下地形变化较大的地区，使测点深度或高程能更好地反映水下地形的真实面貌。布设的测深线垂直于河道。本项目在坝址区测深线布设间距为100m，大坝上游约1 000m到库尾，测深线布设间距为120～150m。水下高程注记点的间距不大于图上3cm，水深为0～1m时，则直接采用GPS-RTK测定平面位置和水下高程。测深仪实时工作情况如图1所示。

测量时，GPS接收机、数字测深仪和笔记本电脑设置在测船上，测深仪同步测量水深并将数据记录在笔记本电脑内。水下地形点间距根据船只行进距离确定，船只每行进10m，测深仪连接GPS-RTK自动采集一次数据，并对所测水深进行吃水改正。在进行水下地形点测量时，作业人员将GPS-RTK的仪器杆底部固定在船上，并始终保持仪器杆底部接触水面。测深仪将GPS-RTK所测的水面点的水面高程自动减去测深与吃水改正，得到所测点的水下地面高程，并自动记录，其关系式为：水底高程=水面高程-吃水改正-测深（Z）。

3.2 陆地地形测量

因为本项目测量的主要目的是测量水库的库容，根据库容构建最新的库容曲线，因此，测量时主要着重于地形地貌的测量，对地物只进行概略测量，高程测至333.0m。陆地地形测量采用的方法是全站仪配合GPS-RTK测量。GPS-RTK作业前，应检测不少于2个并不低于图根点精度的已知点，其平面位置较差允许为图上0.2mm，高程较差允许为1/5等高距。作业中若出现卫星信号失锁，应重新初始化，且重合点检查合格后方能继续作业。在植被密集处，GPS信号差，会影响测量精度，因此采用全站仪法进行测量。

地貌采用等高线配合地貌符号和高程注记点表示。绘制等高线时，若首曲线不能表示鞍部、小丘、台阶地及盆地等地貌碎步特征时，应加绘间曲线。若首曲线、间曲线仍不能表达某些必要的地貌时，则应加绘助曲线。在山顶、鞍部、洼地、沟底、山脊和坡度变化处等地形特征处应均匀测量地形点，以提高计算库容的精确性。

4 水库库容曲线计算

4.1 围堰内库容分析计算

因城市建设发展用地需求，当地政府在水库上游右岸滩地内修建了一条围堰，围堰高程为325～329m，围堰内最低高程为315.21m。经测量，围堰内325m高程以下的面积约120万m2，围堰内325m高程以下的库容约370万m3。

4.2 城区内建筑物体积分析计算

水库上游左岸为嵩县县城所在地，城区大部分位于333m高程以下，面积约313万m2。城区南侧与水库交界处修建有防洪堤坝，堤坝高程为325～329m，城区内局部高程低于323m，323m高程以下面积约20万m2。嵩县县城建筑物大部分位于323m高程之上。为了精确地计算出333m高程以下的水库库容，需要对县城323～333m高程的建筑物侵占的库容进行计算[5]。

根据最新的卫星影像，在县城四周影像清晰的地方布设像控点，对卫星影像进行纠正，利用纠正过的卫星影像内业成图，计算城区内每栋建筑物的面积，利用外业采集的城区内高程点，生成323～333m等高距为1m的等高线，计算出高程每变化1m的城区建筑物面积，根据面积计算出建筑物侵占库容，计算结果如表1所示。

4.3 库区周边村庄及违章建筑体积计算

水库周边存在20多处村庄及10余处违章建筑，村庄高程大部分位于323m高程之上，331.8m高程以下建筑物体积为327.9万m3，违章建筑高程位于319m高程之上，331.8m高程以下建筑物体积为42.1万m3。

4.4 库容分析计算

水库库容计算根据高程数据构建三角网模型计算，利用南方CASS7.1数据处理软件求出水位与库容的关系。软件依据三角网模型计算出水库水位每变化1cm相对应的包含建筑物体积的库容值，根据包含建筑物体积的库容值与建筑物的体积再计算出水库水位每变化1cm相对应的库容值。根据水库水位高程与库容关系，形成水库库容曲线图，见图2。

5 结语

本文所述测量方法建立在现代高精度定位和测深技术基础之上，因而测量成果在技术和精度上是有保证的。库容和淤积量的计算方法在数学上是严密的，保证了计算成果的高精度。通过外业测量和内业计算，完成了陆浑水库库容的计算，得到了不同水位面库容数据和库容曲线计算结果，与之前设计库容和2005年所测库容进行了比较，算出了水库泥沙淤积量，为水库管理提供了准确可靠的数据支撑。

参考文献：

[1]高圣益，李成国.水库库容测量技术研究[J].人民长江，2007（10）：98-99.

[2]刘金兰.水库库容测量的具体作业方法[J].黑龙江科技信息，2013（26）：192.

[3]张红梅，赵建虎.水库库容和淤积量精密测量及计算方法研究[J].武汉大学学报，2003（5）：26-29.

[4]金久才，张杰，马毅，等.一种无人船水深测量系统及试验[J].海洋测绘，2013（2）：53-56.

[5]程剑刚.网络RTK联合声波测深仪在水下地形测量中的应用[J].测绘工程，2014（3）：63-65.