浅析静态库容计算方法.doc

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1、静库容计算方法的比较分析米鸿燕蒋兴华宰建(昆明理工人学国土资源工程学院昆明650093)摘要：库容计算的基本方法有数字高程模型(DEM)法、方格网法、断面法、等高线法及散点法等。由于水下地形的多样性、复杂性，在实际工程应用屮，同一水域采用不同的计算方法其库容量均有一定的较差。因此，什么情况下，利用那种计算方法，库容计算的精度如何,一直在探索过程屮。本文基于对静态库容计算屮的方格网法、断面法、等高线法、DEM法的基本原理、方法和优缺点比较分析，从理论上讨论它们的适用情况、条件及精度分析。(结果表明,DEM法适川丁所有场地，且精度较高，方格网法只适川

2、丁•平坦场地;断面法适川丁特别复杂的狭长带状地形场地。)关键词：库容计算；DEM模型法；方格网法；断面法；等高线法；比较分析中图分类号:P2710引言水利是国民经济的命脉，大江大河、湖泊水库的治理关乎国计民生。拦河筑坝、丰蓄枯用是科学进行江河治理、变水害为宝的有效途径。测定湖泊、水库的水卜•地形图，计算不同水位而积和库容、编算库容表、绘制库容曲线图及库区分幅地形图等是湖泊水库管理工作屮获得基础数据的重要环节，可以最人限度地利用水资源、有效地进行水库营运管理。因此,如何利用现代测量及数据处理技术，快速、精确、经济、可靠地获得水库管理所需要的基础数据

3、，为建立基于GIS的湖泊水库防洪和营运管理系统提供空间基础数据保障，是一项值得研究和推广的课题。测定水库库容、绘制库容变化曲线的主要工作有外业数据采集和内业数据处理，外业空间数据采集的主要工作就是水域水涯线及水下地形测量。传统的水库测量技术，一般來说，成果生产周期长、精度低、数据更新困难。随着“3S”技术的发展，现代测绘技术有了飞跃性的变革，采川全球卫星定位系统(GPS)的实时动态(RTK)方式，测定水面及水涯线点的平而位置和水而高程、利用测深仪测量水深,从而获得水域水卜地形图，而且，技术及方法日臻完善，工作程序日趋成熟，提髙了作业速度和精度。但

4、是，在内业数据处理过程屮，因水下地形的多样性、复杂性，同一水域采用不同的计算方法其库容量均有不同程度的差异。因此什么情况下，利用那种计算方法，库容计算的精度如何，什么条件和存在的问题等方面的研究是很有必要的。本文基于对静态库容计算屮的方格网法、断面法、等高线法、DEM法的基本原理、方法和优缺点比较分析，从理论上讨论它们的适用情况、条件及精度进行了分析。进而提出存在问题及结论。1静库容计算原理和方法水库库容是指某一水位以下的蓄水容积。所谓容积通常是指一•空间曲血与某一基准而之间的空间体积，或者理解为“能包容的最大体积”。所以，库容计算的实质就是计算

5、“包容体”的最大体积。库容计算的方法有“DEM法”、“断面法”、“格网法”、“等高线法”等。这些方法从原理上讲，都是按照微积分学的方法进行-切割、分块、求和。1.1断面法断面法计算库容，一般是根据水下地形图资料操作完成，少量的也有直接测量断面图及水域面积曲线进行计算。断面法计算库容的方法就是在某一高程水域的范围内，以一定的间距将计算水域划分成多个相互平行的横截而，根据计算高程水而与水下地形线所组成的断而图，计算每个断而所FEI成的而积(s),根据相邻两断而的而积及距离(d),按照微积分学的数学方法，计算出每相邻两断而间的体积，然后将各相邻断而的体

6、积求和，得出该高程而的库容总量。严,严扌丄扌扌―+—+―+4^40S1土右断面示竟图!•*1I>cnay>»sr«atLwbof*v^arVtrwcjitAl测量屮常采用的断而法计算库容的体积，其基本原理是根据旋转体体积计算原理、方法衍变而來的，对于均匀变化，上、下两个面相似且平行的梯形立方体(见图3),其体积一般计算公式为：(1)梯形立方体体积严密计算公式为:V梯=3^si+$阳++$冲)〃(3)计算区域的容量为：Q=XV

7、断面面积(&)的求法，传统的求法是采用格网法、剖面图法、求积仪法及解析法。前三种方法现代计算而积一•般较少便用，人部分则采用数值计算面积的解析法。即儿何图形法和坐标法。儿何图形法，是根据有关的边、角元索进行而积计算的方法，将不规则图形分割成矩形、梯形或三角形等简单儿何图形进行而积计算并求和。坐标法是指利用不规则多边形转折角的坐标值计算面积的方法，计算公式为：(4)(4)式屮小％为转折点的坐标值，(一般为距离和水深),n为多边形的边数，当i+l=n+l时,Xn+i=x],yn+i=yio1.2方格网法方格网法计算体积的计算公式和方法很多，计算库容一

8、般是在水下地形图的基础上完成。基本方法就是在水卜地形图上将所求水域划分为若干方格的正方形，根据每个方格网角点的高程及要求计算水域的水而髙