遼寧省小(2)型水庫庫容曲線測算系統(tǒng)技術研究

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)技術研究

修傳毫1，王 娜1，馬 濤2

(1.遼寧江河水利水電新技術設計研究院，沈陽 110003;2.遼寧省水利水電科學研究院，沈陽 110003)

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

分析，對系統(tǒng)的技術特點和功能結構等方面進行歸納總結，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用。研究表明:該成果的最大特點是方便、快捷、準確、可靠的計算水庫庫容等解決方案，解決了遼寧省小(2)型水庫復核人工計算庫容耗時、計算失誤多等問題，為水庫復核和水庫運行管理提供切實的依據。關鍵詞:斷面面積計算;水面面積計算;庫容計算;小(2)水庫復核;測算技術中圖分類號:TV222.2文獻標識碼:A

0 引言

遼寧省小(2)型水庫多建于“大躍進”和“文革”期間，由于受當時條件所限，大部分水庫在修建時沒有進行統(tǒng)一規(guī)劃設計，特別是相當數(shù)量的小型水庫沒有勘測和設計，缺乏技術指導，施工質量差，工程質量存在著先天不足。加之水庫運行多年，管理不完善，維修不到位，無監(jiān)測設施，使相當一部分水庫存在著安全隱患，庫區(qū)淤積嚴重，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，如對水庫防洪標準進行準確復核，首先應對水庫進行測量，測量內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核是根據大壩設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)行有關規(guī)范的要求。本技術方案是在現(xiàn)狀測量的基礎上進行水庫水位～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)場測量與軟件相結合的系統(tǒng)化技術成果，成果解決了水庫復核計算的關鍵技術，主要包括:①測量數(shù)據整編;②數(shù)據錄入;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。成果主要技術均通過多個小(2)水庫實際檢驗，技術成熟、使用、先進，適用于不同小(2)水庫水位——庫容計算。結合遼寧省小(2)型水庫庫容曲線測算實際應用，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系到工程安全，也涉及經濟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)劃設計階段的洪水頻率計算結果將發(fā)生變化，有的變化甚至很大。由于多數(shù)小型水庫，設計粗淺，加上長期運行淤積，導致庫容發(fā)生變化。因此，為了水庫合理調度、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行復核計算。下面結合小(2)型水庫復核中實際應用對系統(tǒng)主要功能進行介紹。

2 技術特點

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)運用先進的算法模型，實現(xiàn)系統(tǒng)計算結果準確可靠。

3)該算法充分考慮不同水庫庫區(qū)內地形千變萬化等復雜因素，尤其對水庫支流較多的水庫復核計算具有方便性、快捷性的特點。

4)通過計算成果信息網絡發(fā)布，實現(xiàn)系統(tǒng)的開放性。

3 系統(tǒng)功能設計

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，針對不同水庫庫區(qū)內地形錯綜復雜等特點，充分利用算法模型的軟件工程技術，建立了一套具有科學性，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、水庫橫斷面測量、水位—庫容計算、庫容計算、軟件系統(tǒng)的設計進行了深入的探討與研究。功能結構主要由數(shù)據采集、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)功能進行介紹。

3.1 水庫橫斷面布設

在庫區(qū)內按地形變化情況布設若干個有代表的橫斷面，所布設橫斷面應大致垂直流向，并注意斷面的構成形狀及代表性。第一條橫斷面應布設在平行水庫大壩的壩腳處。水庫最后一條橫斷面應布設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測至不低于水庫壩頂高程，相鄰兩條斷面的間距應根據兩斷面間構成圖形，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)各條橫斷面測點應測到完整的河床(庫底)變化的轉折點。

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:當水深≥5 m時，記至0.1 m;＜5 m時，記至0.01 m)，當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，并將計算結果進行統(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)的設計

軟件部分包括數(shù)據存儲、水位——河寬——斷面面積計算，水位——水面面積——庫容計算，數(shù)據導出等功能，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 結語

遼寧省小(2)型水庫庫容曲線測算系統(tǒng)是一項實際應用工程，系統(tǒng)的成功實施在于各部分的有機結合，本部分內容的研究充分的利用了水利技術、自動化技術、信息技術及統(tǒng)計學等方面知識。通過在系統(tǒng)開發(fā)、試運行中不斷的進行技術反饋解決了一些實踐中發(fā)現(xiàn)的問題，系統(tǒng)的設計方案科學合理的，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.交通科技與經濟［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］遼寧省科學技術農業(yè)攻關計劃項目(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。