水库库容与泥沙淤积测量分析

工业技术　Ｉ■　Ｃｈｉｎａ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｒｅｖｉｅｗ　水库库容与泥沙淤积测量分析　王　剑　（辽宁省水利水电勘测设计研究院沈阳　１　１０００６）　［摘　要］水库泥沙淤积测量是研究河道、水库水文要素变化规律，保证水库安全运行的一项长期而重要的基础工作。测深仪配合ＧＰＳ－ＲＴＫ定位法在　水下地形测量中，比常规方法显示出明显的技术优势　本文通过实例说明了此方法的原理和运用，并对比测量精度进行了分析。　［关键词］淤积测量　库容计算ＲＴＫ定位法精度对比　中图分类号：Ｐ３３５　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—９１４Ｘ（２Ｏ１２）０３—００５２一Ｏｌ　１概述　水库淤积测量采用的手段对测绘成果的精度、质量，数据分析将起到至关　重要的作用，因此，采用何种手段进行淤积测量，获取较高精度的统计结果，是　一个值得十分重视的问题。本着技术先进、精度可靠　经济合理，满足需要的　原则来确定实施方案。才能体现科学、优质、高效。　２水库淤积测量　淤积测量一般多采用断面法。即整个库区布设固定断面若干条，每隔一段　时间全部测量一次，淤积量根据前后两次的计算较差获得。断面法操作简单，　但受到各种条件的制约，计算精度存在误差较大。　２．１高精度库容和水下地形测量　目前，ＧＰＳ　ＲＴＫ技术已经广泛应用于工程测量各个领域。采用测深仪　测深、ＧＰＳ—ＲＴＫ对测点进行瞬时定位的联合作业法，使淤积测量在效率、精　度、质量方面都实现了质的飞跃。本文通过具体工程实例重点说明这种方法　的实际运用。　２．２影响淤积测量的误差　Ｉ、测量误差：主要与采用的测量设备和测量手段密切相关。全站仪、测　深仪、ＲＴＫ定位等。应根据测区的条件和精度需要来确定采用的方法。　２、计算误差：库容计算采用不同的软件和数学模型会得到不同的计算结　果。通常采用的方法有：１）断面法：由于断面法库容计算受到很多条件的制约，　区域边界的界定比较模糊，计算精度有限，误差较大。２）等高线法：主要受到地　形测量精度的影响较大，对于山地水库的水下地形测量，等高线精度难以得到　保证。误差小于断面法，３）ＤＴＭ法：在实测点位的基础上直接采用测量数据建　立ＤＴＭ模型，由相邻三个测点组成三角柱体积，累计得到总库容，计算方法精　度较高。　２　３库区控制测量　高精度的平面、高程控制网是进行高精度淤积测量的基础。实例：２００８　年我院为某山区水库淤积测量建立的Ｄ级ＧＰＳ控制网，覆盖测区面积约１００　平方公里，全网９个控制点，网内各点均有不少于三条基线通过，可靠性达到了　０．６。全部基线组成的ｌ３９个三边闭合环中，相对闭合差最差的为１．４２ｐｐｍ。　最弱边相对中误差为１／５７万，平均为１／１８７万。ＧＰＳ控制网的各点高程全部　采用几何水准联测。水准网由３个闭合环构成。每公里高差中数中误差仅为　０．９ｌｒｎｍ。　２．４水下地形测量　水下地形测量采用ＲＴＫ技术进行平面定位，测深仪进行水深测量。外　业数据采集使用Ｔ　ｒｉｍｂｌｅ　Ｒ　７　ＧＰＳ接收机，其动态测量精度为平面　１０ｍｍ＋ｌｐｐｍ，高程为２０ｍｍ＋ｌｐＤｍ。　水下地形测量采用测深仪为ＨＤ一３７０全数字变频测深仪，该仪器具有数字　化图像处理技术，测深范围：０．３ｍ～６００ｍ，测深精度：±１０ｉｎｌｎ＋０．１％ｈ。分　辨率ｌｃｍ。　数据采集时将ＧＰＳ天线固定到数字测深仪的换能器上，测深仪可以实现　每秒钟３Ｏ次的水深采样速率．确保与ＲＴＫ实现瞬时同步采集数据。测定　点位三维坐标，这样，当水体波动时，ＲＴＫ测定的高程值也随着变化，消除了受　到波浪干扰而产生的误差的问题。也消除了船位测点与水深测量同步产生的　误差问题。从而使数据采集精度有了质的提高。　２．５测量精度比较　ｌ、样本数据　为比较两种测量方法（即：全站仪定位法和ＲＴＫ定位法）获取断面数据的　精度情况，我们分别用两种方法获取的测量数据进行库容计算，对比计算采用　衰２　木位　等高境｛圭库窨万　等高拽法辩敉ｔ　（　）　断面法淤积ｔ　）　序号　－　２ｏ０６￣　２ｏＯ睥　２０１０崔　２００６－２００８　２ｏｏ８—２０１０　２００６＂－２００８　２００８－２０１０　ｌｏ８　ｌ１２２２　ｌＯＳ蛆　ｌｏｏ０８　６７３　４Ｍ　能ｌ　１１６　ｌ５能Ｏ　ｌ４３柏　Ｉ３８５８　￥７７　４８６　４４３　ｉｌ２　ｌｍ７　】８ｃ髓　辩９　１１４　２“２３　２３８鹅　２３３１３　５３５　ｍ　’　ｌ科技博览　的横断面数据为１９９８年至２０１０年的测量成果。其中０４年以前是采用全站仪　定位法进行的断面测量，Ｏ６年至１０年采用ＲＴＫ定位法进行的断面测量。　２、库容和淤积量计算　库容计算采用南方测绘绘图软件ＣＡＳＳ　７．０，库容计算采用ＤＴＭ法土方　计算模型，该软件可根据实测点三维坐标（ｘ，ｙ’ｈ）和指定场高，通过生成三角网　来计算每个三棱锥的体积，累计得到库容量。断面法库容和淤积量的计算结果　的部分数据见表１。　３、数据分析　统计数据显示：０６、Ｏ８，１Ｏ年计算的库容量分布比较合理。而Ｏ４年以前　的计算结果存在着许多不合理之处，尤其是９８至Ｏ２年１　１０米高程处淤积量竟　出现负值，显然是测量数据存在粗差导致的结果。通过比较，反映出在水下地　形测量中，ＲＴＫ定位法具有的技术优势，是常规方法无法与之比拟的。　４、等高线法与断面法库容计算精度分析　等高线法计算库容．计算精度取决于地形图的测量精度。主要技术指标　有：地物点的点位中误差，等高线插求点高程中误差。地形图对高程精度的要　求很大程度上体现在基本等高距的选择上。按照国家工程测量规范要求：等高　线插求点高程中误差应满足：ｍ　≤２／３ｈ　，ｈ　为基本等高距　本例为山区水　库，计算库容的地形图比例尺为ｌ／万，基本等高距为５米。等高线插求点的高　程中误差限差为：Ｉｎ　≤３．３３ｍ　由于地形图测量采用ＲＴＫ定位技术配合数字测深仪测量，实际测图的　精度要高于限差的要求　等高线法与断面法库容计算结果比较见表２。　等高线法与断面法的计算结果相比较，可　明显看出两者库容计算的差别　较大。两种计算库容的意义是不同的。断面法因测量区域，断面间距，库容边　界的确定等方面存在一定的库容计算损失，因此断面法计算的库容是相对的，　与实际库容是有较大差别。　另一方面，断面法与等高线法计算的泥沙淤积量比较，同期淤积量的计算　结果是较为接近的。淤积量的计算不仅仅是相对库容之差，还包括相应的库容　损失等，实际库容应为相对库容时与库容损失之和，淤积量的计算公式如下：　Ｖ库Ｉ：Ｖ断ｌ＋５　Ｖ库２＝Ｖ断２＋５　△Ｖ＝Ｖ库ｌ～Ｖ库２＝（Ｖ断ｌ＋５）一（Ｖ断２＋５）＝Ｖ断ｌ～Ｖ断２　式中，Ｖ　．为等高线法第一年度库容，Ｖ　，为下一年度库容，Ｖ　，Ｖ　，为断面法计算相应年度的库容，５为库容损失，△ｖ为淤积量。在计算淤　积量时，由相同因素产生的库容损失自行抵消。因此断面法与等高线法计算的　淤积量理论上是相同的。库容损失的计算比较复杂，但不参与淤积量的计算。，　断面法淤积量计算产生的误差，主要取决断面测量的精度。据２００６－２０１０年数　据统计，按淤积量比值计算，平均误差为６．５％。两种方法比较，等高线法计算　的精度和可靠性优于断面法。本例库区断面测量精度有限，如果提高断面测量　精度，淤积量的计算误差会进一步缩小。　结语　（１）采用高精度ＧＰＳ—ＲＴＫ技术配合高精度数字测深仪进行淤积测量，可　以充分发挥ＧＰＳ技术的特长，技术先进，效率高，测量精度大幅度提高。ＧＰＳ　ＲＴＫ技术应作为淤积测量的首选方法；（２）断面法进行淤积测量，具有操作简　便、测量周期短，资金投入少等优点，但是受到条件的制约，只能进行库区淤积　量的统计，不能独立计算准确库容。与其它方法相配合来进行淤积测量，会取　得更好的效果。为提高淤积测量精度，库区断面的布设、位置、断面间距应满　足精度要求；（３）采用等高线法计算库容受到测图比例尺、等高线精度等条件的　制约，而采用高精度水下测量技术，在实测点位的基础上直接采用测量数据建　立ＤＴＭ模型，既可以用于水下地形图的绘制，同时可　计算库容和泥沙淤积　量统计，是目前比较先进、科学、合理可靠的理想方案。　承也　等高线往库窑万Ｏ　等高拽注淤积ｔ《－’　断茄法灌粮量（　序号　－　２００６燕　２００８皇　２０１０　ｉ∞髓　４；ｔ　Ｉ￣０２０　ｌ３８５　拍Ｓ　Ｂｌ　７　５３９　￥８７　４８７