任 潔

(大連水利測繪公司，遼寧 大連 116021)

基于R T K技術(shù)的水電站庫區(qū)淤積與庫容測量

任 潔

(大連水利測繪公司，遼寧 大連 116021)

在水電站庫區(qū)維護(hù)管理過程中,需要對庫容即水面的變化進(jìn)行長期跟蹤監(jiān)測,基于國內(nèi)外研究情況,首先對G P S-R T K測量系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行了簡單分析;隨后對水電站庫區(qū)淤積與庫容測量從測量方案制定、測量數(shù)據(jù)處理、水下地形測量等方面進(jìn)行研究。研究表明:截至2015年,水電站庫區(qū)的淤積量達(dá)到12 807.53萬m3,占總庫容的5.5%。

G P S-R T K技術(shù);水電站庫區(qū)管理;庫區(qū)庫容監(jiān)測;庫區(qū)淤積監(jiān)測

在水庫運(yùn)行過程中，庫區(qū)淤積現(xiàn)象較為常見，這一方面會對水庫使用壽命造成影響，另一方面也會影響到水庫庫容，從而進(jìn)一步影響到水庫抗旱防洪功能的發(fā)揮。因此，做好庫區(qū)淤積以及庫容測量工作十分關(guān)鍵［1］。在水庫調(diào)度管理中，為了將水庫綜合效益發(fā)揮到合理水平，需要對淤積、庫容進(jìn)行有效計算，并根據(jù)計算結(jié)果及時清理淤泥［2］。接下來，本研究將對水庫水位、庫容和淤積等進(jìn)行測量，求出精確的水位-庫容-水面積關(guān)系曲線以及淤積量，從而為庫區(qū)安全運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供科學(xué)依據(jù)。希望相關(guān)研究能夠?qū)靺^(qū)淤積與庫容測量工作有積極意義，并對提升庫區(qū)管理實(shí)踐起到促進(jìn)作用。

1 GP S-R T K測量系統(tǒng)設(shè)計

1.1 GP S-R T K系統(tǒng)工作原理及應(yīng)用范圍

在工程測量實(shí)踐中，G P S-R T K技術(shù)發(fā)揮著顯著作用，因而受到測量界的廣泛認(rèn)可。G P S-R T K系統(tǒng)的工作原理是:在特定的時刻，用戶站能夠根據(jù)衛(wèi)星參數(shù)求得衛(wèi)星所在的空間位置;衛(wèi)星在獲取觀測點(diǎn)的信息后，會將數(shù)據(jù)傳輸給用戶站;根據(jù)后方交匯原理，用戶站可以測出觀測點(diǎn)的地形地貌三維特征［3］?？梢?，G P S-R T K系統(tǒng)具有明顯的實(shí)時動態(tài)觀測功能。本研究所使用的G P S-R T K在以下領(lǐng)域應(yīng)用效果較為理想:建立大地測量控制網(wǎng);能夠通過2臺G P S接收機(jī)對20km范圍內(nèi)的地形地貌進(jìn)行精確測量，測量精度可以達(dá)到0.05m;能夠?qū)Ｉ虾叫刑峁﹩吸c(diǎn)導(dǎo)航功能;與電子海圖和繪圖儀等設(shè)備聯(lián)合使用時，能夠?qū)崟r獲得精確水文資料［4］。

1.2 測量點(diǎn)水深測量

對水庫水深進(jìn)行測量時，需要將G P S-R T K系統(tǒng)與超聲波測深儀結(jié)合使用［5］。超聲波測深儀的工作原理是:超聲波測深儀向水下發(fā)射超聲波，超聲波在觸碰水底后會被反彈回來，并被接收機(jī)捕捉信號。經(jīng)過一定的時間，結(jié)合聲音在水中的傳播速度，即可計算出水深，測深原理如圖1所示。

1.3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

圖1 測深儀原理

由于G P S接收機(jī)的定點(diǎn)坐標(biāo)與計算機(jī)坐標(biāo)系統(tǒng)可能不一致，因此在獲得坐標(biāo)數(shù)據(jù)以后需要進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。本研究中，將采用7參數(shù)轉(zhuǎn)換法(1個尺度參數(shù)、3個旋轉(zhuǎn)參數(shù)以及3個平移參數(shù))把原始坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為計算機(jī)系統(tǒng)可以處理的坐標(biāo)數(shù)據(jù)［6］。

2 水電站庫區(qū)淤積與庫容測量

2.1 測量方案

本研究中，基礎(chǔ)控制網(wǎng)的等級為D級;G P S網(wǎng)點(diǎn)布置在水庫兩側(cè)，相鄰網(wǎng)點(diǎn)距離為8km左右，共設(shè)置有25個 G P S網(wǎng)點(diǎn)。在對水庫進(jìn)行觀測時，共使用了6臺G P S接收機(jī)，其中2臺需要保持180m i n的連續(xù)觀測，另外4臺在同步觀測90m i n后會被重新布置。在觀測過程中，需要將衛(wèi)星截止高度角設(shè)置為15°，將數(shù)據(jù)采樣速率設(shè)置為10s/次，將衛(wèi)星圖形強(qiáng)度因子G T O P設(shè)置在8以下，并至少設(shè)定4顆觀測衛(wèi)星。經(jīng)過測量，得到控制網(wǎng)聯(lián)測點(diǎn)位數(shù)據(jù)，見表1。

表1 D級GP S控制網(wǎng)聯(lián)測點(diǎn)位

2.2 測量數(shù)據(jù)處理

對當(dāng)天測量所獲得的數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行閉合環(huán)檢驗［7］，檢驗結(jié)果見表2。由表2可知，閉合差在5.0ppm以上的環(huán)只有1個。這表明，本研究中所使用的測量網(wǎng)觀測精度較高，測量質(zhì)量符合D級網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

表2 基線向量全長相對閉合差情況統(tǒng)計

2.3 水下地形測量

如圖2所示，測深儀被置于測量船的底部，G P S接收機(jī)被置于船上5m高程處。在測量時，水位線為320m，岸坡需要測量的高程為333m。為了確保測量船的穩(wěn)定，會預(yù)先設(shè)置好導(dǎo)航路線，并將偏航距離控制在10m以內(nèi)。測量所得的數(shù)據(jù)分為2種:其一，G P S接收機(jī)按照1次/s的速度記錄數(shù)據(jù);其二，G P S接收機(jī)在測量船每移動3m時會記錄1次數(shù)據(jù)。對于這2種不同標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，在進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理時可任意選一種。

圖2 庫區(qū)斷面測量

3 庫容計算

在進(jìn)行庫容計算時，需按照式(1)進(jìn)行［8］:

式中:h—水面高程，m;N—所劃分的斷面總數(shù); Vh—水庫容量，萬 m3;—斷面的面積，萬 m2; Di，i+1—斷面i與斷面i+1的平均距離，m。

3.1 水庫水面面積和水庫庫容測量成果

根據(jù)測量任務(wù)，對測量范圍內(nèi)的所有庫區(qū)和主要河流進(jìn)行了實(shí)地測量。在水面高程為330m時，測量結(jié)果見表3。

表3 實(shí)測區(qū)域庫容和庫水面積

3.2 總庫容和水面面積成果

在水面高程為330m時，對水庫的面積和庫容進(jìn)行了統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果見表4。進(jìn)一步的，對總庫容的變化情況進(jìn)行統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果見表5。

表4 總庫容-面積成果統(tǒng)計

表5 總庫容變化統(tǒng)計

4 結(jié)論

在工程測量實(shí)踐中，G P S-R T K技術(shù)發(fā)揮著顯著作用，因而受到測量界的廣泛認(rèn)可。本文在對水電站的庫容和淤積進(jìn)行測量時，采用了G P S-R T K技術(shù)。在測量過程中，采用分段水位修正法，通過對測量水位進(jìn)行長期觀測，對大量觀察數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對測深斷面高程進(jìn)行修正，使得定位精度被提升至0.05m。測量結(jié)果表明，在水面高程330m時，2006年總庫容為231221萬 m3，2015年總庫容為218414萬 m3，10年間減少了 12807萬 m3。2015年最后一次測量結(jié)束時，水電站庫區(qū)的淤積量達(dá)到128075293.1m3，占總庫容的5.5%。希望本文研究能夠?qū)靺^(qū)淤積與庫容測量工作有積極意義。

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T V 697.2+2

B

1008-1305(2016)05-0116-03

10.3969/j.issn.1008-1305.2016.05.040

2016-01-26

任 潔(1980年—)，男，工程師。