邱曉峰 李其江 樊 云 唐洪波

(1.長江水利委員會 長江三峽水文水資源勘測局，湖北 宜昌 443000;2.青海水文水資源勘測局，青海 西寧 810008)

青海湖位于青藏高原東北部，為中國第一大咸水湖，也是第一次全國水利普查的重要湖泊之一。準(zhǔn)確測量青海湖湖面面積、湖泊容積、水深等湖泊形態(tài)特征，對保護(hù)和恢復(fù)流域內(nèi)林草植被，遏制土地退化的趨勢，維護(hù)青海湖流域濕地、草原、森林、野生動物構(gòu)成的高寒生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，特別是青海湖生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，增強(qiáng)水土保持等生態(tài)功能，以及為青海湖生態(tài)保護(hù)、開發(fā)利用、科學(xué)研究等工作提供科學(xué)依據(jù)，具有重要意義。根據(jù)第一次全國水利普查工作安排和要求，結(jié)合青海湖的水文氣象特征，長江三峽水文水資源勘測局2010 年對青海湖的湖面面積、湖泊容積、水深等湖泊形態(tài)特征進(jìn)行了測量，并設(shè)計(jì)出測量方案。

1 青海湖概況

青海湖跨青海省海晏、剛察、共和3 縣。湖泊呈橢圓形，周長約360 km，東西長約109 km，南北平均寬約39.8 km，面積約為4 340 km2，最大水深約31.4 m。青海湖上的主要島嶼有鳥島、海心山、西海山、沙島、三塊石等。

青海湖水補(bǔ)給來源是河水，其次是湖底的泉水和降水。湖周大小河流有70 余條，分布明顯不對稱。湖的北岸、西北岸和西南岸河流多，流域面積大，支流多;而湖的東南岸和南岸河流少，流域面積也少。其中，布哈河是流入湖中的最大一條河，發(fā)源于祁連山支脈的阿木尼尼庫山，干流長92 km。

青海湖具有高原大陸性氣候，光照充足，日照強(qiáng)烈;冬寒夏涼，暖季短暫，冷季漫長，春季多大風(fēng)和沙暴，雨量偏少，雨熱同季，干濕季分明。具體氣候特點(diǎn)如下:①湖區(qū)全年日照時數(shù)大部分都在3 000 h 以上，較青海以東同緯度地區(qū)高出約700 h 左右;②湖區(qū)東部和南部氣溫稍高，年均溫1.1～0.3℃，西部和北部稍低，年均溫－0.8～0.6℃，平均最高氣溫6.7～8.7℃，平均最低氣溫－6.7～4.9℃，極端最高氣溫25℃和24.4℃，極端最低氣溫－31～－33.4℃;③湖區(qū)全年降水量偏少，降水量季節(jié)變化較大，降水多集中在5～9 月，雨熱同季。

湖區(qū)大風(fēng)、沙暴日數(shù)是全省較多的地區(qū)之一。大風(fēng)(≥17 m/s)年均47.3 d;由于湖區(qū)海拔高，湖西風(fēng)多，高空氣影響極大，全年多在西風(fēng)控制之下。冬春風(fēng)速最大，夏秋季較小。在風(fēng)力作用下，一般波浪為2～3 級，最大為7～8 級。青海湖的水溫隨季節(jié)變化而變化。夏季湖水溫度有明顯的正溫層現(xiàn)象，8 月份最高達(dá)22.3℃，平均為16℃。

2 技術(shù)方案

2.1 技術(shù)路線與流程

在充分了解青海湖泊特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對青海湖區(qū)進(jìn)行容積測量的技術(shù)路線可分為以下10 個步驟。

(1)收集湖區(qū)相關(guān)水文氣象資料，了解測區(qū)水文氣象條件，為制定測量方案作參考;

(2)收集測區(qū)已有的控制成果，為控制網(wǎng)布置作參考;

(3)現(xiàn)場查勘測區(qū)，了解湖區(qū)基本情況，包括生活條件、交通條件、控制點(diǎn)位置，為測量進(jìn)場做準(zhǔn)備;

(4)制定測量方案，選擇測量時機(jī)，準(zhǔn)備測量所需的儀器與交通設(shè)備(包括生活設(shè)備);

(5)建立湖區(qū)控制網(wǎng)(包括水位站網(wǎng))，作為湖區(qū)測量的控制依據(jù);

(6)使用基于星站RTK 技術(shù)的一體化水下測量系統(tǒng)測繪、數(shù)字化地形圖成圖技術(shù);

(7)以測繪的數(shù)字化地形圖為基礎(chǔ)，構(gòu)建DEM模型，以規(guī)則網(wǎng)格計(jì)算湖泊容積和面積;

(8)計(jì)算湖區(qū)典型水位站的頻率水位，了解庫區(qū)水位變化規(guī)律;

(9)建立水位－面積關(guān)系曲線，建立水位－容積關(guān)系曲線，編制相關(guān)研究報(bào)告;

(10)編制測量工作總結(jié)。

此外，具體技術(shù)流程見圖1。

圖1 青海湖容積測量產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)流程

2.2 測量儀器

青海湖沿湖邊有GSM 信號覆蓋，但湖心區(qū)域及縣界區(qū)GSM 信號覆蓋不理想，CORS 基站測量系統(tǒng)投入過大，且信號不能有效覆蓋全湖區(qū)。因此，采用的主要水域測量儀器有:動態(tài)測量水平精度為10 mm+1 ppm、高程精度為20 mm +1 ppm 的星站GPS，和具有模擬信號電子記錄的測深儀，具有全天候作業(yè)、自動化程度高和抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。測量船舶要求抗風(fēng)浪能力不低于5 級?？刂茰y量儀器優(yōu)選雙頻GPS［1］。青海湖湖水位變幅小，水位自計(jì)儀選用量程10 m 級投入式壓阻水位自計(jì)儀。

2.3 控制網(wǎng)及水位控制

沿湖區(qū)已有2000 國家大地坐標(biāo)系B 級網(wǎng)4 點(diǎn)，和沿湖公路布設(shè)的一等、二等水準(zhǔn)點(diǎn)。充分利用保存完好的控制點(diǎn)(特別是水準(zhǔn)點(diǎn))，按C 級網(wǎng)要求，在B 級網(wǎng)內(nèi)加密控制網(wǎng)。其優(yōu)點(diǎn)是充分利用國家控制網(wǎng)的資源，利于基于青海省似大地水準(zhǔn)面的GPS 高程擬合，減少標(biāo)石埋設(shè)和水準(zhǔn)測量工作量［2］。

水位控制是湖泊容積測量的基礎(chǔ)，臨時水位站布置密度應(yīng)反映全測區(qū)內(nèi)水面的瞬時變化，并滿足推求的測線應(yīng)用水位或測點(diǎn)應(yīng)用水位的相對鄰近水位站水位的中誤差不應(yīng)大于2 cm 的要求。在青海湖西端鳥島、海心山、東南部151 基地、北部哈爾蓋河口各設(shè)立臨時自記水位站。海心山水位站的校核水準(zhǔn)點(diǎn)高程采用基于青海省似大地水準(zhǔn)面的GPS高程擬合成果［3］。

2.4 水域地形測量

測量方法以基于無驗(yàn)潮RTK 方式或有驗(yàn)潮DGPS 方式，測點(diǎn)定位數(shù)據(jù)WGS－84 坐標(biāo)，分區(qū)采用七參數(shù)轉(zhuǎn)換為2 000國家大地坐標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)區(qū)域水下地形特征、1∶50 000成圖要求和準(zhǔn)確推求青海湖湖泊容積的目的，主測線基本按南北走向布設(shè)，測線間距為850 m，測點(diǎn)間距400 m，匯流河流入?yún)R段采用散點(diǎn)法進(jìn)行測量［4］。

水深測量測深儀采用船舷安裝方式。每日應(yīng)使用聲速剖面儀或水溫計(jì)、鹽度計(jì)測量預(yù)定測區(qū)的表層水溫及水體溫度的梯度、鹽度，測前使用其他器具比對測深數(shù)據(jù)，保證滿足相應(yīng)比例尺測深精度要求。當(dāng)湖區(qū)水域表層與底層水體的溫度差在2℃以上或出現(xiàn)明顯的水溫躍層時，必須分層改正聲速，率定測點(diǎn)水深［3］。

一般采用高精度手持GPS 測量水邊線平面坐標(biāo)，測量時，高程采用湖泊水位。洲灘測量采用測記法(應(yīng)繪出草圖)，當(dāng)洲灘寬度小于500 m 并在中高水淹沒時，可采用測時水位高程反推洲灘高程。

2.5 湖泊容積曲線

通過調(diào)查與利用實(shí)測系列水位資料，確定水位頻率曲線。利用參與成圖的有效測點(diǎn)數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型(DEM 模型)，計(jì)算各級高程下的相應(yīng)湖泊容積，高程級差宜為基本等高距。繪制湖泊容積曲線的最大高程應(yīng)不小于1%頻率湖水位。若無實(shí)測系列水位資料，則通過調(diào)查湖泊歷史最高湖水，參與確定湖泊容積曲線。

2.6 進(jìn)度控制

根據(jù)測區(qū)水文氣象條件和使用測量裝備和測量手段，內(nèi)外業(yè)工期分別按30、40 d 控制。青海湖屬特大型高原湖泊，具有氣候多變的特點(diǎn)。2010 年，外業(yè)測量期選擇了青海湖區(qū)氣候條件相對較好、風(fēng)浪較小的7～9 月。

有效利用湖區(qū)的生產(chǎn)生活資源，特別是碼頭分布資源，在湖區(qū)東西部各設(shè)置臨時基地。以海心山為界將湖區(qū)分為東西部兩個水域，并分區(qū)進(jìn)行水域測量作業(yè)，以減少輔助測量時間，從而增加有效工作時間。工程進(jìn)度可根據(jù)方案落實(shí)情況順延或提前。

3 質(zhì)量控制

合格的測量儀器是保證測繪產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)，所使用的水準(zhǔn)儀、GPS、全站儀、水位自記儀和測深儀等測量儀器均應(yīng)有完整的檢定資料或比測資料，并處于法定有效期內(nèi)。測量前，參與項(xiàng)目人員必須全員學(xué)習(xí)策劃文件及相關(guān)規(guī)范、規(guī)定和法規(guī)，并經(jīng)培訓(xùn)后持證上崗。在質(zhì)量控制上，遵循“三級檢查、一級審核、一級驗(yàn)收”制度。

嚴(yán)控引用數(shù)據(jù)和啟用數(shù)據(jù)，堅(jiān)持一置入、二校核和紙質(zhì)記錄;質(zhì)控組不定期巡查控制各作業(yè)組測量方法的合理性、有效性;各作業(yè)組作業(yè)期間應(yīng)及時進(jìn)行測量資料的合理性檢查和比對，保證資料的可靠性;定期備份測量數(shù)據(jù)，嚴(yán)防資料丟失;各組應(yīng)按規(guī)定測量一定的檢查線資料，對檢查和比對不合格的數(shù)據(jù)應(yīng)及時分析和查找原因，及時返測。

4 組織管理

青海湖容積測量工作任務(wù)艱巨，且需多單位協(xié)作，情況較為復(fù)雜。由項(xiàng)目主管單位、測量單位、湖區(qū)海事、漁政和保護(hù)區(qū)管理等單位組成青海湖湖泊容積測量總指揮部(前線項(xiàng)目部)負(fù)責(zé)項(xiàng)目工程的實(shí)施，組織結(jié)構(gòu)框架見圖2。

圖2 青海湖容積測量組織結(jié)構(gòu)框架

5 保障措施

5.1 安全保障

針對青海湖湖泊測量工作的復(fù)雜性和艱巨性，安全保障堅(jiān)持“安全第一、預(yù)防為主”的工作方針，建立應(yīng)對突發(fā)事故和險(xiǎn)情的應(yīng)急預(yù)案，并在測量實(shí)施前組織必要的應(yīng)急演練。

前線項(xiàng)目部與當(dāng)?shù)貧庀蟛块T建立氣象信息服務(wù)平臺，及時有效地為測量組提供湖區(qū)氣象信息，明確提出限定測量船舶安全作業(yè)時的氣象、湖況條件，根據(jù)雨情、風(fēng)浪等條件判斷是否出湖作業(yè)，及時傳達(dá)預(yù)報(bào)并做出調(diào)度安排。水上作業(yè)人員必須穿救生衣，嚴(yán)格遵守乘船安全制度，嚴(yán)禁非駕駛?cè)藛T私自操作船只。嚴(yán)禁搭乘與測量工作無關(guān)的人員。

測量工作現(xiàn)場在青海湖自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)內(nèi)，應(yīng)嚴(yán)格遵守保護(hù)區(qū)各項(xiàng)法律法規(guī)，嚴(yán)禁獵殺動物和鳥類。

所有測量船配備符合國家相關(guān)規(guī)定的經(jīng)船舶檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)的救生一只、甚高頻電臺1 部和衛(wèi)星電話1 部，并懸掛國旗和測量旗。在測量期，采用雙船相鄰測線平行作業(yè)方式，以便在發(fā)生故障或意外時可互相照應(yīng)。此外，每條測船配置一套安全應(yīng)急預(yù)案，在駕駛室、作業(yè)艙顯眼地方張貼前方指揮部、110、120 或海事救助電話。任何測量船舶均不得在預(yù)報(bào)風(fēng)力達(dá)到5 級及以上時進(jìn)行航行作業(yè)。

加強(qiáng)安全知識培訓(xùn)工作，在項(xiàng)目實(shí)施前，各組成員必須進(jìn)行安全知識及水上應(yīng)急事故救援預(yù)案培訓(xùn)，加強(qiáng)對工作人員、測量船舶的安全管理和教育，提高工作人員的素質(zhì)和安全意識。安全員切實(shí)負(fù)責(zé)各個環(huán)節(jié)中安全工作的督促檢查。

5.2 后勤保障

依據(jù)青海湖的位置、交通及生活條件，基本上屬高原區(qū)測量，其后勤保障工作任務(wù)艱巨。臨時測量生活基地選擇鳥島、漁場碼頭，分別距西寧約120、210 km。每處基地需滿足20 人起居及工作，基地所需建設(shè)、生活物資從西寧購置并運(yùn)輸至基地。主要物資及臨時建筑物包括必須的生活設(shè)施、住宿條件和應(yīng)急發(fā)電設(shè)備。基地配備手持衛(wèi)星電話、15 W 高頻電臺，主要用于應(yīng)對突發(fā)事件及緊急救援時提供通訊保障。

6 結(jié) 語

湖泊容積是重要的基本國情信息，湖泊容積測量是第一次全國水利普查的重要內(nèi)容之一。針對高原湖泊——青海湖的水文、氣象、地域條件，采用成熟的測量技術(shù)、測量手段和先進(jìn)的測量裝備，是獲取湖泊重要特征的基礎(chǔ);有效的應(yīng)急預(yù)案和可靠的安全保障措施，特別是雙船并行作業(yè)的安全措施是湖泊容積測量的重要保障;強(qiáng)有力的組織管理和質(zhì)量控制手段是保證測量產(chǎn)品成果質(zhì)量的有效措施。測量方案可為其他西部高原湖泊容積測量提供參考。

［1］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T 17424－2009 差分全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(DGNSS)技術(shù)要求［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［2］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T 18314－2009 全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［3］中華人民共和國水利部.SL197－97 水利水電工程測量規(guī)范［S］.北京:中國水利水電出版社，2005.

［4］國家測繪局.GB/T 2009－2010 全球定位系統(tǒng)實(shí)時動態(tài)測量(RTK)技術(shù)規(guī)范［S］.北京:測繪出版社，2010.