横坑水库地形测量及库容复核

袁 军

（深圳市水务规划设计院股份有限公司，广东 深圳518000）

1 引言

水库现状地形调查及库容复核具有十分重要的意义。可为水库防洪安全、灌溉效益分析提供基础数据［1-4］。结合横坑水库工程对水库现状地形及库容进行实测分析。

横坑水库位于龙华区观湖街道东南边缘，属于观湖街道边境内，1993年10月动工，1995年10月完工，是一座以防洪为主的小（1）型水利枢纽工程。2017年，富士康集团启动横坑水库南侧用地开发，该项目涉及水库管理范围线问题，需对水库及周边现状地形地貌进行测量，并依据现状复核水库的集雨面积、正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位、坝顶高程等，最终论证水库管理范围线调整的合理性与可行性。测区附近有人民路、平安路等城市道路，交通较为便利。但库区周边植被茂密，杂草丛生，库区内淤积较深，人员通视、通行条件较差，给测量工作的开展带来了较大的困难。

2 控制测量

2.1 二级点测量

为满足项目图根点及地形测量的需要，在测区范围均匀布设二级控制点。二级点点位选在通视良好、地基稳定且宜长期保存的地方，选点时避开了不利于GPS观测的因素。点位中心标志采用锯有十字的镙杆，用冲击钻钻洞打入，以点位为中心刻20 cm×20 cm的方框，并刻上其点号。点号采用“LII-流水号”组成，从“LII-1”开始顺编，共布设15个二级控制点。二级点测量选用南方银河1 PLUS GPS测量系统的RTK功能进行测量，该仪器标称精度为5 mm+1 pm，仪器经过检定，精度满足规范要求。测量时在IV14点上进行点位校正，流动站经控制点BEI25检查（见表1）符合规范要求后，才开始施测，逐一测量各二级点。观测结束时检查控制点BEI24，以确保观测的整个过程的正确。

对同一新点进行三次独立测量。二级点三次测量成果之差均小于4 cm，三次测量成果满足规范要求，最终成果取多次观测成果的平均值。二级点高程采用GPS RTK测量。

表1 流动站检查表

2.2 图根控制测量

为满足地形图测量的需求，沿工程线路范围布设满足要求的图根控制点。图根点测量选用南方银河1 PLUS GPS测量系统的RTK功能进行测量，该仪器标称精度为5 mm+1 pm，仪器经过检定，精度满足规范要求。

测量时在IV14点上进行点位校正，流动站经控制点BEI25检查，符合规范要求后，才开始施测，逐一测量各图根控制点。观测结束时检查控制点BEI24，以确保观测的整个过程的正确。对每个图根点均进行两次测量，其点位较差不大于图上0.1 mm，高程较差不应大于基本等高距的1/10。两次测量成果较差均小于5 cm，取其中数作为最终测量值。

图根点位于水泥地面时采用“田”字或打入钢钉，位于土质地面打入木桩，并标注点号。从1依次顺编，图根点编号冠以字母“L”。

图1 控制点展布图

3 数字化地形图测量

3.1 陆地1∶1000地形图测量

陆地地形测量外业数据采集使用南方银河1 PLUS GPS测量系统的RTK功能进行测量，该仪器标称精度为5 mm+1 pm，仪器经过检定，精度满足规范要求。测量时在各图根点或等级点上进行校正，流动站经另一控制点检查，符合规范要求后，才开始采集碎部点，数据直接存于仪器中，碎部点采集完成后，流动站再次进行点位检查，以确保观测的整个过程的正确。外业采集完后，将数据输入微机，利用“CHE”机助制图系统编制数字化地形图。

地形图上地物点相对于邻近图根点的点位中误差与等高线及高程注记点相对于图根点的高程中误差要求见表2。

表2 地形图精度规定

3.2 水下1∶1000地形测量

水库水下地形测量使用GPS+数字测深仪+数字测图系统软件进行数据采集。

水下测量时在已知控制点上设置参考站，移动站以另一已知点为检查点，采用Leica GS15 GPS的RTK功能测量水面点的平面位置及高程，仪器编号为1501705和1507164，使用HD310测深仪测量水深。测深仪软件实时记录水面点的平面位置、高程以及水深，计算机按H水下=H水位-H水深，计算水下地形点的高程。数据采集工作由测量软件自动控制，GPS数据与测深仪数据的实时同步采集，并在图形窗口实时显示测船位置，这样可根据显示结果确定船的航行方向。在测量前预先设置好测量航线，测线间距约15 m～20 m，水库边缘及地形变化较大处，对测线间距适当加密，测量点间距在掌上电脑上设置2 m～5 m，保证真实反映水库水下地形变化情况。

为了确保测量数据的精度，测量时将测深仪的探头安装在船的中部，以消除船开动时因船身翘动而产生的探头吃水误差。为切实保证测深仪测量数据的可靠性，采用测深绳测量水深，与测深仪测量结果进行比较（见表3），以检验测深仪的测深精度。

表3 测深仪水深与量测水深比较表

从表3可以看出，测深仪测量水深与测绳量测的水深最大差值为0.06 m，测深仪测量水深精度良好，满足规范要求。

为了检核水下测量数据的准确性，水下地形测量完成后，布设检查测线对测深数据进行检查（检查测线总长约2.8 km，占测线总长20%），对113个水下点的测深进行了较差统计，检查结果统计见表4。

表4 水下地形点检查误差统计表

测深点高程较差中误差为0.06 m（差值最大为0.15 m规范要求较差限差为0.40 m），水下地形测量精度良好。

4 水库库容计算

4.1 计算方法与结果

水库的库容计算利用本次所测地形图数据，采用专业测绘软件“CHE2009”进行计算，计算间隔为0.1 m。水库校核洪水位62.38 m，水库水下最低点高程为48.4 m，按设计方要求，水库库容计算范围为48.4 m～63.0 m。

在进行库容计算前，将测量的地形图按1.0 m生成等高线，以对所有的数据点进行检查，检查无误后，生成供计算水库库容的0.01 m等高线，库容计算的格网取20 m×20 m方格，格网点高程由测绘软件CHE 2009自动完成计算，在计算水库库容时，将格网细分为30，计算间隔设置为0.1 m，以精确计算在不同水位高程的水库库容和对应的水域面积，计算结果见横坑水库水位-库容-面积表。根据计算结果，绘制横坑水库水位-库容-面积曲线图，见图2。

图2 水位-库容-面积曲线图

4.2 库容计算结果分析

4.2.1 库容计算结果分析

本次水库库容计算所采用的地形图数据包含两部分，一部分是全部新测的水下地形数据，另一部分新测的1∶1000数字化陆地地形图，地形图精度均能满足规范要求。因此本次计算所采用的基础数据是准确的。

库容计算所采用的软件“CHE”是通过“中国规划协会”鉴定并在深圳由多家用户使用长达10多年，该软件是深圳市规划与国土资源委员会推荐基础测绘软件之一。

本次计算时采用了两人独立计算的方法，避免了计算过程的错误。

通过以上验证方法，认为水库库容的计算结果准确，可以提交使用。

4.2.2 计算库容与原有库容数据差值分析

本次计算总库容与原来总库容比较，减少15%以上，主要有以下原因：

（1）库容计算基础数据导致

本次库容计算使用的地形图为新测的1∶1000陆地及水下地形图，库容计算基础数据精度高；原水库无大比例尺的水下地形资料，库容计算精度较低。库容计算基本数据精度差异是导致本次计算总库容与原有总库容差值最主要原因。

（2）积雨范围内雨水冲刷沉积

原有库容数据计算至本次库容计算时间相隔十余年，积雨范围内的山体泥沙、周边建设施工时松软的泥沙随雨水冲刷后沉积于水库，造成库区淤积。

5 结论

以横坑水库为研究对象，从二级点测量、图根控制测量两个方面分析了水库地形控制测量的方法；并从水下、陆地两个方面研究了水库地形测量方法，经过多人计算分析，水库测量结果较为准确。横坑水库库容在雨水冲刷沉积、基础数据误差影响小，复核库容较原库容减少约15%。可为类似小型水库工程地形测量及库容复核提供参考。