甘再水電站采用的庫容測量方法

周 其 輝， 楊 新 濤

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

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甘再水電站采用的庫容測量方法

周 其 輝， 楊 新 濤

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

水庫庫容是水庫發(fā)電、防洪調(diào)度中的一個非常重要的技術(shù)參數(shù)，庫容的變化直接影響調(diào)洪時水量的平衡及發(fā)電量的多少。為及時了解水庫因泥沙淤積等原因引起的庫容變化，需經(jīng)常進行庫容的復(fù)核測量。結(jié)合柬埔寨甘再水電站庫容復(fù)測工程實例，介紹了一個庫容測量新方法，供同行參考與借鑒。

柬埔寨甘再水電站；水庫庫容測量；測深儀；方法

1 概 述

柬埔寨甘再水電站工程位于柬埔寨王國西南貢布省(Kampot)境內(nèi)的Kamchay河干流上，距首都金邊約150 km，壩址距省會城市貢布約15 km 。水庫正常蓄水位高程150 m，校核洪水位高程151.88 m，死水位高程130 m。水庫總庫容7.18億m3(基本設(shè)計)。該工程為Ⅱ等工程，水庫規(guī)模屬大(2)型。電站總裝機容量為194.1 MW。水庫庫區(qū)主河道長16 km，河道最寬處4 km，最窄處280 m，平均水面寬度為600 m。由于工期要求，項目部決定采用GPS載波相位差分定位技術(shù)(以下稱為RTK)結(jié)合華測D330測深儀對河道進行斷面測量的數(shù)據(jù)采集，從而大大縮短了相關(guān)測量工作的時間。筆者介紹了這一測量方法的實施過程。

2 利用早期航測圖

充分利用建壩前期的航測圖、地形圖。早期的航測圖中有當時的主河道和支流在整個庫區(qū)的位置，地形圖顯示了庫區(qū)的大致地形。在進行水下測量之前，可以根據(jù)地形條件適當加密某些區(qū)域、合理安排測量線路。

3 布置E級GPS控制點

鑒于整個庫區(qū)為狹長型地形，我們在原有的庫區(qū)航測圖上合理布設(shè)控制點后再到實際地方踏勘選點，最終在整個庫區(qū)兩岸共布置了15個GPS E級控制點，高程均在152 m以上。內(nèi)業(yè)計算中，在GPS控制網(wǎng)中用了3個已知點控制點，分別為TN04、TN05、TN08。將其中TN05、TN08兩個點作為已知起算點，將TN04作為已知校核點,將TN04與未知點一起進行統(tǒng)一平差計算。TN04點已知值與平差值結(jié)果比較情況見表1。

4 外業(yè)地形點的采集

表1 E級GPS控制點平差結(jié)果對比表

4.1 岸邊采集地形點

4.1.1 點校正

RTK采用電臺模式，將GPS基站架好后需進行點校正。首先，測量控制點的實時坐標；然后，通過GPS手薄點校正功能計算實時坐標與已知坐標的差值，進行坐標校正。滿足規(guī)范要求后進行下一步作業(yè)。

4.1.2 直線段斷面定位及數(shù)據(jù)采集

為保證所采集的斷面數(shù)據(jù)在同一條直線上，在RTK采集岸上地形點時，利用了數(shù)據(jù)采集軟件的參考線功能。其操作步驟如下：

(1)在順直的河道左右岸各測量一個地形點，使之垂直于河道，該兩點形成的直線作為第一條斷面。

(2)將第一條斷面設(shè)置為參考線，參考線能保證其它斷面上的每一個點距第一個斷面的垂直距離相同。

(3)根據(jù)GPS手薄顯示待測點距參考線的垂直距離，移動GPS(RTK)，使GPS(RTK)位于需要測量的斷面線上(第一條斷面顯示距離為0 m，第二條為50 m，第三條為100 m……以此類推)。

(4)最后，將GPS依次立在斷面線上，點擊“測量”采集數(shù)據(jù)，直至一個斷面數(shù)據(jù)采集完成。

彎段斷面數(shù)據(jù)采集根據(jù)現(xiàn)場的實際情況沿水邊線間隔15～30 m，步驟與直段相同。

4.2 水下斷面數(shù)據(jù)的采集

水下斷面數(shù)據(jù)的采集采用華測GPS X90

(RTK)與華測D330測深儀組合儀器，將RTK與測深儀連接后，采集的點為同一點坐標。

采用D330測深儀采集庫水的深度。華測D330為單頻測深儀，其利用超聲波穿透介質(zhì)并在不同介質(zhì)表面會產(chǎn)生反射現(xiàn)象的原理，利用超聲波換能器(探頭)發(fā)射超聲波，測出發(fā)射波和反射波之間的時間差進行水深測量，測深范圍為0.3～600 m，測深精度為±1 cm+0.1%×H(水深)。目前廣泛應(yīng)用于水下地形測量中(圖1)。

圖1 測深儀工作示意圖

說明：h為GPS天線到水面的距離(即天線高)；a為吃水深度；b為換能器桿的長度(常數(shù))；s為換能器底部到水底的深度；H為水深；h0直接由RTK實時測得。

另外：Z=h0-h-H=水位-H，其中h0-h即為常說的水位。

如圖1所示，可知Z=h0-b-s，其中水底高程Z只與h0及S相關(guān)，與潮位無關(guān)，從而達到無驗潮效果，這也是測深儀D330自身具有的優(yōu)點。

(1)設(shè)備的安裝與校正。

測深儀最主要的功能是測量水面至河底的深度，測深精度關(guān)系到整個水下地形點采集的可靠性。測深儀在與RTK連接前，首先應(yīng)了解測深儀的測深性能。其方法是：將測深儀的換能器固定在測船的船舷上，連接測深電腦屏幕，單獨打開hydrosounder(測深)軟件，設(shè)置好吃水深度，電腦屏幕下方就會顯示該點水面至河底的深度，此時，測船保持不動，將測繩放入水中，量取該點深度，與測深儀電腦上顯示的深度進行比較，完成校正工作。

(2)測深儀的安裝與調(diào)試。

同岸上斷面數(shù)據(jù)采集一樣，先選擇一個視野開闊的地方架好GPS基站，模式為電腦模式，RTK手簿連接好后，首先進行點校正。點校正后，將GPS(RTK)與測深儀探頭安裝固定在船舷上，并通過數(shù)據(jù)線將GPS、測深探頭(換能器)連接到專用測深電腦上，打開測深軟件hydrosounder、hydroservey并連接，輸入GPS天線高、吃水深度、坐標改正的各種參數(shù)。當測深儀電腦上顯示的坐標、高程與RTK手簿上坐標高程顯示一致時，測深設(shè)備安裝完成，可以使用。

測深設(shè)備安裝好后，將船固定在某一個地方，打開hydrosounder、hydroservey軟件，設(shè)置好吃水深度，點擊連接，測深儀顯示該處水下深度、點擊記錄，存儲數(shù)據(jù)(如不一致則重新檢查、校正，直至測深數(shù)據(jù)一致)，啟動測量船，開始測量。

(3)主河道深水區(qū)斷面數(shù)據(jù)的采集。

深水區(qū)水下地形數(shù)據(jù)采集時，點間距不得大于15 m，且不少于5點在最窄河道處。橫斷面間距以不大于50 m為一斷面，在地形復(fù)雜(彎道多)的水域適當增加斷面。由于主河道有部分水域較寬(寬度達3 000 m左右)，測船在水域面積較大范圍內(nèi)行駛很容易分辨不出方向，會出現(xiàn)盲目采集、測點重復(fù)采集現(xiàn)象，為克服這一問題，需要將預(yù)先規(guī)劃設(shè)定的參考線的實際位置傳輸?shù)綔y深儀電腦上，這樣，測船在行駛數(shù)據(jù)采集時就能看到測船在水域中的實際位置，將其與參考線(斷面線)比對，調(diào)整測船的行駛方向。方法是岸上斷面數(shù)據(jù)采集完成后，將所有的斷面數(shù)據(jù)粘貼到南方cass軟件中，將參考線一并繪制到Cass里面，參考線顏色全部改為藍色，線寬0.3 mm，然后將含有參考線的Cass圖形文件另存為*.DXF格式文件，復(fù)制、拷貝到測深儀電腦上并將此圖設(shè)置為背景，測深儀電腦屏幕上就能顯示出每條參考線(斷面線)的實際位置，根據(jù)背景顯示的斷面線位置，數(shù)據(jù)采集時調(diào)整測深船航行，盡量保證測船的運行軌跡與參考線一致。測深儀設(shè)置每隔3 s自動采集水深數(shù)據(jù)，包括GPS平面位置、高程和水深。背景圖拷貝這一方法較傳統(tǒng)的兩岸設(shè)置斷面標志要省時、省力，既提高了測量精度，又加快了測量速度(圖2)。

4.3 數(shù)據(jù)處理

圖2 測深儀電腦屏幕測船行駛軌跡示意圖

水深數(shù)據(jù)采集完成后，需要對測深數(shù)據(jù)進一步進行編輯。水深數(shù)據(jù)采集時，由于不清楚水下地形的具體情況，偶爾會有不明物體干擾，使超聲波變化較大，從而造成測量水深的深度突變，對于這種數(shù)據(jù)，就需要人工進行數(shù)據(jù)檢查與編輯處理，以保證所測量的水深與實際的水深一致。水深數(shù)據(jù)編輯好后，其數(shù)據(jù)格式為*.dep格式。為滿足繪圖要求，需將測深數(shù)據(jù)*.dep格式轉(zhuǎn)換成*.dat格式，以方便導(dǎo)入南方Cass成圖軟件中進行繪圖計算。

4.4 庫尾或淺灘區(qū)地下數(shù)據(jù)的采集

庫尾或淺灘區(qū)由于水面至水底較淺且?guī)煳睬鍘觳粡氐?，遂采用RTK配合測繩采集水下地形點。在RTK采集點平面位置時，用測繩測出該點水下深度，將點名及深度記到記錄本上，待數(shù)據(jù)采集完畢、RTK數(shù)據(jù)導(dǎo)出后，將所測高程減去對應(yīng)的深度即為該點水底高程。

5 斷面的繪制

外業(yè)數(shù)據(jù)采集完成后，將岸邊、主河道、淺灘區(qū)的地形點數(shù)據(jù)全部導(dǎo)入到南方Cass軟件中，利用Cass中繪制等高線功能，首先建立DTM,生成三角網(wǎng)、等高線。用復(fù)合線將斷面上的各點依次連接起來；然后點擊Cass軟件中工程應(yīng)用-繪斷面圖-根據(jù)已知點坐標，根據(jù)命令提示，選擇連接各斷面點的復(fù)合線，在彈出的對話框中設(shè)置斷面比例、文字大小，點擊確定后，斷面圖自動生成(圖3)。

圖3 某樁號斷面示意圖

6 庫容量計算

庫容量的計算采用斷面法。斷面法計算庫容時，先計算相鄰斷面間的方量，然后將各相鄰斷面間的方量求和，得出總的庫容。

7 庫容測量中的注意事項

在測船上捆綁安裝測深儀時，必須將換能器固定在船舷上，用繩子或鐵絲拉緊換能器連接桿的兩側(cè)，保證換能器垂直于河面；若連接桿傾斜，經(jīng)聲波測出的深度不是垂直于河道的深度，將會造成數(shù)據(jù)失真。同時應(yīng)注意控制測船的速度和方向，風浪大時應(yīng)停止作業(yè)。

8 結(jié) 語

庫容在水利工程中越來越重要，它不僅是水利樞紐規(guī)劃設(shè)計階段的重要參數(shù)之一，而且在工程運營管理過程中也十分重要。筆者總結(jié)了柬埔寨甘再水電站庫容復(fù)測時用到的一些作業(yè)方法，可供同行參考借鑒。筆者相信：隨著科技水平的發(fā)展，測量儀器自動化程度會越來越高，在庫容測量方面用到的技術(shù)方法亦會不斷進步。

楊新濤(1987-)， 男，河南睢縣人，助理工程師，從事水利水電工程測量技術(shù)與管理工作.

(責任編輯：李燕輝)

2016-08-15

TV7；TV62；TV12；TV697.1

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1001-2184(2016)05-0051-03

周其輝(1973-)，男，四川邛崍人，工程師，從事水利水電工程測量技術(shù)與管理工作；