GPS+测深仪在水库泥沙淤积测量中应用的研究

【摘要】对水库进行泥沙淤积的测量，是水库在建成之后对河道、水库水文等相关要素变化规律的主要手段。其中，水库的库容和泥沙淤积量是水库调度的主要参数，它是保证水库安全稳定运行的重要基础性的数据。在影响水库淤积的测量成果精度的很多的因素之中，不论采用哪一种测量方法进行数据的采集都是不能不引起足够重视的。gps+测探仪定位法在水下测量中与传统的定位方法具有其技术方面的明显优势。本文通过举例的方式说明了此方法的基本原理和具体运用，并通过计算对比进行了初步分析。

【关键词】GPS+测深仪泥沙淤积测量

中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：

一、前言

水库淤积测量是研究河道、水库水文要素变化规律的基础性工作，水库淤积量变化是水库进行管理和调度的重要参数，也是保证水库安全运行的一项重要工作。下面，我们从泥沙淤积的危害说起，采取GPS+测深仪进行库区水下测量，进而获取较高精度的数据和测量。

二、泥沙淤积的危害

水库具有防洪、供水、发电、灌溉、通航、生态环境保护等重要的功能，是我国防御江河洪水、发展农业灌溉和为城乡经济生活提供用水保证等方面的重要基础设施之一，在水利建设中占据着重要的地位。

但是，入库泥沙经常会在库区发生淤积，致使水库不断受到功能性、安全性和综合效益下降的影响。水库泥沙淤积带来的主要影响有：

1、造成水库库容的损失，降低了水库的调节能力，影响水库效益的发挥。

2、造成水轮机和过水建筑物的泥沙磨损，堵塞发电厂房的管路。

3、抬高电站下游的水位，影响正常发电供应。

三、GPS卫星定位系统的实时动态测量在水库淤积测量的应用

对库区进行水下测量，不仅要满足精度的测深仪之外，还需要对测量点构建的三维坐标进行准确的测量才能够最后完成。全站仪的广泛使用，使测点的定位工作比之前使用的经纬仪配合测距仪定位的方法已经提供了很大的方便。但是，还是不能够消除由于水体的上下波动所对测深数据的准确性带来的影响，使得水下测量的数据结果中经常会存在较大的数值偏差，这对于精度要求很高的水库淤积测量工作而言是很不利的。GPS卫星定位系统运用实时动态测量新技术的出现和使用，在测量中对淤积测量的定位方式有了更多更好的选择，即：通过使用测深仪测深方法对探测点进行即时的三维定位的联合作业法。

1、库区断面的测量

（一）库区控制网

在进行水库淤积测量工作之前首先要建立一个覆盖全部测区的平面、高程控制网络。高精度的平、高控制网能够给淤积测量工作奠定坚实的基础。举个例子，某水库的淤积测量建立的D级GPS的控制网络，尽管全网只设置了9个点，但每个点之间都存在至少大于三条基线的通过，可靠性能够达到0．6。全部的基线构成了139个三边闭合环中，其相对闭合差最差值是1．42ppm，平均值是0．35ppm。在最弱边的相对误差是1／57万，平均是1／187万。转换成地方坐标之后，其最弱边的相对中误差仍然不低于1／53万。GPS控制网的各点高程全部使用了几何水准进行联合测量。水准网由3个闭合环构成。每公里的高差中数中误差仅0．91mm。库区断面的测量，外界数据采集使用的是Trimble R7 5700型GPS接收机，其动态测量精度为平面lOmm+Ippm。高程为20mm+Ippm。

（二）断面测量方法、原理与实施

淤积测量传统所使用的方法是‘固定断面复测法’。也就是说，在整个库区布置了固定的断面若干条，每间隔若干年之后将各点全部测量一遍，再将每年的测量结果进行对比，以得出各时间段的淤积量。

自2006年至今，断面测量的方法尝试使用了GPS卫星定位系统的实时动态测量功能配合精密测深仪联合进行实施。通过这种方法的联合使用，基本上就消除了采取全站仪定位法测量因为受到波浪干扰而致使结果存在不能消除误差的弊端，使断面成果的精度有了明显的提高，为淤积测量能够取得准确数据提供了根本保障。

当然，在实际应用过程中，还要考虑到由于船的摇摆使天线竿发生偏移所造成的测量结果的影响。这些影响，要对偏移度进行修正。测深仪的测深档位也要根据水深和水质的情况随时进行调整。

2、计算数据对比

（一）样本数据

为了比较这两种测量方法所获取断面数据的精度情况，我们分别采用了两种方法获取的测量数据进行了库容的计算。选取数据是1998年至2008年的测量数据。2004年(含04年)之前的数据是采用全站仪定位法进行的断面测量，06年和08年的数据是采用RTK定位法进行的断面测量。

（二）库容计算

库容计算采用DTM法土方计算模型，利用DTg模型计算土方量的计算。即该软件可根据实测点坐标(x，y，h)和指定的场高，通过生成三角网来计算每个三棱锥的体积，然后累计得到指定范围内的填方量和挖方量，显然，其填方量就是指定场高时的库容。库容和淤积量的计算结果的部分数据见下表：

水库库容和淤积量测量表

（三）数据分析

通过上面的表统计中可以看到，06年、08年的库容量比较合理，显然这和采

用RTK定位法获取测量数据是密不可分的。而在04年以前的数据明显存在着很多的不合理性，特别是98至02年110米高程处淤积量竟然出现了负值，这显然是有悖常理的，测量结果存在严重误差也是不言而喻的。以此可以看到，在淤积测量中采用RTK定位法具有很大的质量精度优势，是常规的方法无法与之比拟的。全球定位系统(GPS)技术的应用，使水库泥沙淤积测量的精度得到了根本提高。

四、结束语

结合上面的详细介绍，我们了解了水库淤积测量工作的重要性，采用全球定位测量系统(GPS)技术进行水库淤积量的测量，能够充分发挥此项技术的优势，特别是在长距离库区的断面测量和对断面的方位进行定位等方面发挥着重要作用，保证了测量结果的精确数值，对水库淤积研究，发挥水库的最佳功能起到了关键的作用。此外，在对库容进行计算时候，要保证测量精度，就要对库区的断面从设置到位置的选择以及间距选择进行合理的、科学的调整。要选择科学的、先进的测量的手段进行水下测量工作，才能够保证良好的测量效果。

参考文献

[1] 李基余等.全球定位系统原理及其应用[M].北京：测绘出版社，1992

[2] 李硕.数字地形分析技术在分布式水文建模中的应用[J].地球科学进展，2002,