修傳毫，王 娜，馬 濤

科技成果

遼寧省小(2)型水庫庫容曲線測算系統(tǒng)技術(shù)研究

修傳毫1，王 娜1，馬 濤2

(1.遼寧江河水利水電新技術(shù)設(shè)計研究院，沈陽 110003;2.遼寧省水利水電科學(xué)研究院，沈陽 110003)

對遼寧省小(2)型水庫庫容曲線測算系統(tǒng)在小(2)型水庫復(fù)核過程中的應(yīng)用情況進(jìn)行

分析，對系統(tǒng)的技術(shù)特點和功能結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行歸納總結(jié)，重點介紹斷面面積計算、水面面積計算及庫容計算三個實際應(yīng)用。研究表明:該成果的最大特點是方便、快捷、準(zhǔn)確、可靠的計算水庫庫容等解決方案，解決了遼寧省小(2)型水庫復(fù)核人工計算庫容耗時、計算失誤多等問題，為水庫復(fù)核和水庫運行管理提供切實的依據(jù)。關(guān)鍵詞:斷面面積計算;水面面積計算;庫容計算;小(2)水庫復(fù)核;測算技術(shù)中圖分類號:TV222.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

0 引言

遼寧省小(2)型水庫多建于“大躍進(jìn)”和“文革”期間，由于受當(dāng)時條件所限，大部分水庫在修建時沒有進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計，特別是相當(dāng)數(shù)量的小型水庫沒有勘測和設(shè)計，缺乏技術(shù)指導(dǎo)，施工質(zhì)量差，工程質(zhì)量存在著先天不足。加之水庫運行多年，管理不完善，維修不到位，無監(jiān)測設(shè)施，使相當(dāng)一部分水庫存在著安全隱患，庫區(qū)淤積嚴(yán)重，水位～庫容發(fā)也生了很大變化，給水庫防汛抗洪和控制運用都帶來就困難。

因此，如對水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行準(zhǔn)確復(fù)核，首先應(yīng)對水庫進(jìn)行測量，測量內(nèi)容分為水庫斷面測量和水庫主要水工建筑物測量二部分。水庫庫容曲線測算及特征值復(fù)核是根據(jù)大壩設(shè)計階段洪水計算的水文資料和運行期延長的水文資料，考慮建壩后上游地區(qū)人類活動的影響和大壩工程現(xiàn)狀，進(jìn)行水庫水位～庫容等特征計算，評價大壩工程現(xiàn)狀的抗洪能力是否滿足現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范的要求。本技術(shù)方案是在現(xiàn)狀測量的基礎(chǔ)上進(jìn)行水庫水位～庫容等特征測算。

遼寧省小(2)型水庫庫容曲線測算系統(tǒng)是現(xiàn)場測量與軟件相結(jié)合的系統(tǒng)化技術(shù)成果，成果解決了水庫復(fù)核計算的關(guān)鍵技術(shù)，主要包括:①測量數(shù)據(jù)整編;②數(shù)據(jù)錄入;③水位——斷面面積計算;④水位——水面面積計算;⑤水位——庫容計算等。成果主要技術(shù)均通過多個小(2)水庫實際檢驗，技術(shù)成熟、使用、先進(jìn)，適用于不同小(2)水庫水位——庫容計算。結(jié)合遼寧省小(2)型水庫庫容曲線測算實際應(yīng)用，介紹該成果。

1 工程概況

截止到2011年底，遼寧省現(xiàn)有小(2)型水庫339座(不包括大連)。已建水庫的抗洪能力不僅關(guān)系到工程安全，也涉及經(jīng)濟(jì)和社會影響等綜合性問題。水庫建成投入運行后，隨著運行期的延長，水文系列也不斷增加，規(guī)劃設(shè)計階段的洪水頻率計算結(jié)果將發(fā)生變化，有的變化甚至很大。由于多數(shù)小型水庫，設(shè)計粗淺，加上長期運行淤積，導(dǎo)致庫容發(fā)生變化。因此，為了水庫合理調(diào)度、安全、穩(wěn)定運行;充分發(fā)揮其防洪與興利效益的目的，需對水庫水位～庫容特征曲線重新計算，對水庫的特征值重新進(jìn)行復(fù)核計算。下面結(jié)合小(2)型水庫復(fù)核中實際應(yīng)用對系統(tǒng)主要功能進(jìn)行介紹。

2 技術(shù)特點

1)系統(tǒng)采用C/S開發(fā)模式，實現(xiàn)系統(tǒng)專業(yè)性與易操作性的統(tǒng)一，提高系統(tǒng)運行效率。

2)運用先進(jìn)的算法模型，實現(xiàn)系統(tǒng)計算結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

3)該算法充分考慮不同水庫庫區(qū)內(nèi)地形千變?nèi)f化等復(fù)雜因素，尤其對水庫支流較多的水庫復(fù)核計算具有方便性、快捷性的特點。

4)通過計算成果信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，實現(xiàn)系統(tǒng)的開放性。

3 系統(tǒng)功能設(shè)計

遼寧省小(2)型水庫庫容曲線測算系統(tǒng)的建立將充分運用現(xiàn)場測量取得的數(shù)據(jù)，針對不同水庫庫區(qū)內(nèi)地形錯綜復(fù)雜等特點，充分利用算法模型的軟件工程技術(shù)，建立了一套具有科學(xué)性，通用性和實用性的小(2)型水庫庫容曲線測算系統(tǒng)。對水庫橫斷面布設(shè)、水庫橫斷面測量、水位—庫容計算、庫容計算、軟件系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行了深入的探討與研究。功能結(jié)構(gòu)主要由數(shù)據(jù)采集、水位—河寬—斷面面積計算、水位—水面面積—庫容計算等部分組成。系統(tǒng)功能見圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能圖

下面針對幾個主要系統(tǒng)功能進(jìn)行介紹。

3.1 水庫橫斷面布設(shè)

在庫區(qū)內(nèi)按地形變化情況布設(shè)若干個有代表的橫斷面，所布設(shè)橫斷面應(yīng)大致垂直流向，并注意斷面的構(gòu)成形狀及代表性。第一條橫斷面應(yīng)布設(shè)在平行水庫大壩的壩腳處。水庫最后一條橫斷面應(yīng)布設(shè)在水庫水面歷年最大回水處附近。

3.2 水庫橫斷面測量

1)各條橫斷面兩岸最高點應(yīng)測至不低于水庫壩頂高程，相鄰兩條斷面的間距應(yīng)根據(jù)兩斷面間構(gòu)成圖形，采用中點互作垂直線取其算數(shù)平均值或采用中點連線、平均間距等方法確定。

2)各條橫斷面測點應(yīng)測到完整的河床(庫底)變化的轉(zhuǎn)折點。

3)水下部分可用船采用測深桿、測深懸垂等測深(水深測量的精度:當(dāng)水深≥5 m時，記至0.1 m;＜5 m時，記至0.01 m)，當(dāng)水深很大時可采用回深測深儀測深。水面高程減去各測點水深即為各測點的河床(庫底)高程。封凍期水下部分可打冰眼測深。

4)各條橫斷面測點起點距精度一般記至0.1 m，≥100 m時，可計至1 m。

3.3 水庫庫容計算

根據(jù)斷面測量成果，首先計算出水庫不同水位級各橫斷面面積，并求出相鄰橫斷面的平均面積，然后乘以兩斷面間的距離，即求出兩相鄰橫斷面的容積;將各容積加在一起，就可得出水庫不同水位級的容積;以不同庫水位和庫容點繪曲線即為水庫水位～庫容曲線;再由庫容曲線求得水庫面積曲線。計算方法如下:

分別計算每個斷面的斷面面積，計算兩相鄰斷面容積，并將計算結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計。

斷面法計算公式有:

1)平均斷面法計算公式為:

2)圓錐臺體積法計算公式為:

3)平均斷面法加圓錐臺體積法計算公式(設(shè)S1＞S2)為:

式中:Qt為相鄰兩斷面之間的容積;S1、S2為相鄰第一斷面、第二斷面的斷面面積;L為相鄰兩斷面的距離。

3.4 軟件系統(tǒng)的設(shè)計

軟件部分包括數(shù)據(jù)存儲、水位——河寬——斷面面積計算，水位——水面面積——庫容計算，數(shù)據(jù)導(dǎo)出等功能，并能實時繪成水位——河寬曲線、水位——斷面面積曲線、水位——水面面積曲線及水位——庫容曲線，見圖2。

圖2 水位——庫容曲線

4 結(jié)語

遼寧省小(2)型水庫庫容曲線測算系統(tǒng)是一項實際應(yīng)用工程，系統(tǒng)的成功實施在于各部分的有機結(jié)合，本部分內(nèi)容的研究充分的利用了水利技術(shù)、自動化技術(shù)、信息技術(shù)及統(tǒng)計學(xué)等方面知識。通過在系統(tǒng)開發(fā)、試運行中不斷的進(jìn)行技術(shù)反饋解決了一些實踐中發(fā)現(xiàn)的問題，系統(tǒng)的設(shè)計方案科學(xué)合理的，系統(tǒng)開發(fā)是成功的。新系統(tǒng)的運行對遼寧省小(2)型水庫庫容曲線復(fù)核工作提供直觀、穩(wěn)定、高效的支持。

［1］劉煒.斷面法水庫庫容計算模型的幾何分析［J］.人民黃河，2006(10):72－73.

［2］孫艷崇.交通科技與經(jīng)濟(jì)［M］.北京:中國建材工業(yè)出版社，2006.

［3］陳亮，史長瑩.基于 SQL、VB、AutoCAD VBA的水庫庫容計算［J］.海河水利，2007(04):49－52.

Study on Measuring System of Reservoir Capacity Curve for SmallⅡType Reservoir in Liaoning Province

XIE Chuan-hao1;WANG Na1and MA Tao2
(1.Liaoning River Water Conservancy ＆ Hydropower New Technology Design and Research Institute，Shenyang 110003，China;2.Liaoning Province Water Conservancy and Hydropower Scientific Research Institute，Shenyang 110003，China)

The application of measuring system of reservoir capacity curve for smallⅡtype reservoir is analyzed during the small II type reservoir review in Liaoning Province，the technological characteristic，function and structure of the system is summarized，mainly focusing on the introduction of section area calculation，water surface area calculation and reservoir capacity calculation.Some difficult problems such as time-consuming，many calculation errors in the process of small II type reservoir review are well solved by using the system，and it provides a comprehensive support for the reservoir review and practical basis for the reservoir management．

section area calculation;water surface area calculation;reservoir capacity calculation;small II type reservoir review;measurement technology

1007－7596(2013)06－0005－03

2013－04－25

［推廣項目］水利部科技推廣計劃項目(項目編號:TG1142)

［計劃項目］遼寧省科學(xué)技術(shù)農(nóng)業(yè)攻關(guān)計劃項目(項目編號:2011216001)

修傳毫(1981－)，男，遼寧沈陽人，工程師;王娜(1982－)，女，遼寧沈陽人，助理工程師;馬濤(1977－)，男，遼寧沈陽人，高級工程師。