測繪新技術(shù)在水庫庫容測量中的應(yīng)用

張緒朋，姚 喜，朱利超

（山東省水利勘測設(shè)計院，山東 濟南 250014）

測繪新技術(shù)在水庫庫容測量中的應(yīng)用

張緒朋，姚 喜，朱利超

（山東省水利勘測設(shè)計院，山東 濟南 250014）

本文介紹了水庫庫容測量的必要性，并探討航空攝影測量技術(shù)、水下地形測量新技術(shù)、庫容計算技術(shù)在庫容曲線測量中的應(yīng)用，滿足規(guī)程規(guī)范的要求，值得大力推廣。

庫容曲線測量；航空攝影測量；水下地形測量；庫容曲線計算

山東省境內(nèi)大中型水庫的庫容曲線大部分為山東省水利廳于1985年水利工程三查三定時公布的資料數(shù)據(jù)。現(xiàn)有庫容曲線公布日期距今將近30年，多年來受自然與人為因素影響，庫區(qū)地形有所變化，為了更好地把握人類活動和自然因素對庫區(qū)地形變化的影響，了解庫容曲線的變化情況，充分挖掘水庫的雨洪資源利用潛力，提高興利水位，就必須獲取精度更高、現(xiàn)勢性更強的庫區(qū)地形資料，尤其是水下地形資料，為水庫增容工程提供準確的基礎(chǔ)資料，進行庫區(qū)測量是非常必要的。為此，山東省水利廳展開了新一輪的水庫庫容曲線復(fù)核測量工作，現(xiàn)就山東省水利勘測設(shè)計院承擔(dān)完成的部分水庫庫容曲線測量中運用的測繪新技術(shù)進行簡要介紹。

1 航空攝影測量技術(shù)

為了準確計算水位與庫容的關(guān)系，獲得大比例尺的高精度地形圖資料成為水庫庫容曲線復(fù)核測量的關(guān)鍵所在。目前1∶2 000大比例尺地形圖測繪的技術(shù)手段，主要有三種：一是全野外數(shù)字化測量；二是無人機航空攝影測量；三是傳統(tǒng)載人大飛機航空攝影測量。比較上述三種測量方式，其優(yōu)劣勢是：第一種全野外數(shù)字化測量方式需要大量測繪作業(yè)人員，成本較高，且作業(yè)會受到地形、氣候等環(huán)境因素的影響，難以滿足工期與質(zhì)量要求。第二種無人機航空攝影測量方法，因為需要進行大面積水域測量，無人機持續(xù)運行的安全性無法得到保障，也不適用于本類工程。第三種傳統(tǒng)載人大飛機航測法，只要有合適的航空影像資料，進行大面積的大比例尺測圖成為目前比較主流的測量方式。經(jīng)過方案比選，建議采用傳統(tǒng)載人大飛機航測綜合法測量方式完成整個測區(qū)的1∶2 000地形圖陸地部分測量任務(wù)。

航空攝影測量技術(shù)是利用航攝像片測制地形圖的一種方法，相對于全野外數(shù)字化測圖，其具有降低外業(yè)測量作業(yè)強度、成圖速度快、精度均勻、成本低、不受氣候季節(jié)條件限制等優(yōu)點，目前已經(jīng)成為國家測制小比例尺地形圖和工程部門測制大比例尺地形圖的首選方式。目前采用較多的航測綜合法測圖流程圖如圖1：

圖1 航測綜合法測圖流程

2 水下地形測量技術(shù)

測量的主要目的為水庫庫容曲線復(fù)核測量，因此，水庫水下地形測量的作業(yè)尤為重要。采用測量船上架設(shè)GPS接收機掛接全數(shù)字雙頻測深儀的模式，由GPS接收機獲取水下點的平面坐標，測深儀直接獲取水下點的高程數(shù)據(jù)，完成水庫水下地形測量，最終室內(nèi)生成水下等高線。

組成GPS水下地形測量系統(tǒng)的主要設(shè)備為：2臺實時差分GPS接收機和1臺數(shù)字式測深儀，其中一臺GPS接收機作為參考站設(shè)置在岸上的已知點上，另一臺在測深船上作為流動站，在測深船上將GPS接收機、數(shù)字化測深儀連接成水下地形測量系統(tǒng)。其作業(yè)模式見圖2。

圖2 水下地形測量系統(tǒng)作業(yè)模式

3 庫容曲線計算技術(shù)

庫容曲線計算主要采用等高線容積法和DEM方格網(wǎng)法兩種。

等高線容積法計算水庫庫容是一種計算精度較高的方法之一，根據(jù)1：2000地形圖準確量算出各水位高程等高線的面積，通過模型計算出不同水位的水庫庫容。該計算模型建立在把水體按不同高程面微分成n層臺體，整體庫容由n層臺體體積積分求得?？紤]到形體的不規(guī)則性，等高線容積法計算水庫庫容數(shù)學(xué)模型為：

式中 V 為庫容，m3；Si為第 i根等高線面積，m2；且 S0=0；Δhi為第 i～i+1 根等高線之間高程差，m。

方格網(wǎng)法是利用已建立的庫區(qū)數(shù)字高程模型（DEM），將水體微分成若干個立方體，通過對每個立方體的體積空間積分，求得水庫庫容。

式中：a為DEM方格網(wǎng)的邊長；h0為某一設(shè)計水位高程；hi為該設(shè)計高程以下淹沒的某一單元的高程；n為淹沒方格的個數(shù)；S為該設(shè)計水位的水面面積；V為該設(shè)計水位的水庫庫容。

4 結(jié)論

1）采用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)比較：地形圖的現(xiàn)勢性較強，比例尺較大，精度較高，其數(shù)據(jù)精度優(yōu)于三查三定人工測量的小比例尺1∶5 000或1∶10 000地形圖成果。

2）測量技術(shù)手段比較：地形圖測量和水下測量由于采用了航空攝影測量和全野外數(shù)字化測圖方式，儀器設(shè)備采用了全站儀及GPS-RTK結(jié)合全數(shù)字測深儀，其在高程精度和平面精度方面，也大大優(yōu)于原先的小平板測圖方式。

3）計算方法比較：現(xiàn)在庫容曲線的量算采用人機交互勾繪等深線，庫容曲線的面積由計算機計算，不存在面積計算誤差；庫容采用不規(guī)則臺體模型計算，減少計算誤差。

庫容曲線復(fù)核工作采用了先進的測量方法和技術(shù)，與水庫庫區(qū)實際狀況符合度較高，充分反映了自然和人為因素對水位～庫容～面積關(guān)系的影響，測量成果也得到了設(shè)計部門和委托方的一致好評，該作業(yè)方式值得廣泛推廣。

[1] SL 197-2013，水利水電工程測量規(guī)范[S].

[2] 程劍剛，藺志永.GPSRTK技術(shù)聯(lián)合數(shù)字測深儀在湖泊庫容測量中的應(yīng)用探討[J].北京測繪，2013（05）：42-45.

[3]馬成武等.GPS RTK技術(shù)聯(lián)合數(shù)字化測深儀在水下地形測量中的應(yīng)用[J].東北水利水電，2010，28（07）：49-51.

（責(zé)任編輯 遲明春）

TV697

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2016-11-09

張緒朋（1973—），男，高級工程師