集中式饮用水水源地保护区勘界的测量技术研究

刘敏 赵彬 盛奇

（河南省地质矿产勘查开发局第一地质矿产调查院，河南 洛阳 471023）

饮用水水源保护区是国家为防止饮用水水源地污染、保证水源地环境质量而划定，并要求加以特殊保护的一定面积的水域和陆域。饮用水水源保护区分为一级保护区和二级保护区，必要时还可以在饮用水水源保护区外围划定一定的区域作为准保护区。为有效防止突发环境污染事件，全面加强地表水环境和饮用水水源地环境保护工作，保障人民群众的饮水安全，开展集中式饮用水水源勘界立标工作利国利民［1］。

本文结合工作实际，针对不同饮用水水源地的位置、地形特点，充分利用河南省卫星导航定位基准服务系统的优势，开展饮用水水源地保护区的地形地貌测绘、勘界测量、立标放样，在高山区采用CORS+基准站的测量方法，提高了工作效率。

1 河南省卫星导航定位基准服务系统简介

河南省卫星导航定位基准服务系统由河南省测绘地理信息局历时两年建成，于2018 年12 月26 日正式启用。系统以遍布全省的247 座北斗卫星导航定位基准站为主体，形成了以我国北斗卫星导航系统为主，兼容GPS、格洛纳斯和伽利略等卫星导航系统的基准站网。系统整网平差精度在X、Y、Z 分量的平均精度分别为1.6mm、3.9mm、2.1mm，整网精度良好；实时载波相位差分定位内符合精度在东、北和高程方向分别为7.4mm、7.8mm 和20.3mm，外符合精度分别为1.34cm、1.43cm 和5.76cm，远高于国家相关标准规定的平面位置内符合精度优于3cm、高程优于5cm 及外符合精度优于5cm、高程优于10cm 的要求。

2 勘界技术要求

2.1 保护区的划分

根据《饮用水水源保护区划分规范》（HJ/T338—2007）的相关规定，对于处于城市建筑设施中心、保护区面积有限的水井，采取合理规划加有效保护措施的补救划分方法；对于目前尚未被其他建筑物挤占的水井，采用以水井为圆心向外延伸，形成一级保护区、二级保护区两级保护区的划分方法，一级保护区为水井半径外延50m，二级保护区为一级保护区边界外延150m［2］。

陆浑水库地表饮用水一级保护区：以饮用水取水口为中心向周围辐射800m。二级保护区：一级保护区以外，以317.4m 水库淹没线为界。准保护区：二级保护区周边外延1000m 的水库陆域。

2.2 精度要求

（1）平面坐标系统采用2000 国家大地坐标系，高程系统采用1985 国家高程基准，投影方式采用高斯-克吕格投影，按3°分带。

（2）调绘底图采用1∶1 万地形图，没有1∶1 万地形图的地区采用相应精度的卫星遥感或航空摄影影像地图。

（3）界址点、界标、交通警示牌、宣传牌相对于邻近测量控制点的点位中误差为5cm，高程精度误差为5cm［3］。

2.3 保护区勘界工作流程

（1）测绘水源地保护区的工作底图采用1∶1 万卫星遥感正射影像图，大型水库采用1∶1 万地形图。

（2）水源地保护区勘界测绘，根据国家技术标准和省、市政府对水源地保护区规划的审批，落实水源地的界线划分，分为一、二级保护区和准保护区，确保水源地保护有法可依。

（3）设立饮用水水源地保护区各类标志，即在保护区界线实地，埋设界桩、界碑，并在合适地点设立交通警示牌和宣传牌，使勘界成果更为直观［4］。

3 保护区勘界测绘技术方法

3.1 水源地保护区地形测量

（1）先在卫星遥感正射影像图上标注水源地，按照先远后近、先易后难的原则，根据交通情况确定勘界路线，编制勘测计划。

（2）依据保护区范围批复文件、保护区划技术报告、示意图等相关资料，测定保护区主要控制点、边界拐点、水井中心、取水口等位置的地理坐标。

（3）勘测保护区区域内及外延100m 范围内的建筑物、县道及以上级别道路等各类基础信息，水厂、排污口、水源地取水水质监测点位等专题信息。

3.2 测绘技术方法

河南省卫星导航定位基准服务系统提供的坐标系统为2000 国家大地坐标系，高程基准为大地高。因此需要收集已知点来求取转换参数，以便获取1985 国家高程基准的高程值。

（1）首先收集测区附近的2000 国家大地坐标系的测量控制点成果4 个，用河南省卫星导航定位基准服务系统求取测区的七参数。使用网络RTK 接收机在4个已知控制点上测量固定解状态下的WGS84 坐标，在RTK 手簿上对应输入已知点的2000 国家大地坐标系成果坐标，求解覆盖整个测区的七参数，保存参数后应用。使用应用参数后的RTK 接收机，进行一个已知点的检核，平面坐标和高程较差均小于4cm，精度满足要求，可用于勘界测量。在城市区和GPS 通信信号较好的地方，优先采用GPS-RTK 测量方法［5］。

（2）位于山区和高山区的中小型水源地，由于山高坡陡，移动信号较差或没有信号，将直接影响GPS的测量精度和工作效率。试验采用河南省卫星导航定位基准服务系统先将控制点引到水源地附近，之后选择有利地形架设基准站，通过移动站与基准站链接，并在已知点上校准基准站的方法，按照GPS-RTK 技术来完成水源地保护区的地形及特征点测量。

（3）将实地测量的水源地保护区数据展绘到卫星遥感影像图上，通过MapGIS 或AutoCAD 软件，采用模型分析计算方法确定一级保护区范围线，在一级保护区的基础上外推计算二级保护区范围线和准保护区范围线。保护区范围如图1 所示。

（4）保护区的界标一般设立于保护区界线顶点、重要的拐点、陆域水域交界处等位置。通过模型分析计算方法求取水源地保护区的范围线，并与地形图或正射影像图套合，提取保护区范围特征点的坐标，经实地踏勘后，采用河南省卫星导航定位基准服务系统将保护区范围特征点放样到实地，埋设标志后再测量出坐标和高程数据［4］。界标设置如图2 所示。

图1 地下水源地井口周边保护区划分

图2 保护区界标设置图

3.3 技术创新点

集中式饮用水水源地保护区的范围通过模型分析计算方法获得，在实地看不见，常规测量方法很难直接测量出界线的位置、走向，因此现场测量出井口、取水口、水库大坝等水源地特征点的位置坐标，展绘到1∶1 万卫星遥感影像图上或1∶1 万地形图上，利用MapGIS 或AutoCAD 软件，采用模型分析计算方法得出水源地一级保护区、二级保护区的范围线，提取范围线的坐标作为水源地保护区的坐标成果。将计算求取的保护区范围坐标数据导入河南省卫星导航定位基准服务系统，利用系统的放样功能，经过实地踏勘，使界标位置始终保持在保护区范围线上，并且处于保护区界线顶点、重要的拐点、陆域水域交界处等合适位置，在界标埋设完成后实测界标的坐标和高程作为成果，这样就可以大大提高勘界、立标的工作效率，测量精度也有保证。

3.4 测量精度分析

（1）平面坐标精度分析

保护区的界标和标志点经河南省卫星导航定位基准服务系统放样到实地后，采用不同人员、不同仪器进行精度检核，通过两次测量获得的坐标值对比分析，点位误差最大为0.036m，均符合点位中误差小于5cm的要求，说明采用河南省卫星导航定位基准服务系统进行水源地勘界、立标的测量精度可靠。本项目共检测了65 个点的平面坐标，对比分析结果如表1 所示。

表1 平面精度统计表

（2）高程精度分析

界标和标志点经河南省卫星导航定位基准服务系统放样到实地后，采用等外水准测量方法进行高程精度检核，通过两次测量获得的高程值对比分析，说明高程精度均匀，高程中误差为0.023m，符合小于5cm的设计精度要求，高程测量精度可靠。本项目共检测了65 个点的高程，对比分析结果如表2 所示。

表2 高程精度统计表

4 结束语

集中式饮用水水源地一般位于城市区周边，水库大多位于山区或高山区［6］，受地形和通信信号影响，采用常规测量方法费时费力，测量工作难度大、效率低。本文通过技术创新，先测量水源地基础要素，通过制图软件计算出保护区范围，再提取保护区的界标和标志点的坐标，经河南省卫星导航定位基准服务系统放样到实地，提高了工作效率和测量精度，方法切实可行。