導(dǎo)語(yǔ)：水庫(kù)容量計(jì)算探討一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

近年來(lái),我國(guó)各大中城市都面臨飲用水資源缺乏的問(wèn)題。水庫(kù)作為人類蓄水發(fā)電、灌溉和防洪調(diào)度等的重要設(shè)施,發(fā)揮著越來(lái)越大的作用,并取得了巨大的效益和經(jīng)濟(jì)效益。水庫(kù)庫(kù)容是水庫(kù)調(diào)度的重要參數(shù),其精度直接到水庫(kù)的防洪安全與蓄水興利。但由于興建水庫(kù)時(shí)的庫(kù)容測(cè)量方法和計(jì)算方法都較落后,并且隨著時(shí)間的推移大量的淤泥沉淀和水庫(kù)本身引起的局部地形變化。老的庫(kù)容數(shù)據(jù)在精度和現(xiàn)時(shí)性上都無(wú)法滿足城市建設(shè)的需要。本文在傳統(tǒng)水庫(kù)庫(kù)容測(cè)量基礎(chǔ)上,依靠高精度GPS(GlobalPositioningSystem,簡(jiǎn)稱GPS)定位和直接測(cè)深技術(shù)相結(jié)合,對(duì)七臺(tái)河庫(kù)區(qū)水下地形進(jìn)行了測(cè)量,并提出了根據(jù)三角形構(gòu)網(wǎng)方法,利用“三角柱”的水柱體積獲得庫(kù)容的新見(jiàn)解,經(jīng)實(shí)際運(yùn)用,取得了滿意效果。

一、常規(guī)庫(kù)容確定

1.斷面法。其庫(kù)區(qū)容量的計(jì)算模型為:

式中:Vi、Li為第i個(gè)斷面到第i+1個(gè)斷面間的庫(kù)容和距離;n為分段個(gè)數(shù);Si、m、d、hi分別為第i個(gè)斷面的面積、測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)、點(diǎn)間距和每個(gè)測(cè)點(diǎn)的深度測(cè)量值。采用斷面法雖然操作簡(jiǎn)單,但受前提假設(shè)的制約,精度難以保證。

2.等高線法。先求每條等高線與壩軸線所圍成的面積,然后計(jì)算每?jī)蓷l相鄰等高線的體積,其總和即是庫(kù)容。A1,A2,…,An+1依次為各條等高線所圍成的面積,h為等高距;設(shè)第一條等高線與第二條等高線間的高差為h′,第n條等高線(最低一條等高線)與庫(kù)底最低點(diǎn)間的高差為h″,則各層體積為:

這種方法只適用于水下地貌較規(guī)整的水庫(kù),或者精度不高的庫(kù)容概算,對(duì)于水下微地貌較多并未經(jīng)修整的大型水庫(kù),這種計(jì)算方法就不能滿足要求了。

二、高精度水下地形測(cè)量技術(shù)

1.水下地形測(cè)量所謂水下地形測(cè)量,就是利用測(cè)量?jī)x器來(lái)確定水底點(diǎn)的三維坐標(biāo)的過(guò)程。隨著GPS技術(shù)的迅速發(fā)展,水下地形測(cè)量方法取得了很大的進(jìn)展。水下地形測(cè)量技術(shù)已定型于采用GPS獲取平面坐標(biāo),測(cè)深儀獲取深度數(shù)據(jù)的基本模式。

2.GPS載波相位差分定位技術(shù)和回聲測(cè)深技術(shù)隨著GPS技術(shù)的發(fā)展,GPS日益廣泛應(yīng)用于水利電力工程的各個(gè)方面。為了提高定位精度,一般均采用差分技術(shù)。在眾多的差分技術(shù)中,偽距差分和載波相位差分是最為常用的兩種測(cè)量模式,后者的定位精度較高(厘米級(jí)),通常用于高精度的測(cè)量工程和研究中。

回聲測(cè)深儀是一種單波束測(cè)深設(shè)備,深度的測(cè)量是根據(jù)最小聲程決定。按照使用頻率個(gè)數(shù)的不同,又可分為單頻和雙頻。雙頻測(cè)深儀根據(jù)兩個(gè)頻率測(cè)量深度較差獲得淤積層厚度。

庫(kù)容測(cè)量采用現(xiàn)代水下地形測(cè)量方法,即利用GPS載波相位差分測(cè)量技術(shù)進(jìn)行平面定位,測(cè)深儀進(jìn)行深度測(cè)量,GPS和測(cè)深儀保證同步作業(yè),獲取水底測(cè)點(diǎn)平面和深度信息的作業(yè)模式。為了保證庫(kù)容的計(jì)算精度,需要對(duì)庫(kù)區(qū)進(jìn)行測(cè)線設(shè)計(jì),GPS和測(cè)深采樣也要按照水下地形測(cè)量規(guī)范等間隔或等時(shí)間采樣。設(shè)測(cè)量比例尺為1:Scale,測(cè)量船的平均速度為,則測(cè)線間距d和時(shí)間間隔Δt為:d=Scale×10-4

為了提高測(cè)量精度,在測(cè)線布設(shè)時(shí),還應(yīng)該考慮水下地形的變化趨勢(shì),若變化相對(duì)比較平坦,則測(cè)線間距可以適當(dāng)放寬,否則,需加密測(cè)線。這有利于使測(cè)點(diǎn)均勻分布于整個(gè)測(cè)區(qū),同時(shí)在測(cè)區(qū)水下地形變化復(fù)雜的地區(qū)使測(cè)點(diǎn)深度或高程能更好地反映水下地形的真實(shí)面貌。

但由于本次作業(yè)為北方冬季作業(yè),測(cè)深采用打孔量深的方法測(cè)量。

三、庫(kù)容計(jì)算方法

1.計(jì)算原理為了提高計(jì)算精度,充分利用水下地形測(cè)量數(shù)據(jù),本文提出了一種三角柱計(jì)算庫(kù)容的方法。該法建立在實(shí)際測(cè)點(diǎn)的基礎(chǔ)上,相鄰三個(gè)測(cè)點(diǎn)可構(gòu)成的三角柱體積為:

2.三角網(wǎng)的構(gòu)建Delaunay三角網(wǎng)是目前公認(rèn)的最優(yōu)三角網(wǎng),Delaunay三角網(wǎng)構(gòu)建必須滿足相互鄰接且不重疊的三角型的集合,每一個(gè)三角網(wǎng)的外接圓內(nèi)不包括其他點(diǎn)。Delaunay三角網(wǎng)的生長(zhǎng)算法的基本步驟首先從所采集的離散點(diǎn)V中選任意點(diǎn)P1為起始點(diǎn),查找離此點(diǎn)最近的點(diǎn)P2,然后連接P1P2作為基準(zhǔn)線;在基線的右邊應(yīng)用Delaunay法則搜尋第三點(diǎn)生成Delaunay三角形,以三角形的兩條新邊作為新的基線;重復(fù)該過(guò)程直至所有基線處理完畢。

四、本次水下地形測(cè)量實(shí)施及庫(kù)容的計(jì)算

為查清七臺(tái)河桃山水庫(kù)的蓄水量,國(guó)家測(cè)繪局第二大地測(cè)量隊(duì)受桃山水庫(kù)管理單位委托,承擔(dān)桃山水庫(kù)12平方公里的水下地形測(cè)量任務(wù)。本次作業(yè)正值嚴(yán)冬季節(jié),測(cè)深采用打孔量深的方法測(cè)量。具體的施測(cè)方法為:

首先在水庫(kù)的中心選取一條中軸線,沿中軸線采用GPS方法先測(cè)量4個(gè)已知控制點(diǎn),利用全站儀沿中線方向做一條導(dǎo)線并沒(méi)50米放一個(gè)中線點(diǎn),利用全站儀沿中線方向每隔50米做一個(gè)采點(diǎn)間隔50米的橫斷,利用全站儀準(zhǔn)確放出并測(cè)出橫斷點(diǎn)的坐標(biāo)及高程,利用打孔量深的方法計(jì)算出水下地形點(diǎn)的三維坐標(biāo),對(duì)坐標(biāo)采用Delaunay法則構(gòu)Delaunay三角網(wǎng),累計(jì)三角椎體積計(jì)算庫(kù)容。

由于冬季冰面作業(yè),其視線開(kāi)闊且放樣多為直線方向,利用全站儀給出方向,利用測(cè)繩控制距離,其放樣成本低、速度快。

作業(yè)前在內(nèi)業(yè)對(duì)水域進(jìn)行放樣點(diǎn)布設(shè)及編號(hào),保證了所有放樣點(diǎn)與量深點(diǎn)一一對(duì)應(yīng),水下地形點(diǎn)高程采取計(jì)算機(jī)查詢計(jì)算,減少了人工帶來(lái)的誤差。

4庫(kù)容測(cè)量、計(jì)算的實(shí)施及結(jié)論

本次測(cè)量由于為冬季作業(yè),采取了傳統(tǒng)測(cè)量方法。共投入放點(diǎn)組2個(gè),量深組3個(gè),共計(jì)15人,平均每天測(cè)量1.5平方公里(約600個(gè)水深點(diǎn))水下地形。

隨著市場(chǎng)任務(wù)的不斷增多,很多新的工程測(cè)量項(xiàng)目由于受工作環(huán)境、作業(yè)期、量測(cè)精度、工程消耗等因數(shù)的影響,要求作業(yè)人員根據(jù)具體情況合理調(diào)配儀器采用合理的測(cè)量及計(jì)算方法完成項(xiàng)目獲得較高的市場(chǎng)效益。