探究黄河中下游河道泥沙淤积测验技术

探究黄河中下游河道泥沙淤积测验技术

韦玮张楠李峰旭

黄河水利委员会三门峡库区水文水资源局河南三门峡472000

摘要：本文首先概述了黄河中下游河道泥沙淤积测验断面法，然后分析了黄河中下游河道泥沙淤积测验技术，最后探讨了提高黄河中下游河道断面淤积测验成果精度的方法。

关键词：黄河中下游；河道泥沙淤积测验；精度

1黄河中下游河道泥沙淤积测验断面法概述

断面法是沿河道布设一定数量的固定淤积测验断面，测量时沿断面线测量各测点的高程、起点距、计算出断面面积及计算同一断面两次断面测量的冲淤面积。

目前断面测量的方法有3种，传统的经纬仪配合水准仪法、全站仪直接测读法和GPS测量数据自动采集。

传统测量法水上部分需要经纬仪标定断面方向、水准仪测量高程、视距测定断面起点距，水道六分仪后方交会测定起点距、四等水准测定水位、测深杆锤测定水深。

全站仪直接观读采用全站仪直接观读起点距和滩地测点起点距和高程、水道水位、水道中测点起点距，直接记录到PC卡中，配合水深测量，得到断面测量成果。

GPS测量自动数据采集则是利用GPS-RTK技术，对断面测点自动采集记录，通过计算机处理所得到断面成果。

2黄河中下游河道泥沙淤积测验技术分析

2.1传统测验方法

传统的断面测量方法六分仪交绘、经纬仪交绘、视距等方法进行断面起点距测量，生产中主要采取六分仪、视距法、和直接丈量3种方法，其误差值大小主要有量取距离本身的测量误差、测量断面偏离断面线而引起的距离误差和起点距有效数字位数取舍带来的误差，按照规范规定，正常测量情况下，此项测量相对误差小于1／500；由于测验断面每隔500-1000m设置1个断面桩，因此，断面测点起点距测量误差在2m之内，水道部分起点距采用六分仪后方交会，定位误差小于2m。

断面高程测量分为滩地和水下，滩地高程一般要求用五等水准施测(五等高程测量网，返闭合差允许±2OL1/2)；在洪水过后滩地有沉陷时，可用视距法或三角高程法测量，其测量精度低于五等。水深测量要求对不同流速情况下，使用各种方法测得水深精度为1%～3%。实际外业测量中，用测深杆测深，在水深较小(小于1.0m)、水流平稳情况下，读至0.05m，正常情况下读至0.1m，水深大或流速急的情况下，误差将大于0.1m。水深测量中，还存在施测水位测量误差，水位一般用四等水准施测。综上分析，高程测量中误差可取0.05m。

断面间距一般采用五线(两断面端点连线、左右水边线、主流线)平均法计算，除两断面端点连线需计算外，其余3条线是在地形图上量取，黄河下游断面间距量取采用1：10万地形图，若图上能读至0．5～1mm，则量取断面间距的误差可达到5O～100m，并考虑图纸伸缩变形和实际T作中断面间距记至100m等因素，断面间距量取误差在100m左右。

另外，断面测量中断面测点对地形变化的控制，也存在着实测断面面积对真正断面面积的代表性问题，当断面变化比较平坦或断面上测点较密，且测点控制了地形变化，此项误差可以忽略不计。

传统测验方法优点：①操作较简单，简便易学；②测量误差中偶然误差占多，没有误差积累；③测量仪器造价低。

传统方法缺点：①需要操作人员多；②劳动强度大，人工操作手续多，出错机会多，受人为因素影响大；③测验资料不利于计算机处理；④测验历时长．受观测条件限制多，如通视条件、天气条件等；⑤需要齐全的断面基线设施，测量设施维护工作量大。

2.2全站仪方法

全站仪方法断面测量起点距为电磁波测距，高程采用三角高程，它的测量误差主要为测角误差和测距误差，反映到资料上，为测点的起点距误差和测点的高程误差，测距按照标称精度(5+5×10-6)mm计算，按照观测距离1000计算，其误差一般0.07m左右，高程采用三角高程，按照标称测角精度2″计算，在1000m测距的情况下，高程误差应当在0．01cm左右，水道中测点高程和水深测量的精度有关；但是，由于在实际观测中还存在其他因素的影响，所以，误差要比这个误差大一些，距离测量误差较大的原因为滩区地形变化和遮挡物阻碍对钢尺量距影响较大所致，实际上全站仪的测距远远高于这个精度。

全站仪方法优点：①测量精度较高，需要人员少；②测量人员不需要人工观读，受人为因素影响相对较少；③测量数据可直接记录并直接进行计算机处理；④不需要基线标志杆。

全站仪方法缺点：①仪器受通视、天气等条件影响较大；②测量误差随测距的增大而增加，特别是在成像不清的情况下，对高程影响较大；③仪器较重，主测人员工作强度较大。

2.3GPS测量方法

GPS测量方法是利用卫星定位系统的实施动态技术。实施测得测点的三维数据，该测量方法的精度有很多影响因素，如星况、解算软件、接收机状况、坐标转换参数、周围环境状况等，有些因素随着技术的发展和观测时机的调整是可以减小和避免的。

GPS测量方法优点：①测量精度较高，需要人员少；②数据自动采集，不受人为因素影响；③测量数据可直接记录并直接进行计算机处理；④测量成果精度一致，不受测量距离的影响；⑤不受测量现场通视和天气条件的影响；⑥不需要断面基线标志杆。

GPS测量方法优点：①受卫星状况影响及周围电磁干扰影响较大；②需要建立一定密度的GPS控制网；③操作人员需要一定的技术素质；④仪器造价较高。

3提高黄河中下游河道断面淤积测验成果精度的方法

河道淤积断面测验是监测河道泥沙淤积的重要方法之一，由于河道测验中误差的成分以偶然误差居多，所以测验次数越多，其误差积累就越小，因此，多年长系列河段冲淤河道测验成果就越接近河道实际情况。但是，在具体操作中，有些误差还是存在的，为了提高测验成果精度，特提出如下建议。

3.1加大科技开发力度提高河道淤积测验水平

GPS测验方法和全站仪技术已经是较成熟的测验方法，由于它的科技含量高，越来越被测绘界广泛利用，河道淤积测验也应当在生产中为利用这些方法提供条件，并把利用先进的测量手段作为提高测验水平的重要途径。

3.2深入研究断面间距的量算方法切实提高成果精度

由于相邻断面间河道的变化带有很大的不确定性，又由于主槽和滩地不平行，有横河或“Z”形弯的现象，所以在断面间距的量算方面存在很多问题，如果断面间距不合理，将对淤积成果产生较大影响。因此，由于断面间距确定方法不合理给河段冲淤量带来的误差是非常大的。同时，随着测次的积累时间的延长，这种偏差会逐渐积累。因此，进行断面间距量算方法的研究是提高成果精度的重要方法之一。

3.3统一测验标准，规范操作规程

目前黄河河道测验采用的方法有多种，各种测验方法在河道测验中却没有统一的操作要求，特别是GPS、全站仪方法，由于国家规范规定的针对性不强，所以，在河道测验中有很多操作规程和指标以及数据格式均没有明确规定，从而造成了实际操作的不规范性和成果测资料使用的不方便，应当作为作为一件急迫的事情来抓。

3.4进行先进作业方法的配套工程

先进的作业方法越来越被广泛应用，但其配套工程却相对落后，如进一步完善数据库的功能，建设河道淤积测验的快速实施测验系统及为建立黄河GIS而进行的其他工程等。

4结语

黄河是一条举世瞩目的多沙河流，泥沙淤积将是水库运用面临的突出问题之一，其泥沙问题也备受国内外水利专家的关注。加强对水文泥沙测验，以控制泥沙冲淤变化，对于延长水库的使用寿命及发挥其社会与经济效益具有十分重要的意义。

参考文献：

[1]连惠萍．黄河下游淤积测量误差分析与冲淤计算方法研究[J]．人民黄河，2009.

[2]李振连.小浪底水库泥沙淤积观测与分析[J].人民黄河，2007.