三門峽庫區(qū)淤積斷面測量若干問題的研究

王海濤

（陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計研究院 陜西 西安 710021）

1 三門峽庫區(qū)淤積斷面的發(fā)展

三門峽庫區(qū)渭洛河淤積斷面大多數(shù)是建庫初期布設(shè)，是整個三門峽庫區(qū)水文泥沙測驗的重要組成部分。建庫初期，1960年6月在渭河口至臨潼之間布設(shè)渭淤1～22斷面，7月布設(shè)渭淤23～28斷面。隨著三門峽水庫樞紐運行庫區(qū)淤積的發(fā)展，又在渭河口攔門沙河段布設(shè)渭攔12個斷面，增補渭淤5個斷面。1961～1962年在北洛河布設(shè)洛淤1～17斷面，1968年布設(shè)18～23（狀頭）斷面及石槽增補了1條斷面。1964年4月在渭河增補29～33流程斷面，當(dāng)年9月又增補2個涇渭匯流區(qū)斷面。1964年3月～7月在石川河河口、涇河河口、灞河河口段各布設(shè)4個淤積斷面，1965年8月在灃河布設(shè)6條淤積斷面。

目前，渭河攔門沙7條斷面、涇河桃園水文站以下至河口6條斷面、灞河馬渡王水文站以下至河口5條斷面、石川河河口4條淤積斷面和灃河6條淤積斷面已相繼停測。在渭河咸陽水文站至渭河入黃口208km里河段上共布設(shè)測淤斷面51條，其中渭淤主斷面37條、附加斷面5條、渭攔斷面5條、水位斷面2條；在北洛河狀頭水文站至朝邑132km河段上共布設(shè)測淤斷面23條，其中洛淤斷面21條、附加斷面1條、水位斷面1條。累計布設(shè)測淤斷面74條。

每年汛前水庫泄洪前后和汛后水庫蓄水前后各進(jìn)行一次測量。汛前測次一般在5月底或6月初進(jìn)行，汛后測次一般在9月底或10月初進(jìn)行。每次測量時，在渭河全部斷面、洛河1/3的斷面上測取河床質(zhì)和新淤灘地淤積物，每條取樣斷面視水下斷面的寬度取水下河床質(zhì)5～7個，每個沙樣均做泥沙顆粒級配分析，汛后測次淤積測量時均進(jìn)行河勢測繪。

2 三門峽庫區(qū)淤積測驗方法的發(fā)展

2.1 三門峽庫區(qū)采用的平面系統(tǒng)和高程控制系統(tǒng)

20世紀(jì)50年代初期天文大地網(wǎng)全國初建，平差計算沒有基礎(chǔ)，1954年北京坐標(biāo)系尚未傳遞到三門峽測區(qū)，測區(qū)內(nèi)尚無統(tǒng)一的基本水平控制和高程控制。為使測量工作能及時開展，1954年黃委會首先集中5支三角測量隊，在測區(qū)測設(shè)二、三、四等三角點900多個。三門峽測區(qū)所布設(shè)的三角控制為“凸”字形，南部為1953～1954年由中央軍委總參謀部測繪局所測的西安至陜縣的國家一等三角鎖，長208km，作為本測區(qū)長度的起算數(shù)據(jù)，從潼關(guān)往北至韓城，黃委會布設(shè)了一條二等基本鎖，南端連接到國家一等三角鎖上，二、三、四等補充網(wǎng)附著于一、二等三角鎖上。一等鎖以陜縣基線網(wǎng)的三角山二等天文點的天文觀測資料為方位和坐標(biāo)起算數(shù)據(jù)，在6°帶投影平面上，對西安至陜縣的國家一等鎖進(jìn)行平差并推算出各三角點的大地坐標(biāo)，稱之為“三角山坐標(biāo)系”。后經(jīng)推算，在測區(qū)有效控制范圍內(nèi)，三角山坐標(biāo)系與1954年北京坐標(biāo)系的平面坐標(biāo)關(guān)系為：三角山坐標(biāo)系的縱坐標(biāo)應(yīng)減去289.144m；橫坐標(biāo)應(yīng)加上357.332m，即改化為1954年北京坐標(biāo)系。

三門峽測區(qū)的高程控制屬大沽高程系。解放前，國民政府的黃河水利委員會測有鞏縣到潼關(guān)精密水準(zhǔn)線，系大沽零點高程系統(tǒng)，三門峽壩址區(qū)布設(shè)的二等水準(zhǔn)環(huán)，就是引自該水準(zhǔn)線上的原老陜州火車站附近的水準(zhǔn)點CCTKBM94＝333.428m的舊高程。1954年黃委會又從鄭州保合寨水準(zhǔn)點PBMIL＝97.060m，以精密水準(zhǔn)引至三門峽測區(qū)，又在三門峽水庫區(qū)外圍布設(shè)一個精密水準(zhǔn)環(huán)，即：陜縣—華陰—臨潼—富縣—河津—侯馬—陜縣，周長922.6km，環(huán)形閉合差＋6.9mm（允許限差為121.2mm）。以此環(huán)作為三門峽水庫區(qū)測圖的高程起算數(shù)據(jù)，即為現(xiàn)在所說的大沽高程系統(tǒng)。

2.2 淤積斷面的測量

1960年在高程320m以上用斷面法測量的庫容較用地形法測量的庫容偏大0.4%-2.5%；1970年高程320m以上用斷面法測量的庫容較用地形法測量的庫容偏小2.7%-3.5%，均在允許誤差范圍以內(nèi)。由于斷面法測量相對地形法較為簡便，并且誤差在允許范圍內(nèi)，到目前為止一直沿用斷面法進(jìn)行三門峽庫區(qū)的淤積測驗。

在三門峽庫區(qū)的渭洛河段，從淤積斷面開測到上世紀(jì)九十年代，淤積斷面測量采用地形尺配合經(jīng)緯的方法進(jìn)行，水下斷面測量采用經(jīng)緯儀定線，利用測深桿或者測深錘測量水深。本文將這種方法稱之為經(jīng)緯儀法。經(jīng)緯儀法測量過程中，斷面點的起點距是由經(jīng)緯儀觀測地形尺通過上下絲來算出，高程是由經(jīng)緯儀觀測地形尺讀取垂直角，通過計算得到。這種方法觀測距離短，受儀器設(shè)備影響垂直角觀測精度和距離觀測精度較低，起點距計算和高程計算過程中容易出錯，工作效率很難提高。

上世紀(jì)九十年代以后隨著全站儀的出現(xiàn)，棱鏡配合全站儀的方法取代了經(jīng)緯儀法在淤積斷面測量過程中的應(yīng)用。全站儀方法相比經(jīng)緯儀方法在精度和工作效率上都有提高。全站儀法可以直接測量斷面點起點距，并且在觀測距離上增大很多，減少了觀測過程中的搬站次數(shù)。

總結(jié)經(jīng)緯儀法和全站儀法，這兩種方法能夠正常操作的前提是要有足夠的淤積測驗基礎(chǔ)控制。然而隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，三門峽庫區(qū)內(nèi)工程建設(shè)大量興起，采砂取砂大量涌入，渭河綜合整治項目的啟動，以及“92·8”、“03·8”等特大洪水的發(fā)生，使庫區(qū)內(nèi)的淤積測驗設(shè)施受到了嚴(yán)重的損毀，雖然采取了相應(yīng)的補救恢復(fù)措施，但是依然難以保證采用全站儀法順利進(jìn)行淤積斷面測量。

全站儀法測量淤積斷面一直沿用到2007年，至此首次將GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用到了淤積斷面測量中來。RTK技術(shù)的應(yīng)用，使庫區(qū)淤積測量工作的效率和成果的質(zhì)量都有所提高。RTK方法測量淤積斷面不但改變了陸地部分?jǐn)嗝鏈y量的方法，同時也改變了水下斷面的測量方法。經(jīng)緯儀法和全站儀法在水下測量時只能控制測船沿斷面線方向行駛，并不能控制水下斷面點的間距或起點距，以往的水下斷面點均是通過內(nèi)插的方法求得各點起點距。RTK方法測量淤積斷面水下部分時，在測船上利用其自身的實時導(dǎo)航功能既導(dǎo)航測船方向又測定每個水下點的起點距。

2.3 GPS-RTK法進(jìn)行淤積斷面水下部分測量的探索

RTK方法的應(yīng)用提高了淤積斷面水下部分的測量精度，使水下地形定位更加準(zhǔn)確。但是由于渭洛河河道水深變化復(fù)雜，所用測船在行使過程中需要一定的吃水深度（目前所用6人沖鋒舟最小吃水深度為0.7m），再加之測量儀器設(shè)備在放樣斷面線和定位時需要一定的反應(yīng)時間，在放樣和定位時出現(xiàn)RTK手簿屏幕顯示延遲的現(xiàn)象，導(dǎo)致測船偏離斷面線或者定位點與測深點不對應(yīng)。

針對上述RTK測量淤積斷面存在的問題，經(jīng)過幾年來的探索和總結(jié)，結(jié)合實際工作中的實用性，總結(jié)了RTK技術(shù)測量淤積斷面水下部分的新方法。最初采用RTK法測量淤積斷面水下部分時放樣斷面線和定位同時進(jìn)行，使得操作人員手忙腳亂，時有測量設(shè)備死機(jī)等突發(fā)情況，現(xiàn)在采用RTK法測量淤積斷面水下部分時只進(jìn)行斷面線放樣，在放樣過程中將RTK手簿顯示的起點距直接記錄于觀測手簿，在對應(yīng)的起點距位置記錄水深，這樣以來即使河道內(nèi)水下地形復(fù)雜，導(dǎo)致測船航行偏線，通過查看記錄本和手簿實時顯示起點距也能及時補測，同時也解決了儀器設(shè)備死機(jī)或者顯示延遲的問題。

通過2014年渭洛河汛淤積斷面前、汛后測量和2015年渭洛河汛前測量的實踐，利用RTK技術(shù)配合記錄簿記錄測量起點距和水深的方法在渭洛河淤積斷面測量過程中已經(jīng)相當(dāng)成熟，該方法的應(yīng)用提高了渭洛河淤積斷面水下部分的測量精度，滿足了對三門峽庫區(qū)淤積精細(xì)化研究的要求。

3 總結(jié)

三門峽庫區(qū)渭洛河淤積測量工作開展以來，實測了大量渭河、洛河下游水文和河道泥沙淤積資料，開展了系列水文泥沙研究工作，為黃河三門峽水庫運用和黃河治理建設(shè)提供了重要的水文技術(shù)支撐，為黃河流域和三門峽庫區(qū)防汛、河道治理和規(guī)劃建設(shè)及黃河調(diào)水調(diào)沙提供了大量及時準(zhǔn)確的水文測驗基礎(chǔ)信息，在庫區(qū)防洪抗旱決策、水資源管理和保護(hù)、水利規(guī)劃和工程建設(shè)、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面發(fā)揮著不可替代的作用。三門峽庫區(qū)渭洛河淤積測量工作是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展、庫區(qū)水文泥沙研究的不斷發(fā)展而發(fā)展的，在未來發(fā)展過程中渭洛河淤積斷面的測量方法必然會向著更科學(xué)更精細(xì)的方向發(fā)展。陜西水利

[1]陜西省三門峽庫區(qū)管理局．陜西省三門峽庫區(qū)志.