三门峡库区淤积断面测量若干问题的研究

王海涛

（陕西水环境工程勘测设计研究院 陕西 西安 710021）

1 三门峡库区淤积断面的发展

三门峡库区渭洛河淤积断面大多数是建库初期布设，是整个三门峡库区水文泥沙测验的重要组成部分。建库初期，1960年6月在渭河口至临潼之间布设渭淤1～22断面，7月布设渭淤23～28断面。随着三门峡水库枢纽运行库区淤积的发展，又在渭河口拦门沙河段布设渭拦12个断面，增补渭淤5个断面。1961～1962年在北洛河布设洛淤1～17断面，1968年布设18～23（状头）断面及石槽增补了1条断面。1964年4月在渭河增补29～33流程断面，当年9月又增补2个泾渭汇流区断面。1964年3月～7月在石川河河口、泾河河口、灞河河口段各布设4个淤积断面，1965年8月在沣河布设6条淤积断面。

目前，渭河拦门沙7条断面、泾河桃园水文站以下至河口6条断面、灞河马渡王水文站以下至河口5条断面、石川河河口4条淤积断面和沣河6条淤积断面已相继停测。在渭河咸阳水文站至渭河入黄口208km里河段上共布设测淤断面51条，其中渭淤主断面37条、附加断面5条、渭拦断面5条、水位断面2条；在北洛河状头水文站至朝邑132km河段上共布设测淤断面23条，其中洛淤断面21条、附加断面1条、水位断面1条。累计布设测淤断面74条。

每年汛前水库泄洪前后和汛后水库蓄水前后各进行一次测量。汛前测次一般在5月底或6月初进行，汛后测次一般在9月底或10月初进行。每次测量时，在渭河全部断面、洛河1/3的断面上测取河床质和新淤滩地淤积物，每条取样断面视水下断面的宽度取水下河床质5～7个，每个沙样均做泥沙颗粒级配分析，汛后测次淤积测量时均进行河势测绘。

2 三门峡库区淤积测验方法的发展

2.1 三门峡库区采用的平面系统和高程控制系统

20世纪50年代初期天文大地网全国初建，平差计算没有基础，1954年北京坐标系尚未传递到三门峡测区，测区内尚无统一的基本水平控制和高程控制。为使测量工作能及时开展，1954年黄委会首先集中5支三角测量队，在测区测设二、三、四等三角点900多个。三门峡测区所布设的三角控制为“凸”字形，南部为1953～1954年由中央军委总参谋部测绘局所测的西安至陕县的国家一等三角锁，长208km，作为本测区长度的起算数据，从潼关往北至韩城，黄委会布设了一条二等基本锁，南端连接到国家一等三角锁上，二、三、四等补充网附着于一、二等三角锁上。一等锁以陕县基线网的三角山二等天文点的天文观测资料为方位和坐标起算数据，在6°带投影平面上，对西安至陕县的国家一等锁进行平差并推算出各三角点的大地坐标，称之为“三角山坐标系”。后经推算，在测区有效控制范围内，三角山坐标系与1954年北京坐标系的平面坐标关系为：三角山坐标系的纵坐标应减去289.144m；横坐标应加上357.332m，即改化为1954年北京坐标系。

三门峡测区的高程控制属大沽高程系。解放前，国民政府的黄河水利委员会测有巩县到潼关精密水准线，系大沽零点高程系统，三门峡坝址区布设的二等水准环，就是引自该水准线上的原老陕州火车站附近的水准点CCTKBM94＝333.428m的旧高程。1954年黄委会又从郑州保合寨水准点PBMIL＝97.060m，以精密水准引至三门峡测区，又在三门峡水库区外围布设一个精密水准环，即：陕县—华阴—临潼—富县—河津—侯马—陕县，周长922.6km，环形闭合差＋6.9mm（允许限差为121.2mm）。以此环作为三门峡水库区测图的高程起算数据，即为现在所说的大沽高程系统。

2.2 淤积断面的测量

1960年在高程320m以上用断面法测量的库容较用地形法测量的库容偏大0.4%-2.5%；1970年高程320m以上用断面法测量的库容较用地形法测量的库容偏小2.7%-3.5%，均在允许误差范围以内。由于断面法测量相对地形法较为简便，并且误差在允许范围内，到目前为止一直沿用断面法进行三门峡库区的淤积测验。

在三门峡库区的渭洛河段，从淤积断面开测到上世纪九十年代，淤积断面测量采用地形尺配合经纬的方法进行，水下断面测量采用经纬仪定线，利用测深杆或者测深锤测量水深。本文将这种方法称之为经纬仪法。经纬仪法测量过程中，断面点的起点距是由经纬仪观测地形尺通过上下丝来算出，高程是由经纬仪观测地形尺读取垂直角，通过计算得到。这种方法观测距离短，受仪器设备影响垂直角观测精度和距离观测精度较低，起点距计算和高程计算过程中容易出错，工作效率很难提高。

上世纪九十年代以后随着全站仪的出现，棱镜配合全站仪的方法取代了经纬仪法在淤积断面测量过程中的应用。全站仪方法相比经纬仪方法在精度和工作效率上都有提高。全站仪法可以直接测量断面点起点距，并且在观测距离上增大很多，减少了观测过程中的搬站次数。

总结经纬仪法和全站仪法，这两种方法能够正常操作的前提是要有足够的淤积测验基础控制。然而随着社会经济的发展，三门峡库区内工程建设大量兴起，采砂取砂大量涌入，渭河综合整治项目的启动，以及“92·8”、“03·8”等特大洪水的发生，使库区内的淤积测验设施受到了严重的损毁，虽然采取了相应的补救恢复措施，但是依然难以保证采用全站仪法顺利进行淤积断面测量。

全站仪法测量淤积断面一直沿用到2007年，至此首次将GPS-RTK技术应用到了淤积断面测量中来。RTK技术的应用，使库区淤积测量工作的效率和成果的质量都有所提高。RTK方法测量淤积断面不但改变了陆地部分断面测量的方法，同时也改变了水下断面的测量方法。经纬仪法和全站仪法在水下测量时只能控制测船沿断面线方向行驶，并不能控制水下断面点的间距或起点距，以往的水下断面点均是通过内插的方法求得各点起点距。RTK方法测量淤积断面水下部分时，在测船上利用其自身的实时导航功能既导航测船方向又测定每个水下点的起点距。

2.3 GPS-RTK法进行淤积断面水下部分测量的探索

RTK方法的应用提高了淤积断面水下部分的测量精度，使水下地形定位更加准确。但是由于渭洛河河道水深变化复杂，所用测船在行使过程中需要一定的吃水深度（目前所用6人冲锋舟最小吃水深度为0.7m），再加之测量仪器设备在放样断面线和定位时需要一定的反应时间，在放样和定位时出现RTK手簿屏幕显示延迟的现象，导致测船偏离断面线或者定位点与测深点不对应。

针对上述RTK测量淤积断面存在的问题，经过几年来的探索和总结，结合实际工作中的实用性，总结了RTK技术测量淤积断面水下部分的新方法。最初采用RTK法测量淤积断面水下部分时放样断面线和定位同时进行，使得操作人员手忙脚乱，时有测量设备死机等突发情况，现在采用RTK法测量淤积断面水下部分时只进行断面线放样，在放样过程中将RTK手簿显示的起点距直接记录于观测手簿，在对应的起点距位置记录水深，这样以来即使河道内水下地形复杂，导致测船航行偏线，通过查看记录本和手簿实时显示起点距也能及时补测，同时也解决了仪器设备死机或者显示延迟的问题。

通过2014年渭洛河汛淤积断面前、汛后测量和2015年渭洛河汛前测量的实践，利用RTK技术配合记录簿记录测量起点距和水深的方法在渭洛河淤积断面测量过程中已经相当成熟，该方法的应用提高了渭洛河淤积断面水下部分的测量精度，满足了对三门峡库区淤积精细化研究的要求。

3 总结

三门峡库区渭洛河淤积测量工作开展以来，实测了大量渭河、洛河下游水文和河道泥沙淤积资料，开展了系列水文泥沙研究工作，为黄河三门峡水库运用和黄河治理建设提供了重要的水文技术支撑，为黄河流域和三门峡库区防汛、河道治理和规划建设及黄河调水调沙提供了大量及时准确的水文测验基础信息，在库区防洪抗旱决策、水资源管理和保护、水利规划和工程建设、社会经济发展等方面发挥着不可替代的作用。三门峡库区渭洛河淤积测量工作是随着科学技术的不断发展、库区水文泥沙研究的不断发展而发展的，在未来发展过程中渭洛河淤积断面的测量方法必然会向着更科学更精细的方向发展。陕西水利

[1]陕西省三门峡库区管理局．陕西省三门峡库区志.