水利水电工程地形测量测绘要素采集探讨

刘永强 丁兆亮

水利水电工程的主要作用是防洪、灌溉、发电、航运、供水等，受地形、地质、水文、气象等自然条件的影响很大。地形测量就是采用测绘技术将地物、地貌等地表自然形态（包括位置、大小及形状等）采用符号化的形式进行表达，因此，测绘技术是保证水利水电工程建设质量的至关重要因素之一。地质勘查、规划、水工设计、施工设计等多个设计专业对地形测量资料有不同的需求，需要不同比例尺的地形测量、专项工程测量和地类地形图等测绘资料，其中地形测量主要包括1∶500、1∶1000、1∶2 000 和1∶5 000 等不同比例尺地形图资料，对于设计需求的1∶10 000 和1∶50 000 比例尺地形图主要以收集为主；专项工程测量主要包括水系或引（输）水线路的纵横断面，地类地形图是水利水电工程建设征地移民实物调查工作的基础资料。

1 地形图要素类别及含义

1.1 大、中、小比例尺地形图划分

根据SL 197—2013《水利水电工程测量规范》大、中、小比例尺的划分，1∶500、1∶1 000、1∶2 000 为大比例尺地形图，1∶5 000 和1∶10 000 为中比例地形图，小于1∶10 000 为小比例尺地形图。

1.2 地形图要素类别

根据最新版地形图图式GB/T 20257.1—2017《国家基本比例尺地图图式第1 部分1：500、1∶1 000、1∶2 000 地形图图式》和GB/T 20257.2—2017《国家基本比例尺地图图式 第2 部分1∶5 000、1 ∶10 000 地形图图式》，大比例尺地形图图面需要表达的要素共9 大类363 个小类（不包含子类），中比例尺地形图图面需要表达的要素共9 大类296个小类（不包含子类）。这两种比例尺9 大类要素分类为定位基础、水系、居民地及设施、交通、管线、境界、地貌、植被和土质以及注记等。

1.3 要素类别含义

1.3.1 定位基础

包括数学基础和测量控制点，数学基础主要是指图廓线、经纬线、坐标网线等。

1.3.2 水系

包括河流、沟渠、湖泊、水库、海洋、水利要素及附属设施等。

1.3.3 居民地及设施

包括居民地、工矿、农业、公共服务、名胜古迹、宗教、科学观测站、其它建筑物及其附属设施等。

1.3.4 交通

包括铁路、城际公路、城市道路、乡村道路、道路构造物、水运、航道、空运及其附属设施等。

1.3.5 管线

包括输电线、通讯线、各种管道及其附属设施等。

1.3.6 境界

境界是区域范围的分界线，分为国界和国家内部境界两种。

1.3.7 地貌包括等高线、高程注记点、水域等值线、水下注记点、自然地貌和人工地貌等。

1.3.8 植被和土质

包括农林用地、城市绿地及土质等。

1.3.9 注记包括地理名称注记、说明注记和各种数字注记等。因此，定位基础和注记是为了使地形图表达完整、易用、易读，和境界要素一样，不是自然地物要素。

2 水利水电工程设计阶段主要测绘成果需求

2.1 设计对测绘成果需求分析

水利水电工程设计阶段主要论证工程建设的必要性、技术可行性和经济合理性，其中工程建设的必要性是阐明工程所在地区的国民经济与社会发展对水利水电工程建设的要求，水利水电近期、远期发展规划对工程建设的安排，以及工程在地区国民经济和社会发展及江河治理开发总体布局中的地位与作用等，地形测量作用不大。

水利水电工程技术可行性和经济合理性与地形密切相关，主要在水文的水位流量关系曲线和集水面积等参数设计计算、工程地质勘察（含天然建筑材料）、工程规模和总体布局、选定工程场址及等级、选定对外交通运输方案、导流建筑物的布置、确定工程建设征地的范围等过程，都与地形测量资料密切相关。

具体水利工程设计与地形测量相关基本分析如下：

（1）过水断面面积和湿周是计算水位流量关系时的基本参数，过水断面面积主要与断面的宽度和高程相关，一般采用断面测量（专项工程测量）方法进行数据采集，最后输出断面图供水文设计专业使用。湿周与断面间距相关。

（2）工程地质测绘主要是描述地质现象，对地质点、地质线路进行详细观察与描述，分析点线面体之间的有机联系，是调查与水利水电工程建设有关的地质现象，分析其性质和规律；天然料场主要是通过地质调查确定位置和范围，地形测量主要是为工程地质测绘和估算天然料场储量提供基础数据。

（3）工程规模和总体布局、选定工程场址及等级、选定对外交通运输方案、导流建筑物的布置等设计基本上以地形、地质、水文及水文地质条件等为基础开展设计工作。如水库正常蓄水位、死水位、回水位、洪水位、库容、发电水头、输水工程的取水口选取、分水口门、交叉建筑物布置、泵站工程的规模和主要参数等，主要工程布局是根据自然地表形态进行布置和相应参数计算。

（4）工程建设征地的范围是根据工程总体布置确定占地范围。在这个过程中需要进行勘测定界测量，测绘地类地形图，并进行移民实物调查。

2.2 水利水电工程地形测量主要要素

根据上节分析可知，水利水电工程设计使用的地形测量资料除去移民实物调查使用的地类地形图外，所有设计工作主要与地形及少量地物要素关系紧密，主要包括等高线和高程注记点、水系、交通、居民地（主要关注的是居民地范围）和电力线等5 大类，其它要素可根据项目设计需求进行增加。

通过对设计专业调研，对于以上要素表达有如下需求：

（1）地形图可不分幅，按照测绘范围整体提交。

（2）为了增加对图的易读性，高程注记点密度可增加1 倍。

（3）为了使设计专业对图的易用性，等高线不宜断开。

（4）居民地可按街区或被道路、水系等线状地物自然分开的区域采集，尤其大比例尺地形图，不需要按排或幢等方式采集。

（5）电力线主要采集输变电线，对于配电线可不采集。

（6）植被要素若要采集可放宽采集精度，基本按小比例尺采集精度即可。

2.3 水利水电工程大比例尺地形图等高线的表达

由于测绘技术的进步，尤其是测绘装备水平的大幅提升，水利水电工程地形测量主要采用机载激光LiDAR（包括通航的大型机载激光LiDAR 设备和无人机的轻小型机载激光LiDAR 设备）技术或地面三维激光扫描技术等，这些设备的突出优势是激光能够一定的植被而且点密度非常高，因此，地形测量时不需要实地进行碎布测量或立体像对一个点一个点的采集，只需对点云进行滤波分类，然后自动生成数字高程模型和等高线。

以往测绘等高线时按照测绘规范要求，对等高线进行拟合平滑处理，这是基础测绘的要求。而水利水电工程设计是为工程服务的，强调的是对自然地形的准确表达，尤其是施工图设计采用的1∶500 比例尺地形图需要计算工程量，拟合平滑处理后反而对计算工程量造成偏离。因此采用激光LiDAR 等先进的测绘装备进行地形测量时等高线不需要进行拟合平滑处理，直接按自然地标形态成图更有利于工程设计的严密性。

3 结 语

水利水电工程设计地形测量主要是为工程设计服务，与基础测绘目的不同，而目前水利水电工程测量规范是按照传统基础测绘要求，缺乏针对性。根据多年的水利水电地形测量经验，有很多要素其实设计人员根本不需要，测绘人员浪费了很多时间和精力，大大降低了工作效率。因此对于一般水利水电工程地形测量应当进行适当简化，满足设计对地形图要素的需求即可，不需要全要素测绘。当然对于有特殊需求的，可按设计专业实际需求测绘。