河道槽蓄量计算模块功能设计与实现

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1、第45卷第2期人民长江V01．45．NO．22014年1月YangtzeRiverJan．，2014文章编号：1001—4179(2013)02—0066—05河道槽蓄量计算模块功能设计与实现王伟，叶敏，刘静波(1．长江水利委员会水文局长江水文技术研究中心，湖北武汉430010；2．中国人民解放军91561部队，广东广州510320)摘要：河道槽蓄量计算是水文专业最基本的计算之一，在流域开发、航道清淤、防洪减灾及河道整治等方面有着重要意义。分析了槽蓄量传统算法的优缺点，对传统的数字高程模型法进行了改进，改进后的方法

2、可用于计算DEM数据格式下带有比降的河道槽蓄量；对河道槽蓄量计算系统进行了功能设计与实现，给出了计算流程。，关键词：河道槽蓄量；断面地形法；数字高程模型法；系统设计与实现中囤法分类号：TP391文献标志码：A河道槽蓄量是指在某计算高程时，河道中水体的1传统方法体积。河道槽蓄量计算是水文专业进行河道演变分析、流域开发、防洪调度及河道治理的一项重要工河道槽蓄量计算的传统方法有断面地形法和数字作¨。通过河道槽蓄量计算，可进一步得到河道冲淤高程模型法，下文分别介绍这几种方法的原理及优缺量、河段平均冲淤厚度、槽蓄量高程曲线图

3、、槽蓄量沿点。程分布图、冲淤量高程曲线图、冲淤量沿程分布图等。1．1断面地形法常用的河道槽蓄量计算方法，主要有断面地形法(1)基本原理。断面地形法是人为地将测量河道和数字高程模型法。断面法是通过固定断面地形观测划分为若干河道横断面(如图1)，这些断面的位置确数据，利用数学上的梯形或截锥体积计算公式直接计定后，基本上是不变的，故称为固定断面。确定固定断算槽蓄量；数字高程模型法是利用河道地形DEM进行面便于将不同测次测量的断面地形进行套汇以发现断分析，通过计算DEM每个三角形区域上的槽蓄量，然面的形变，进一步分析断面处

4、河道的冲淤情况以及断后求和，得到整个选定区域河道的槽蓄量。面平均冲淤厚度等信息。现实世界中的河道水面往往是带有比降(落差)的，传统的槽蓄量计算方法，存在计算精度低或只能计算水面不带比降河道槽蓄量的缺点。对传统的数字高程模型法进行改进，利用叠置分析的方法，即模拟出带有比降的水面DEM，通过与河道地形DEM进行叠置图1河道断面示薏分析，计算河道槽蓄量。此方法可以弥补传统方法的断面地形法河道槽蓄量计算是根据河道水下实测不足。地形切割断面，按几何法直接计算河道泥沙的槽蓄量。在河道槽蓄量计算方法研究上，学者多是注重理根据某水

5、面线下沿程断面面积(A、A，)、断面间论方面的研究，详见参考文献[2—8]。本文对传统的距(，)计算两断面间槽蓄量△，各断面间槽蓄量算法进行分析和改进，主要研究河道槽蓄量计算系统之和即为河段槽蓄量。的设计与实现，更多地关注实际应用。梯形公式为收稿日期：2013～12—18作者简介：王伟，男，高级工程师，主要从事GIS与泥沙研究工作。E—mail：Wangw@ojh．com．cn第2期王伟，等：河道槽蓄量计算模块功能设计-0实现67AV=(A+AJ)×／2(1)如果。<≤，则截锥公式为(一孑)x(一，)area(4)

6、△V=(A+A，+～／4×A，)×l／3(2)当A>A，且(A一A，)／A>0．40时，采用(2)式。故。z：j×。。。×(一)(5)河段槽蓄量公式为V：’△V。如果<<，则(2)优缺点。断面地形法的优点在于只需要测量(z一)X(z一z)(6)河道各固定断面，测量的成果不需要大量人工处理，(一z6)×(z一)因此无论是外业还是内业，工作量都比较少；断面地形。f_1×[2×。×(一)+法面积和体积计算有精确的数学公式，算法比较简单，发展相对成熟，易于编程实现。该方法最大的缺点b×———×(—)Xh^](7)Z一Z在于

7、槽蓄量计算结果的精度受到河道断面切割密度的Ⅱf制约I4，即用有限的河道断面拟合现实中的河道，同如果Z≥z一则一河段断面个数越多，拟合结果越接近真实的河道地area=Sd(8)1形，但断面个数的增加必然增加断面测量的工作量。vol=area×[(z一。。)+÷(一z+一)]J1．2数字高程模型法(9)(1)基本原理。根据所需计算河道的数字高程模如果数字高程为TIN(不规则三角网)模型，则直型，累积计算构成TIN的每个三角形小区域上的槽蓄接采用上面的计算公式计算各三角形区域的槽蓄量，量，即为河道的总槽蓄量。图2为三三角

8、形区域上然后累加即为河道槽蓄量。如果数字高程模型为规则的槽蓄量计算示意图。格网，在把每个格网分作两个三角形后也可采用上面的计算公式计算槽蓄量。(2)优缺点。①能够充分利用河道地形挖掘数据的深层信息，可以弥补断面地形法对复杂河道地区计算精度低的缺点，同时该法可以计算绝对槽蓄量，弥补水沙平衡法不能计算绝对槽蓄量的缺陷；②计算结果能够可视化，易于形成直观认识，这也