论文部分内容阅读
摘要：水库水下地形图测量及泥沙淤积的分析工作一直是一项比较烦琐的工作，本文介绍了乌拉泊水库水下地形图测量测量方法、仪器设备的选用、对测量数据进行处理分析，得出水库泥沙淤积量主要集中区域段，在此区域段应重点进行水库泥沙清淤工作。
关键词：乌拉泊水库;水下地形测量;GPS—RTK;泥沙淤积测量与计算。
1.乌拉泊水库水下地形图及河道纵横剖面的测绘
在开展乌拉泊水库水下地形图及河道纵横剖面测绘工作时，首先需要布设好基本测量控制网即平面控制网和高程控制网以及横剖面的断面基点的布设，布设的原则有以下要求。
平面控制网的布设应根据水库汇水面积的大小、测绘比例尺、测量的方法，按照层次少、布点均匀的原则可布设成GPS网或者导线网。
高程控制网布设应根据水库汇水面积的大小、长度来确定测量水准的等级。
横剖面的断面基点的布设应根据水库汇水区域的长短均匀布设，在测绘过程中为了工作的方便，经常会将断面基点容入平面、高程控制网中一并布设完成。
2.乌拉泊水库控制网的布设及测量：
乌拉泊水库汇水面积大、且水深较浅的特点，首先对水库进行平面控制、及高程控制测量。根据测区实际情况分析，确定本次平面控制测量为四等GPS网，高程控制测量确定为五等水准网。平面控制测量作业严格按《水利水电工程测量规范》SL197—97中对四等GPS网的要求进行测量（具体要求见下表1，观测精度见表2）
高程控制测量作业严格按《水利水电工程测量规范》SL197—97中对五等水准的要求进行测量。
表1 乌拉泊水库四等级GPS点测量技术基本要求
等级
卫星截止高 度角（?）
同时观测有效卫星数
有效观测卫星总数
观测时段数
时段
长度（min）
采样
间隔（s）
四等
15
≥4
≥4
≥1.6
≥45
15～30
表2 乌拉泊水库控制网平面精度统计表（单位mm）
基线解算结果
复测基线
环闭合差
三维平差结果
二维平差结果
检查项目
精度
规范要求
精度
规范要求
精度
规范要求
最弱
点、边
DX=1.7
最
弱
点
边
DX=3.1
解算类型
L1固定
L1固定
≤6.5
≤14.2
6
76.4
DY=5.2
DY=2.4
比率
≥8
≥5.0
6
76.4
DZ=5.9
參考变量
≤4
≤5.0
35
76.4
DP=8.0
DP=3.9
RMS
≤6
≤10
36
224
Db= 1/150000
Db= 1/99000
三维平差累计内部可靠性
70
三维平差平均内部可靠性
0.76
≥0.60
二维平差累计内部可靠性
73
二维平差平均内部可靠性
0.78
≥0.60
从表2中可以得出：
1）GPS测量基线和闭合差满足规范要就，观测数据良好。
2）三维平差解算数据精度高，说明四等GPS控制网质量高，精度可靠。
3）二维平差解算数据精度高，说明从WGS84坐标系向地方坐标转换时，已知控制点选择正确，转换合理。
表3 乌拉泊水库控制网高程精度统计表（单位mm）
水准线路
测段长度
段数
闭合差
闭合差限差
II乌吐3-1四等水准
11.63Km
12
17
±27.3
IVW02闭合段五等水准
9.061km
7
2.75
9.0
E10闭合段五等水准
0.661km
2
3.5
24
E02—E06附合段五等水准
1.845km
11
14
41 从表3中可以得出：乌拉泊水库控制网的水准点精度符合《水利水电工程测量规范》中四、五等水准测量的精度要求，完全可以满足本次水库泥沙淤积勘测的要求。
3.乌拉泊水库水形地形图测量
水形地形的测量采GPS-RTK（GPS-RTK是一种实时动态GPS测量技术，这种技术由GPS卫星导航系统、地面基准站、流动站三部分组成，在测量中架设好基准站后，在一定的作业半径内流动站可以实时的提供指定地点的三维坐标大地坐标。平面精度可以达到厘米级精度，满足界桩测量精度的要求）实时动态定位系统配合数字测深仪进行自动的测量及数据采集，得到测点的平面及高程三维坐标的方法进行测量。具体测量的点位精度平面可达到厘米级精度，高程通过与铅鱼测定的水深结果进行比较确定，可以达到厘米级精度。
3.1乌拉台水库横断面的测量
为了得到水库各个区域段泥沙淤积的具体情况，沿垂直河道方向布设了横断面，断面间距大致为50米，一共布设了40条断面，采用GPS---RTK配合数字测深仪进行断面测量，以25条断面的横断面进行分析（断面图见图1）。
从上述图1中我们可以得出以下结论：
1）蓝色线为乌拉泊水库建设前期断面线，黑色断面线为本次测量水库断面线，两条线之间部分为泥沙在25号断面处的淤积面积，水库淤积较为严重。
2）本图是25号断面，实际工作中我们绘制出了将40条断面图，可以看出没条断面的淤积情况，如将断面号乘以50米，就可以知道据大坝轴线相应距离处的淤积情况。
3）通过上述断面，可以了解水库实际淤积情况，在清淤过程中，管理者就可以知道水库清淤的重点区域，在核算清淤工作量时，只需要测出清淤后的断面线，即可计算出清淤工作量。
3.2.乌拉泊水库各特征水位对应得库容的计算
乌拉泊水库各特征水位对应得库容的计算有两种方法，其一是利用测量的水下地形图
利用等高线容积法中的公式
V=
注：
为i等高线围成的面积、
为i+1等高线围成的面积、
为i等高线的高程、
為i+1等高线的高程。
计算水库水位-----面积特性、水位-----库容关系曲线图，在绘制出关系曲线图后，即可查出水库特征水位对应的库容，将两次测量计算查出水库特征水位对应的库容调制成表3，即可清楚的看出淤积量。
另一种方法是沿坝轴线每隔50米布设了一条断面，共布设了40断面，我们知道每条断面对应高程的淤积面积，便可以按断面法计算出两断面处相应高程对应的库容，计算公式
V=
注：
为i号断面对应高程线围成的面积、
为i+1号断面对应高程线围成的面积、
为两断面之间的间距。
表4 水库特征水位对应的库容表（万m3）
名称
高线容积法
断面法
两种方法计算
淤积量差值%
淤积量占
设计库容%
初设
本次测
量库容
淤积量
本次测
量库容
淤积量
死水位
1.320
0.178
1.142
0.168
1.152 -0.9
86.5
初设汛限水位
3.190
1.016
2.173
1.023
2.167
0.3
68.1
防洪高水位
4.766
2.271
2.495
2.279
2.487
0.3
52.3
初设设计洪水位
5.647
3.131
2.517
3.127
2.52
-0.11
44.6
正常高水位
6.070
3.569
2.501
3.57
2.5
0.03
41.2
初设校核水位
6.468
4.229
2.239
4.26
2.208
1.4
34.6
从表4得出1）高线容积法与断面法计算出的特征水位对应的库容差值在1.5%以内，说明两种计算方法计算均正确，计算精度相当。2）水库死库容基本淤积完毕，正常高水位对应兴利库容淤积了41%，淤积较为严重。
4.结语
采用GPS-RTK实时动態定位配合数字测深仪进行水下测量及数据采集，不仅大大提高了工作效率，同时还减少了工作强度等优点，也存在一定的缺点，如采集数据量大，数据自动化程度高，数据容易出错，错误的数据需要内业人员逐个剔除，这无形中大大增加了内业的工作量。
根据测量的水下地形图利用等高线容积法计算库容随能大大提高准确度，但要求地形图中等高线必须闭合，否则库容计算工作量巨大，难以在短时间内完成。水库水下断面布设足够密时，也可采用断面法计算库容，但要确定两断面见地形变化不大，否则计算误差较大。
参考文献：
[1]候杰、周著。河流泥沙工程，新疆教育出版社2002年版;
[2]周之豪、沈曾源。水利水能规划，中国水利水电出版社第二版;
[3]李征航、黄劲松。GPS测量与数据处理M。武汉：武汉大学出版社，2013.1。
[4]徐绍铨、张海华、杨志强、王泽明。GPS测量原理及数应用。武汉：武汉大学出版社，2005。
作者简介
罗景彪，1967.9.8，男，四川省宜宾市，新疆水利水电勘测设计研究院测绘工程院，工程师，毕业于新疆农业大学测绘工程专业，本科，主要从事水利水电工程勘测设计。
关键词：乌拉泊水库;水下地形测量;GPS—RTK;泥沙淤积测量与计算。
1.乌拉泊水库水下地形图及河道纵横剖面的测绘
在开展乌拉泊水库水下地形图及河道纵横剖面测绘工作时，首先需要布设好基本测量控制网即平面控制网和高程控制网以及横剖面的断面基点的布设，布设的原则有以下要求。
平面控制网的布设应根据水库汇水面积的大小、测绘比例尺、测量的方法，按照层次少、布点均匀的原则可布设成GPS网或者导线网。
高程控制网布设应根据水库汇水面积的大小、长度来确定测量水准的等级。
横剖面的断面基点的布设应根据水库汇水区域的长短均匀布设，在测绘过程中为了工作的方便，经常会将断面基点容入平面、高程控制网中一并布设完成。
2.乌拉泊水库控制网的布设及测量：
乌拉泊水库汇水面积大、且水深较浅的特点，首先对水库进行平面控制、及高程控制测量。根据测区实际情况分析，确定本次平面控制测量为四等GPS网，高程控制测量确定为五等水准网。平面控制测量作业严格按《水利水电工程测量规范》SL197—97中对四等GPS网的要求进行测量（具体要求见下表1，观测精度见表2）
高程控制测量作业严格按《水利水电工程测量规范》SL197—97中对五等水准的要求进行测量。
表1 乌拉泊水库四等级GPS点测量技术基本要求
等级
卫星截止高 度角（?）
同时观测有效卫星数
有效观测卫星总数
观测时段数
时段
长度（min）
采样
间隔（s）
四等
15
≥4
≥4
≥1.6
≥45
15～30
表2 乌拉泊水库控制网平面精度统计表（单位mm）
基线解算结果
复测基线
环闭合差
三维平差结果
二维平差结果
检查项目
精度
规范要求
精度
规范要求
精度
规范要求
最弱
点、边
DX=1.7
最
弱
点
边
DX=3.1
解算类型
L1固定
L1固定
≤6.5
≤14.2
6
76.4
DY=5.2
DY=2.4
比率
≥8
≥5.0
6
76.4
DZ=5.9
參考变量
≤4
≤5.0
35
76.4
DP=8.0
DP=3.9
RMS
≤6
≤10
36
224
Db= 1/150000
Db= 1/99000
三维平差累计内部可靠性
70
三维平差平均内部可靠性
0.76
≥0.60
二维平差累计内部可靠性
73
二维平差平均内部可靠性
0.78
≥0.60
从表2中可以得出：
1）GPS测量基线和闭合差满足规范要就，观测数据良好。
2）三维平差解算数据精度高，说明四等GPS控制网质量高，精度可靠。
3）二维平差解算数据精度高，说明从WGS84坐标系向地方坐标转换时，已知控制点选择正确，转换合理。
表3 乌拉泊水库控制网高程精度统计表（单位mm）
水准线路
测段长度
段数
闭合差
闭合差限差
II乌吐3-1四等水准
11.63Km
12
17
±27.3
IVW02闭合段五等水准
9.061km
7
2.75
9.0
E10闭合段五等水准
0.661km
2
3.5
24
E02—E06附合段五等水准
1.845km
11
14
41 从表3中可以得出：乌拉泊水库控制网的水准点精度符合《水利水电工程测量规范》中四、五等水准测量的精度要求，完全可以满足本次水库泥沙淤积勘测的要求。
3.乌拉泊水库水形地形图测量
水形地形的测量采GPS-RTK（GPS-RTK是一种实时动态GPS测量技术，这种技术由GPS卫星导航系统、地面基准站、流动站三部分组成，在测量中架设好基准站后，在一定的作业半径内流动站可以实时的提供指定地点的三维坐标大地坐标。平面精度可以达到厘米级精度，满足界桩测量精度的要求）实时动态定位系统配合数字测深仪进行自动的测量及数据采集，得到测点的平面及高程三维坐标的方法进行测量。具体测量的点位精度平面可达到厘米级精度，高程通过与铅鱼测定的水深结果进行比较确定，可以达到厘米级精度。
3.1乌拉台水库横断面的测量
为了得到水库各个区域段泥沙淤积的具体情况，沿垂直河道方向布设了横断面，断面间距大致为50米，一共布设了40条断面，采用GPS---RTK配合数字测深仪进行断面测量，以25条断面的横断面进行分析（断面图见图1）。
从上述图1中我们可以得出以下结论：
1）蓝色线为乌拉泊水库建设前期断面线，黑色断面线为本次测量水库断面线，两条线之间部分为泥沙在25号断面处的淤积面积，水库淤积较为严重。
2）本图是25号断面，实际工作中我们绘制出了将40条断面图，可以看出没条断面的淤积情况，如将断面号乘以50米，就可以知道据大坝轴线相应距离处的淤积情况。
3）通过上述断面，可以了解水库实际淤积情况，在清淤过程中，管理者就可以知道水库清淤的重点区域，在核算清淤工作量时，只需要测出清淤后的断面线，即可计算出清淤工作量。
3.2.乌拉泊水库各特征水位对应得库容的计算
乌拉泊水库各特征水位对应得库容的计算有两种方法，其一是利用测量的水下地形图
利用等高线容积法中的公式
V=
注：
为i等高线围成的面积、
为i+1等高线围成的面积、
为i等高线的高程、
為i+1等高线的高程。
计算水库水位-----面积特性、水位-----库容关系曲线图，在绘制出关系曲线图后，即可查出水库特征水位对应的库容，将两次测量计算查出水库特征水位对应的库容调制成表3，即可清楚的看出淤积量。
另一种方法是沿坝轴线每隔50米布设了一条断面，共布设了40断面，我们知道每条断面对应高程的淤积面积，便可以按断面法计算出两断面处相应高程对应的库容，计算公式
V=
注：
为i号断面对应高程线围成的面积、
为i+1号断面对应高程线围成的面积、
为两断面之间的间距。
表4 水库特征水位对应的库容表（万m3）
名称
高线容积法
断面法
两种方法计算
淤积量差值%
淤积量占
设计库容%
初设
本次测
量库容
淤积量
本次测
量库容
淤积量
死水位
1.320
0.178
1.142
0.168
1.152 -0.9
86.5
初设汛限水位
3.190
1.016
2.173
1.023
2.167
0.3
68.1
防洪高水位
4.766
2.271
2.495
2.279
2.487
0.3
52.3
初设设计洪水位
5.647
3.131
2.517
3.127
2.52
-0.11
44.6
正常高水位
6.070
3.569
2.501
3.57
2.5
0.03
41.2
初设校核水位
6.468
4.229
2.239
4.26
2.208
1.4
34.6
从表4得出1）高线容积法与断面法计算出的特征水位对应的库容差值在1.5%以内，说明两种计算方法计算均正确，计算精度相当。2）水库死库容基本淤积完毕，正常高水位对应兴利库容淤积了41%，淤积较为严重。
4.结语
采用GPS-RTK实时动態定位配合数字测深仪进行水下测量及数据采集，不仅大大提高了工作效率，同时还减少了工作强度等优点，也存在一定的缺点，如采集数据量大，数据自动化程度高，数据容易出错，错误的数据需要内业人员逐个剔除，这无形中大大增加了内业的工作量。
根据测量的水下地形图利用等高线容积法计算库容随能大大提高准确度，但要求地形图中等高线必须闭合，否则库容计算工作量巨大，难以在短时间内完成。水库水下断面布设足够密时，也可采用断面法计算库容，但要确定两断面见地形变化不大，否则计算误差较大。
参考文献：
[1]候杰、周著。河流泥沙工程，新疆教育出版社2002年版;
[2]周之豪、沈曾源。水利水能规划，中国水利水电出版社第二版;
[3]李征航、黄劲松。GPS测量与数据处理M。武汉：武汉大学出版社，2013.1。
[4]徐绍铨、张海华、杨志强、王泽明。GPS测量原理及数应用。武汉：武汉大学出版社，2005。
作者简介
罗景彪，1967.9.8，男，四川省宜宾市，新疆水利水电勘测设计研究院测绘工程院，工程师，毕业于新疆农业大学测绘工程专业，本科，主要从事水利水电工程勘测设计。