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水库库容和淤积测量技术研究

[12-11 16:58:43]   来源：http://www.tmgc8.com  水利水电   阅读：3209次

f1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。若利用gps载波相位差分测量技术获得陆地数字信息，则gps天线相位中心的平面位置即为陆地测点的平面位置，相位中心的高程减去天线高便是陆地高程。

　　(3) 在(2)中，已有地形图与现有测量成果共同用于库容曲线计算时，两套资料的高程和坐标基准必须匹配。对于将水底点的深度转换成高程问题，传统的解决方法是，在进行水下地形测量的同时，同步进行水位观测，以获取水位面高程。当测区的水位面随时间(或距离)变化较大时，要定期(或定距离)的进行水位观测，并利用观测所得时间(或距离)与潮位的对应关系，内插出每一时刻(或每一位置)的水位面高程；若水位变化微小或基本不发生变化，无须内插，仅测量一个水位面高程即可。根据文献[3]和[4]，现代水下地形测量，省去了上述烦琐的过程，直接利用gps rtk技术获得水底点高程。根据图1和gps载波相位测量技术，只要量取gps天线相位中心到换能器之间的垂距hg-t得水位面的高程hsurface，进而获得水底点的高程hb。设h为测量的水深，gps相位中心的高程为hgps，则hb可表达为： hb=hsurface-h=(hgps-hg-t)-h  (11)       　　式(11)是在作业条件相对较好情况下计算水底点高程的模型，若由于波浪、船体的运动，上述条件很难满足，为此，在实际测量中需要引入姿态测量的内容。姿态测量通常采用波浪补偿仪或姿态仪，但由于仪器费用昂贵，这里引进gps姿态测量技术。只需增加船载的2台gps接收机，使可获得船体的姿态。仪器的架设如图4。 www.tmgc8.com\"07t04.gif   图4 测姿gps天线安放 　　根据文献[4]，gps测姿完全可以满足iho的精度要求。姿态参数(横摇r、纵摇p、动态吃水ds)测定后，便可对式(11)中的hg-t和h实施修正。设实际测量值分别为h′g-t和h′,则修正后的hg-t和h为： h=h′-δhr-δhp-ds=h′(cosp+cosr-1)-ds
           hg-t=h′g-t-δhg-t,r-δhg-t,p=h′ｇ-ｔ(cosp+cosr-1) (12) 这样，利用式(11)和(12)便可获得水底点的高程。这种方法无须进行水位改正，直接得到同陆地高程基准一致的高程。水下地形测量的平面坐标系统在测量时便可设置为同一系统；若不为同一系统，还要进行坐标转换。

5 实验及结论

　　该方法在湖南某“水库淤积测量及库容曲线修正研究”课题中得到了应用和验证。该水库为山区的一个天然水库(地质为岩石结构)，主要用于电厂的发电和蓄洪，水库面积约150km2。1998年，由武汉大学测绘学院(原武汉测绘科技大学地测学院)承担了此项测量工作，总计测量3～4万个测点。利用该方法计算仅花费不到2秒的时间，完成了库容的计算，不同水位面库容数据和库容曲线计算结果如表1所示： 表1 不同起算面的库容量 高程起算面/m 库容/m3 高程起算面/m 库容/m3 84.00
86.00
88.00
90.00
92.00
94.00
96.00
98.00
100.00
102.00 0.00
236.83
2605.17
4989.83
13215.12
33995.46
116176.44
425711.85
1202286.67
2594917.95 104.00
106.00
108.00
110.00
112.00
114.00
116.00
118.00
120.00 4693450.36
7870823.68
12656827.05
18927380.47
26959658.83
37062902.96
48781192.88
62376448.42
77688490.85 www.tmgc8.com 将这种方法计算所得库容曲线与结合已有淤积资料，并根据1963年所测得库容来推算而得到的库容进行比较，二者具有较好的一致性，进而说明这种方法具有操作简洁、计算快速、准确等常规方法所无法比拟的优点。 参 考 文 献：

[1] 赵建虎，张红梅.水下地形测量技术探讨 [j].测绘信息与工程，1999，88(4)：22-26.

[2] 梁开龙.水下地形测量 [m].北京：测绘出版社，1995.

[3] 赵建虎，周丰年，张红梅.水上gps水位测量方法研究 [j].测绘通报，2001：1-3.

[4] 赵建虎，刘经南，等.gps测定船体姿态方法研究 [j].武汉，武汉测绘科技大学学报，2000，25(4)：353-357.

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