欢迎您访问澳门银河娱乐场官网! 局长信箱 | 设为澳门银河娱乐场官网 | 加入保藏 | 澳门银河娱乐场官网
实施水利安徽战略,推动长江河道办理现代化  
文集 您现在的位置: 澳门银河娱乐场官网 >> 文集
水下库容测量与计算新技术在佛子岭水库的应用
编辑: 陈尚林 李钦荣 汪鹤卫 王山东 澳门银河娱乐场官网: 2012-06-28 【字体: 保藏 打印文章

【摘要】 本文先容了佛子岭水库库容的测量方法,论述了采用定向数字高程模型方式构建水下数字高程模型和经过三棱柱法精密计算水库库容的计算原理。本次采用的测量与计算方法与以往手工相比精度更高、成果更细致,为水库的调度、库淤剖析和及时把握水库库区的存水量提供了真实可靠基础数据。
 
1 概述

 佛子岭水库工程位于霍山县境内,距下游霍山县城17km,坝址以上控制流域面积1840km2,于1952年1月开工建造,1954年11月竣工蓄水。佛子岭水库连拱坝是新中国自行兴建的第一座混凝土高坝、解放后根治淮河水患的首批大型骨干防洪水库,是结合发电等综合利用的大(2)型水利水电枢纽工程。50年来,该水库在防洪、灌溉、发电和水产养殖等方面已发挥了巨大的经济与社会效益,而且随着社会经济的发展,它将发挥着越来越重要的作用。同时库区受自然变化和人为活动影响,原有库区地形图已不能完全反映库区现状的地形、地貌,为了包管水库的平安运转和最大程度地发挥综合效益,有必要对库区的地形、地貌实行一次全面测量,以了解水库淤积情况和水库实际有用库容。大家受安徽省佛子岭水库除险加固工程建造办理局委托实施了该次测量使命。为了方便和确保库容计算的准确性,本次测量水下局部采用了GPS全球卫星定位系统实行施测。

2 库区测量

2.1 控制测量

本次测量平面控制分两级布网,采用高斯正形投影,1954年北京坐标系3°分带,中央子午线为东经117°。按照从高级到低级逐级布设的原则,利用测区附近的国家高级控制点基东(II)、基西(II)和狼鼠尖(III)作为引据点,采用三台Trimble 4000 SSI GPS 接收机和三台Trimble 5700 GPS接收机以基线测量的方法首先布设了一个GPS D级网,作为首级控制;然后在GPS D级网的基础上,按照测区的实际情况又布设了两个GPS E级网。两级控制网库区覆盖率达85%以上。数据采用TGO1.5实行基线解算、平差,其中E级网最弱点点位中误差MP为8.3mm,边长相对中误差最大为1/185973。

为了与原测量资料配合使用,高程控制系统采用废黄高程系。按照山区地形测量的特点及其水库库区淤积测量劳动的实际情况,高程控制测量利用佛子岭电站提供的水准点BMA1(I)、BM8新(I)、和校1(I)作为起算数据采用全站仪电磁波三角高程导线及水准仪闭合水准路线相结合的方法实行布设,并设制了3个节点,实行统一平差,以满足库容精密计算的需要。共布设四等水准线路49.4km。

2.2 地形及固定断面测量

    库区地形测量范围以135m高程线为界,即对135米高程以下地形实行测量,测量比例为1:5000。固定断面测量沿河道(包括支流)轴线每200~300m布置一条固定断面,测图比例为1:500,并埋设断面永久性标点。实际测量中,断面位置的选取具有代表性,在弯道、汊口处均增设了断面,以满足库容淤积计算的需要。

地形及固定断面测量分为陆上和水下两局部实行。陆上局部地形采用Nikon -550型全站仪和Leica TC-705型全站仪按散点法采集数据,固定断面按断面法采集数据,并同水下局部连接,在地形转折变化处均加密了测点;水下局部采用Trimble 5700 GPS卫星定位系统以实时差分的方法定位,水深采用SDH-13D超声波测深仪和SDH-13A及SJ-1水深量化器实行测量,每完成一个断面均校对计算机与回声仪点数。测量中,测深与平面定位同时同位实行,以消除滞后误差,在高程变化处均加密了测点,真实地反映了地形的实际情况。

2.3 成果处理

水下局部地形数据经“河道水下地形自动成图App”自动处理生成等高线,并实行了人工干预和修改。陆上地形按照野外草图在计算机成图App中实行勾绘处理,并与陆上地形拼接,合成完整的库区全数字化地形图。为了方便下一步的库容计算劳动和确保其准确性,在图形编辑过程中,均注意保持了图形原来的三维属性。实测总面积约为32平方公里,共布设固定断面159条,总长度68.2Km。

 

3 库容计算

3.1 传统计算方法

传统库容计算首要采用等高线的台锥体公式和断面测量法。等高线法计算时是假定两等高线之间体积变化是线形性,对于两高程之间的地形起伏无法精确反映,特别对地势较为平坦地区,计算结果误差较大。要提高计算精确度就必须加密等高线,这将大大增加成图的难度。

断面法库容计算首要是在库区设定相互平行的断面,要求断面间的地形变化较为均匀,呈现线性,而且计算时针对不同高程的库容计算极其繁锁。当库区地形复杂,库区支流纵多时,计算精度将难以包管。

在全数字化测量的基础上,再采用传统的方法实行库容计算已不合时宜,为此大家开发了一套完整的库容精密计算程序来计算库容。程序的原理是针对河道、水库特征,构建数字高程模型,再按照几何原理计算库容。

3.2 水库数字高程模型构建

现在用于数字高程模型构建的程序很多,它根本能满足一般地形建模的需要,数字高程模型构建的效率很高,如ArcMap下的3D Analysis模块、AutoDesk Civil 3D等均具有此功能,但构建时为全自动,要想按照水库(河道)特征去构建难度很大。为此必须开发一套针对水下特征的三维地形成图与计算App。

水下测量时一般按照地形设定筹划线(断面),断面与河道(水库分支沟谷)垂直,在构建数字高程模型时,系统自动按照筹划线构成定向的数字高程模型;对于局部地形复杂区域,可以按照地形走势手动调整三角网的构成。在实际操纵中可以按照数字高程模型生成等高线或可视化三维地形,与实际地形比较再调整(如图2),最终真实地反映现状地形。数字高程模型是等高线生成的数据源,也是库容计算的基础。


图2 定向数字高程模型构建示意图

3.3 计算公式

采用定向数字高程模型构成的三角网布满全水库,库容就是由各三角形组成的三棱水柱(如图3)之和。计算公式采用三棱柱体积计算公式:


图3 三棱水柱示意图

图中:A、B、C - 分别为水下地面测点;

 A’、B’、C’- 分别为水下地面测点A、B、C的水面投影点;

 △ADE – 为△A’B’C’的平行面

设水面高为Z0;A、B、C 三点的高程分别为ZA、ZB、ZC,水深为HA、HB、HC;

棱柱体  

三棱锥 

由于 D、B到面△AEC的距离相等,所以

三棱锥

 

 

     

 

当数字高程模型中某些三角形只有一角在水下,如图4(左),GH为与水面交线,计算由△AGH构成的水体体积与面积;当有二角在水下时,如图4(右),GH为与水面交线,计算由△ABG与△AGH构成的水体体积与面积之和。


图4 特殊三角形示意图

当设定某一高程(水位)Z0时,其对应的:

总库容     

总水面面积   

经过设定不同的计算高程,可得出相对应的库容与汇水面积,见表1。

 表1   安徽省佛子岭水库库容计算成果表   

序号 高程    汇水面积     累积库容     分层库容                               

     (米) (平方公里)(万立方米)(万立方米)

1   83.0    0.09        7.95       0.85

2   83.1    0.10        8.87       0.92

3   83.2    0.11        9.89       1.02

4   83.3    0.13       11.09       1.20

5   83.4    0.14       12.43       1.34

6   83.5    0.16       13.92       1.49

7   83.6    0.18       15.58       1.66

8   83.7    0.21       17.48       1.90

……………………………………………………

592  134.8  26.52    57726.09    264.77

593  134.9  26.60    57991.64    265.55

594  135.0  27.71    58258.01    266.38

 

当高程间距很小时,可以得出精确的库容曲线。本次计算设定高程间距为0.1m,库容与水面面积曲线如图5。

            
图5 佛子岭水库库容曲线图

4 回顾

本次测量劳动以质量控制贯穿于始终,实行事先引导、中间检查和资料成果的校审为重要环节的全过程质量控制原则。详细制定测量技术设计书和工序流程图。每个项目均指派质量检查员,检查整过劳动过程的每个环节严刻按照技术标准、合同书的标准实行。同时配备了足够的技术力量和测量仪器,以满足整个测量劳动的需要。大家对每项测量劳动均实行三级检查、两级验收准则:即测绘劳动人员现场自查自校,外业队、院技术室检查验收。 

本次计算库容与以往的手工计算相比精度更高、成果更细致,将为佛子岭水库的调度、库容淤积剖析和及时把握水库库区的存水量提供了真实可靠基础数据,也为诸如此类型水库的测量计算提供参考。
 

 
 
版权所有:澳门银河娱乐场官网   邮箱:ahcjj@wuhu.cn    联系电话:0553-2232021
地址:安徽省芜湖市镜湖区北京路16号 邮编:241000 德厄萨斯
XML 地图 | Sitemap 地图