水库库容和淤积测量技术研究

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1、水库库容和淤积测量技术研究摘要：摘要：作者应用全球定位系统(GPS)和回声测深技术，对水库库容和淤积测量进行了研究，并提出了三角形构网方法，经实际运用取得了满意的效果。关键词：GPS库容淤积测量近年来，我国洪水灾害频繁发生，给国民经济和人民生命财产带来严重威胁和重大损失。水库作为人类蓄水发电、灌溉和防洪调度等的重要设施，发挥着越来越大的作用，并取得了巨大的社会效益和经济效益。水库库容和淤积量是水库调度的重要参数，其精度直接影响到水库的防洪安全与蓄水兴利。随着现代测控技术的迅速发展，将其应用到水利电力领域是一项值得研究和推广的课题。本文在分析传统水库库容及淤积量测量所存在问题的基础上，依靠高精度

2、GPS(GlobalPositioningSystem,简称GPS)定位和回声测深技术，对湖南某库区水下地形进行了测量，并提出了根据三角形构网方法，利用“三角柱”的水柱体积和淤积体积来获得库容和淤积量的新见解，经实际运用，取得了满意效果。1常规库容及淤积量的确定　　常规的库容计算方法多采用断面法。其库区容量的计算模型为：(1)式中：Vi、Li为第i个断面到第i+1个断面间的库容和距离；n为分段个数；Si、m、d、hi分别为第i个断面的面积、测点个数、点间距和每个测点的深度测量值。　　采用断面法虽然操作简单，但受前提假设的制约，精度难以保证。淤积量是根据前后两次的的库容较差获得，库容不准确，淤积

3、量的计算精度就无从谈起。2高精度水下地形测量技术[1,2]2.1水下地形测量所谓水下地形测量，就是利用测量仪器来确定水底点的三维坐标的过程。随着GPS技术的迅速发展，水下地形测量方法取得了很大的进展。目前，水下地形测量技术已定型于采用GPS获取平面坐标，测深仪获取深度数据的基本模式。同时，为了获得水下地物的海拔高程，以及消除潮汐、水位落差等诸因素的影响，进行水位监测也是一个重要环节。水下地形测量现状示意图如下。针对上述现有模式，3库容和淤积量的计算方法3.1库容计算方法为了提高计算精度，充分利用水下地形测量数据，本文提出了一种三角柱计算库容的方法。该法建立在实际测点的基础上，根据图2，相邻三个

4、测点可构成的三角柱体积为：(5)设n为整个库区三角形个数，则整个库区的库容为：(6)3.2淤积量计算方法当库底为基岩构造时，采用双频(f1、f2)测深仪测深，淤积量的计算方法同库容相似。设相邻三个测点在淤积层表面利用f1测得深度分别为h1、h2和h3，利用f2，在对应点基岩上测得的深度分别为h′1、h′2和h′3，若设淤积层表面面积为S2，基岩上的面积为S3，则淤积量为：(7)式中淤积层上下面的面积S2和S3的计算方法同式(5)。　　则库区的淤积量为：(8)　　对于上述情况，V′的计算还可采用模型：V′=Vf2-Vf1(9)式中：Vf1、Vf2分别代表根据f1、f2测得的淤积表面、基岩表面上的

5、深度计算得到的体积。图2相邻三个测点构成的三角柱示意图3相邻三个测点构成的淤积三角柱示意　　然而，对于淤积层下地质是非基岩的情况，式(9)的库区淤积量计算模型就不再适用，而需要根据建库初期的原始床面(地形图)计算空库容，或者前期确定的库容量，与根据本次利用f1频率测量的水深(淤积层表面的水深)计算所得库容Vf1较差得到实际的库区淤积量。其计算模型为：V′=Vf1-V前期库容(10)4问题讨论　　本文所提出的基于现代水下地形测量技术的水库库容和淤积量确定方法相对于传统的断面法具有许多优点，诸如定位精度高、计算结果准确、所得数据可用于水下地形图的绘制及DTM的建立等。然而，相对于传统库容和淤积量的

6、确定方法，由于采用了先进的测控设备，无疑会增大测量和计算方法上的复杂度，但这些是可以通过计算机编程来自动化实现的。现将上述方法在实际数据处理中的几个难点加以讨论。　　(1)对于比较大的库区，如江河形成的自然库区，数据量会随水域面积的增加而急剧增大。在利用这些数据构造库区三角形时会因存储量和搜索范围过大，占用过多的计算机内存，可能会导致计算速度过慢或者死机。为克服这一问题，在三角形构造中可采用一种快速的三角形构网方法，即局域搜索法。根据测区范围和测点的数量，可事先对整个区域根据坐标进行划分，然后在结合拓展三角形的范围索引各个分割区，在小区域内实现快速搜索。这样可以大大的节约计算机内存，提高三角形

7、的构网速度。　　(2)通过水下地形测量可给出水面以下的深度，以及根据水面下的实测结果计算水底到水面高程变化的库容曲线，而对于高于当前水面的水位面库容曲线无法进行计算和绘制。为了得到一个全面反映库区容量变化的库容曲线，需要将库区边缘数字高程信息引入库容计算中。库区边缘陆地的数字高程信息可通过两种途径获得。一种是利用GPS载波相位差分技术进行动态地形测量获得；另一种方法是通过已有的地形图或DTM获得。