橫坑水庫(kù)地形測(cè)量及庫(kù)容復(fù)核

袁 軍

（深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，廣東 深圳518000）

1 引言

水庫(kù)現(xiàn)狀地形調(diào)查及庫(kù)容復(fù)核具有十分重要的意義?？蔀樗畮?kù)防洪安全、灌溉效益分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)［1-4］。結(jié)合橫坑水庫(kù)工程對(duì)水庫(kù)現(xiàn)狀地形及庫(kù)容進(jìn)行實(shí)測(cè)分析。

橫坑水庫(kù)位于龍華區(qū)觀湖街道東南邊緣，屬于觀湖街道邊境內(nèi)，1993年10月動(dòng)工，1995年10月完工，是一座以防洪為主的小（1）型水利樞紐工程。2017年，富士康集團(tuán)啟動(dòng)橫坑水庫(kù)南側(cè)用地開(kāi)發(fā)，該項(xiàng)目涉及水庫(kù)管理范圍線問(wèn)題，需對(duì)水庫(kù)及周邊現(xiàn)狀地形地貌進(jìn)行測(cè)量，并依據(jù)現(xiàn)狀復(fù)核水庫(kù)的集雨面積、正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位、壩頂高程等，最終論證水庫(kù)管理范圍線調(diào)整的合理性與可行性。測(cè)區(qū)附近有人民路、平安路等城市道路，交通較為便利。但庫(kù)區(qū)周邊植被茂密，雜草叢生，庫(kù)區(qū)內(nèi)淤積較深，人員通視、通行條件較差，給測(cè)量工作的開(kāi)展帶來(lái)了較大的困難。

2 控制測(cè)量

2.1 二級(jí)點(diǎn)測(cè)量

為滿足項(xiàng)目圖根點(diǎn)及地形測(cè)量的需要，在測(cè)區(qū)范圍均勻布設(shè)二級(jí)控制點(diǎn)。二級(jí)點(diǎn)點(diǎn)位選在通視良好、地基穩(wěn)定且宜長(zhǎng)期保存的地方，選點(diǎn)時(shí)避開(kāi)了不利于GPS觀測(cè)的因素。點(diǎn)位中心標(biāo)志采用鋸有十字的鏍桿，用沖擊鉆鉆洞打入，以點(diǎn)位為中心刻20 cm×20 cm的方框，并刻上其點(diǎn)號(hào)。點(diǎn)號(hào)采用“LII-流水號(hào)”組成，從“LII-1”開(kāi)始順編，共布設(shè)15個(gè)二級(jí)控制點(diǎn)。二級(jí)點(diǎn)測(cè)量選用南方銀河1 PLUS GPS測(cè)量系統(tǒng)的RTK功能進(jìn)行測(cè)量，該儀器標(biāo)稱精度為5 mm+1 pm，儀器經(jīng)過(guò)檢定，精度滿足規(guī)范要求。測(cè)量時(shí)在IV14點(diǎn)上進(jìn)行點(diǎn)位校正，流動(dòng)站經(jīng)控制點(diǎn)BEI25檢查（見(jiàn)表1）符合規(guī)范要求后，才開(kāi)始施測(cè)，逐一測(cè)量各二級(jí)點(diǎn)。觀測(cè)結(jié)束時(shí)檢查控制點(diǎn)BEI24，以確保觀測(cè)的整個(gè)過(guò)程的正確。

對(duì)同一新點(diǎn)進(jìn)行三次獨(dú)立測(cè)量。二級(jí)點(diǎn)三次測(cè)量成果之差均小于4 cm，三次測(cè)量成果滿足規(guī)范要求，最終成果取多次觀測(cè)成果的平均值。二級(jí)點(diǎn)高程采用GPS RTK測(cè)量。

表1 流動(dòng)站檢查表

2.2 圖根控制測(cè)量

為滿足地形圖測(cè)量的需求，沿工程線路范圍布設(shè)滿足要求的圖根控制點(diǎn)。圖根點(diǎn)測(cè)量選用南方銀河1 PLUS GPS測(cè)量系統(tǒng)的RTK功能進(jìn)行測(cè)量，該儀器標(biāo)稱精度為5 mm+1 pm，儀器經(jīng)過(guò)檢定，精度滿足規(guī)范要求。

測(cè)量時(shí)在IV14點(diǎn)上進(jìn)行點(diǎn)位校正，流動(dòng)站經(jīng)控制點(diǎn)BEI25檢查，符合規(guī)范要求后，才開(kāi)始施測(cè)，逐一測(cè)量各圖根控制點(diǎn)。觀測(cè)結(jié)束時(shí)檢查控制點(diǎn)BEI24，以確保觀測(cè)的整個(gè)過(guò)程的正確。對(duì)每個(gè)圖根點(diǎn)均進(jìn)行兩次測(cè)量，其點(diǎn)位較差不大于圖上0.1 mm，高程較差不應(yīng)大于基本等高距的1/10。兩次測(cè)量成果較差均小于5 cm，取其中數(shù)作為最終測(cè)量值。

圖根點(diǎn)位于水泥地面時(shí)采用“田”字或打入鋼釘，位于土質(zhì)地面打入木樁，并標(biāo)注點(diǎn)號(hào)。從1依次順編，圖根點(diǎn)編號(hào)冠以字母“L”。

圖1 控制點(diǎn)展布圖

3 數(shù)字化地形圖測(cè)量

3.1 陸地1∶1000地形圖測(cè)量

陸地地形測(cè)量外業(yè)數(shù)據(jù)采集使用南方銀河1 PLUS GPS測(cè)量系統(tǒng)的RTK功能進(jìn)行測(cè)量，該儀器標(biāo)稱精度為5 mm+1 pm，儀器經(jīng)過(guò)檢定，精度滿足規(guī)范要求。測(cè)量時(shí)在各圖根點(diǎn)或等級(jí)點(diǎn)上進(jìn)行校正，流動(dòng)站經(jīng)另一控制點(diǎn)檢查，符合規(guī)范要求后，才開(kāi)始采集碎部點(diǎn)，數(shù)據(jù)直接存于儀器中，碎部點(diǎn)采集完成后，流動(dòng)站再次進(jìn)行點(diǎn)位檢查，以確保觀測(cè)的整個(gè)過(guò)程的正確。外業(yè)采集完后，將數(shù)據(jù)輸入微機(jī)，利用“CHE”機(jī)助制圖系統(tǒng)編制數(shù)字化地形圖。

地形圖上地物點(diǎn)相對(duì)于鄰近圖根點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差與等高線及高程注記點(diǎn)相對(duì)于圖根點(diǎn)的高程中誤差要求見(jiàn)表2。

表2 地形圖精度規(guī)定

3.2 水下1∶1000地形測(cè)量

水庫(kù)水下地形測(cè)量使用GPS+數(shù)字測(cè)深儀+數(shù)字測(cè)圖系統(tǒng)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

水下測(cè)量時(shí)在已知控制點(diǎn)上設(shè)置參考站，移動(dòng)站以另一已知點(diǎn)為檢查點(diǎn)，采用Leica GS15 GPS的RTK功能測(cè)量水面點(diǎn)的平面位置及高程，儀器編號(hào)為1501705和1507164，使用HD310測(cè)深儀測(cè)量水深。測(cè)深儀軟件實(shí)時(shí)記錄水面點(diǎn)的平面位置、高程以及水深，計(jì)算機(jī)按H水下=H水位-H水深，計(jì)算水下地形點(diǎn)的高程。數(shù)據(jù)采集工作由測(cè)量軟件自動(dòng)控制，GPS數(shù)據(jù)與測(cè)深儀數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)同步采集，并在圖形窗口實(shí)時(shí)顯示測(cè)船位置，這樣可根據(jù)顯示結(jié)果確定船的航行方向。在測(cè)量前預(yù)先設(shè)置好測(cè)量航線，測(cè)線間距約15 m～20 m，水庫(kù)邊緣及地形變化較大處，對(duì)測(cè)線間距適當(dāng)加密，測(cè)量點(diǎn)間距在掌上電腦上設(shè)置2 m～5 m，保證真實(shí)反映水庫(kù)水下地形變化情況。

為了確保測(cè)量數(shù)據(jù)的精度，測(cè)量時(shí)將測(cè)深儀的探頭安裝在船的中部，以消除船開(kāi)動(dòng)時(shí)因船身翹動(dòng)而產(chǎn)生的探頭吃水誤差。為切實(shí)保證測(cè)深儀測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性，采用測(cè)深繩測(cè)量水深，與測(cè)深儀測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較（見(jiàn)表3），以檢驗(yàn)測(cè)深儀的測(cè)深精度。

表3 測(cè)深儀水深與量測(cè)水深比較表

從表3可以看出，測(cè)深儀測(cè)量水深與測(cè)繩量測(cè)的水深最大差值為0.06 m，測(cè)深儀測(cè)量水深精度良好，滿足規(guī)范要求。

為了檢核水下測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，水下地形測(cè)量完成后，布設(shè)檢查測(cè)線對(duì)測(cè)深數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查（檢查測(cè)線總長(zhǎng)約2.8 km，占測(cè)線總長(zhǎng)20%），對(duì)113個(gè)水下點(diǎn)的測(cè)深進(jìn)行了較差統(tǒng)計(jì)，檢查結(jié)果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4。

表4 水下地形點(diǎn)檢查誤差統(tǒng)計(jì)表

測(cè)深點(diǎn)高程較差中誤差為0.06 m（差值最大為0.15 m規(guī)范要求較差限差為0.40 m），水下地形測(cè)量精度良好。

4 水庫(kù)庫(kù)容計(jì)算

4.1 計(jì)算方法與結(jié)果

水庫(kù)的庫(kù)容計(jì)算利用本次所測(cè)地形圖數(shù)據(jù)，采用專業(yè)測(cè)繪軟件“CHE2009”進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算間隔為0.1 m。水庫(kù)校核洪水位62.38 m，水庫(kù)水下最低點(diǎn)高程為48.4 m，按設(shè)計(jì)方要求，水庫(kù)庫(kù)容計(jì)算范圍為48.4 m～63.0 m。

在進(jìn)行庫(kù)容計(jì)算前，將測(cè)量的地形圖按1.0 m生成等高線，以對(duì)所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行檢查，檢查無(wú)誤后，生成供計(jì)算水庫(kù)庫(kù)容的0.01 m等高線，庫(kù)容計(jì)算的格網(wǎng)取20 m×20 m方格，格網(wǎng)點(diǎn)高程由測(cè)繪軟件CHE 2009自動(dòng)完成計(jì)算，在計(jì)算水庫(kù)庫(kù)容時(shí)，將格網(wǎng)細(xì)分為30，計(jì)算間隔設(shè)置為0.1 m，以精確計(jì)算在不同水位高程的水庫(kù)庫(kù)容和對(duì)應(yīng)的水域面積，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)橫坑水庫(kù)水位-庫(kù)容-面積表。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，繪制橫坑水庫(kù)水位-庫(kù)容-面積曲線圖，見(jiàn)圖2。

圖2 水位-庫(kù)容-面積曲線圖

4.2 庫(kù)容計(jì)算結(jié)果分析

4.2.1 庫(kù)容計(jì)算結(jié)果分析

本次水庫(kù)庫(kù)容計(jì)算所采用的地形圖數(shù)據(jù)包含兩部分，一部分是全部新測(cè)的水下地形數(shù)據(jù)，另一部分新測(cè)的1∶1000數(shù)字化陸地地形圖，地形圖精度均能滿足規(guī)范要求。因此本次計(jì)算所采用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的。

庫(kù)容計(jì)算所采用的軟件“CHE”是通過(guò)“中國(guó)規(guī)劃協(xié)會(huì)”鑒定并在深圳由多家用戶使用長(zhǎng)達(dá)10多年，該軟件是深圳市規(guī)劃與國(guó)土資源委員會(huì)推薦基礎(chǔ)測(cè)繪軟件之一。

本次計(jì)算時(shí)采用了兩人獨(dú)立計(jì)算的方法，避免了計(jì)算過(guò)程的錯(cuò)誤。

通過(guò)以上驗(yàn)證方法，認(rèn)為水庫(kù)庫(kù)容的計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，可以提交使用。

4.2.2 計(jì)算庫(kù)容與原有庫(kù)容數(shù)據(jù)差值分析

本次計(jì)算總庫(kù)容與原來(lái)總庫(kù)容比較，減少15%以上，主要有以下原因：

（1）庫(kù)容計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)導(dǎo)致

本次庫(kù)容計(jì)算使用的地形圖為新測(cè)的1∶1000陸地及水下地形圖，庫(kù)容計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)精度高；原水庫(kù)無(wú)大比例尺的水下地形資料，庫(kù)容計(jì)算精度較低。庫(kù)容計(jì)算基本數(shù)據(jù)精度差異是導(dǎo)致本次計(jì)算總庫(kù)容與原有總庫(kù)容差值最主要原因。

（2）積雨范圍內(nèi)雨水沖刷沉積

原有庫(kù)容數(shù)據(jù)計(jì)算至本次庫(kù)容計(jì)算時(shí)間相隔十余年，積雨范圍內(nèi)的山體泥沙、周邊建設(shè)施工時(shí)松軟的泥沙隨雨水沖刷后沉積于水庫(kù)，造成庫(kù)區(qū)淤積。

5 結(jié)論

以橫坑水庫(kù)為研究對(duì)象，從二級(jí)點(diǎn)測(cè)量、圖根控制測(cè)量?jī)蓚€(gè)方面分析了水庫(kù)地形控制測(cè)量的方法；并從水下、陸地兩個(gè)方面研究了水庫(kù)地形測(cè)量方法，經(jīng)過(guò)多人計(jì)算分析，水庫(kù)測(cè)量結(jié)果較為準(zhǔn)確。橫坑水庫(kù)庫(kù)容在雨水沖刷沉積、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)誤差影響小，復(fù)核庫(kù)容較原庫(kù)容減少約15%?？蔀轭愃菩⌒退畮?kù)工程地形測(cè)量及庫(kù)容復(fù)核提供參考。