水库淤积测量新技术的应用

口张松林  马新明     

    水库淤积测量是研究河道、水库水文要素变化规律的基础，是一项长期而重要的基础工作。三门峡水库自建库以来，水库淤积测量主要以断面法为主，每年的汛前、汛后施测，当年大洪水过后进行加测。为了保证资料的准确性，每10年进行一次地形法淤积测量，至今共进行断面法淤积测量162次，总计实测13084个断面次。

    建库初期，三门峡水库平面定位主要以经纬仪、水准仪为主，水深测量以测深杆、锤为主要测量仪器，库区内设立了大量的测量标志，这些测量标志多为木质和钢质。测量资料主要以手工记载、计算，库区高程采用大沽高程。

    20世纪80年代初期，由于木质和钢质测量标志的毁坏，库区内测量标志逐步更新为砖质标志塔，测量手段和方法也有了较大的改进，水深测量主要以玻璃钢快艇作为水面渡河工具，同时引进了芬兰MD300双频、美国ROSS875双频等型号回声测深仪和国产SDH-13A仪器，水面定位引进了远红外测距仪，资料整理手段先后引进了掌上计算机和PC便携机。

    20世纪90年代后期，随着全球定位系统(GPS)和全站仪技术的发展，先进的测量技术在河道、水库测量中得到广泛应用，资料的记录、计算逐步实现计算机化，资料的记录和储存也由原来的纸介质逐步转换成了磁性介质。水深测量主要采用双频或多频回声测深仪，测量仪器设备及资料处理水平有了较大的提高。

    一、GPS在河道、水库测量中的应用

    GPS技术是集平面和高程定位于一体的测量定位系统，目前使用的仪器主要为Trimble 4000sse、Trimble4700和Trimble 4800等双频接收机，其静态测量最大允许误差为5mm+lppm，一般用于河道、水库首级平面控制网测量，按照CH2001-92《全球定位系统(GPS)测量规范》要求，观测可以达到D级控制网精度；快速静态测量最大允许误差为10mm+lppm，一般用于加密控制网测量，按照CH2001-92《全球定位系统(CPS)测量规范》要求观测可以达到E级控制网精度；实时动态RTl(测量最大允许误差：水平为10mm+2D×0^-6，垂直为20mm+2D×l0^-6(D为观测边长)，一般用于水库河道的断面测量、地形碎部点测量及水位测量。由于GPS所解算的高程为WGS84坐标系，其高程为大地高，而我们采用的坐标系为北京54坐标系，其高程系统为正常高，因此，一般情况下，作静态或快速静态测量时只使用其平面定位坐标值，而不使用高程定位值(高程解算精度不能满足规范要求)，而高程定位值采用水准测量或全站仪高程导线测量，当使用GPS·RTl(作实时动态定位测量时，不但要利用其平面定位值，而且还要使用高程定位值，因此，使用GPS·RTl(作高程定位时，需要将GPS所观测的大地高转换为正常高。通过试验证明，将RTK测量高差通过布尔莎模型转换后，仍为大地高高差，经高程拟合消除高程异常后，所得正常高可以达到五等水准精度，满足水库、河道测量的精度要求。GPS应用到河道、水库淤积测量，具有以下优点：

    (1)全天候作业。不受天气和气候影响，满足各种条件下的测量工作。

    (2)保证测量精度。采用双频GPS接收机其观测误差不会累积传播，同时可以提高测量精度。

    (3)具有导航功能。不再需要高大醒目的永久断面固定标志。可以根据已有的坐标资料进行平面定位和断面实时导航。

    (4)根据三门峡水库实际情况，不需要各个测量控制点通视，不会再出现因断面高秆作物、高草滩而影响断面测量。

    (5)采用计算机自动资料处理技术，提高资料的处理速度。

    二、全站仪在河道、水库测量中的应用

    全站仪在河道、水库测量中主要用于三(四)等水准测量、断面放线、断面测量及碎部点测量，根据小浪底水库测量要求，利用全站仪代替三(四)等水准测量主要有以下技术要求：

    (1)技术规范：执行《军用电磁波测距高程导线测量规范》和《光电测距高程导线测量规范》。

    (2)仪器要求：测量用全站仪为徕卡Tc2002和Tcl700系列，其主要技术指标为，角度观测误差<2〞，距离观测误差<2+2ppm。

    (3)作高程导线测量所配的附属观测项目：

    空气气压计：要求最小读数为100Pa；

     阿斯曼气温表：要求最小读数为0.2℃；

    徕卡圆棱镜：+常数二0；

    水准标尺：lm真长，1000.00mm；

南京02觇板0.3x0.65双瞄准十字线，铅版。

(4)该系统在作水准测量时配以HP2000电子手簿，可以实现外业资料的自动记录、观测误差检查及成果表打印等。

三、水库河道淤积测量计算系统水库计算淤积测量系统具有以下几种功能。

(1)外业资料处理，通过磁盘数据交换，可以实时处理GPS·RTK、全站仪采集到的外业测量数据，编制实测大断面成果表。

(2)完成《规范》所规定的各项计算指标，断面分级面积，水库库容、水库淤积分布等。

(3)编制各项成果表，按照规范要求完成各项成果表编制。

四、工作效率及经济效益评价

新型测量系统的应用，不但将工作人员从繁重的体力劳动中解放了出来，而且也提高了资料整理速度和精度。以小浪底水库淤积测量为例，一般情况下完成一次淤积测量需要40天左右，而现在完成一次淤积测量只需15天左右。2002年小浪底水库调水调沙测量，仅用7天时间就完成了淤积测量。在资料处理上采用计算机编程，处理一次测验资料，一般需要1-2天；而采用传统的手工计算，要完成一次全淤积计算一般需要15天左右，资料的处理周期缩短，劳动强度降低，可以为防汛等及时提供技术资料。

河道、水库水文要素资料的收集是一项长期任务，过去由于测验设备、仪器条件的限制，在库区内需要布设大量的标、牌、桩、点，并且每年都要投入大量的资金和人工进行设施维修维护，而采用GPS全球定位测量系统，可以利用GPS的实时导航功能，进行断面实时测量和断面定位，水库GPS控制网建立后，就不再需要在库区布设大量的标、牌、桩、点，仅此一项就可以节约大量资金。