渾河閘改建后水位庫容關(guān)系曲線的測定

謝海亮

（遼寧省大伙房水庫管理局，遼寧撫順113007）

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渾河閘改建后水位庫容關(guān)系曲線的測定

謝海亮

（遼寧省大伙房水庫管理局，遼寧撫順113007）

［摘 要］通過對(duì)渾河閘上游河道地形的測量數(shù)據(jù)的采集，采用Cass軟件和Excel軟件計(jì)算、分析，從而得到了渾河閘工程的水位閘容關(guān)系曲線和關(guān)系式，為渾河閘工程的調(diào)度控制運(yùn)用提供依據(jù)，使渾河閘工程的防洪、灌溉等興利作用發(fā)揮的更加充分。

［關(guān)鍵詞］渾河閘；水位；閘容；關(guān)系曲線；Cass軟件；DTM三角網(wǎng)法

1　工程概況

渾河閘（亦稱謨家堡閘）位于渾河中下游，距大伙房水庫75 km，坐落于沈陽市鐵西區(qū)后謨家堡村。渾河閘是沈陽城市防洪的出口控制斷面，擔(dān)負(fù)著沈陽城市的防洪任務(wù)，是渾河沈陽城市的防洪體系的一個(gè)重要組成部分。同時(shí)渾河閘也是大伙房水庫下游灌溉用水控制工程，擔(dān)負(fù)著沈陽市于洪區(qū)、蘇家屯區(qū)、遼中縣、新民市和遼陽燈塔等地區(qū)農(nóng)田灌溉任務(wù)。

2008年，渾河閘進(jìn)行了除險(xiǎn)加固，攔河閘閘底板高程由31.5 m降至30.5 m，原渾河閘最大泄量為5 883 m3/s，改建后的渾河閘最大泄量為7 341 m3/s，2013年12月工程投入使用。改建后的渾河閘閘容明顯增大，且由于渾河閘運(yùn)行50余年，上游的河道地形也有了很大變化。原有的老閘水位閘容曲線已經(jīng)滿足不了實(shí)際的工作需要，此次測定的閘容是從渾河閘閘前至蓄水時(shí)回水所至位置砂山橡膠壩，總長度約8 km。

2　數(shù)據(jù)采集

首先，對(duì)測區(qū)進(jìn)行控制網(wǎng)的布置，共選取26個(gè)控制點(diǎn)，使用全站儀采用導(dǎo)線測量的方法測定每個(gè)控制點(diǎn)的坐標(biāo)及高程，對(duì)測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析，分析結(jié)果在誤差允許范圍內(nèi)，采取距離平差的方法把誤差平均分配到每一個(gè)控制點(diǎn)。

其次，使用全站儀結(jié)合棱鏡和皮尺，采取碎步測量的方法（每30 m一個(gè)斷面）采集數(shù)據(jù)，采用Cass軟件進(jìn)行展點(diǎn)，剔除與實(shí)際不符的坐標(biāo)點(diǎn)最終得到的數(shù)據(jù)作為庫容計(jì)算的依據(jù)。

3　閘容曲線的計(jì)算

閘容曲線是表示水閘水位與其相應(yīng)閘容關(guān)系的曲線，它是以水位為縱坐標(biāo)，以閘容為橫坐標(biāo)繪制而成的。閘容曲線的常規(guī)算法是利用地形圖，通過求積儀或數(shù)方格法，量算不同等高線與閘軸線所圍成的閉合區(qū)域的面積［1］。然而這兩種方法的計(jì)算任務(wù)量比較大。現(xiàn)渾河閘的閘容曲線計(jì)算采用通過Cass軟件中的土石方計(jì)算的方法獲得對(duì)應(yīng)高程的土石方回填量。計(jì)算起始高程為閘底板高程30.5 m，每隔0.5 m遞增至36.5 m，其中上游設(shè)計(jì)洪水位36.13 m。

3.1方法的選擇

Cass軟件中計(jì)算土石方量的方法有DTM法、斷面法、方格網(wǎng)法等，結(jié)合庫容曲線的計(jì)算原理只有DTM法、方格網(wǎng)法比較符合。但由于方格網(wǎng)法是將每個(gè)方格均視為獨(dú)立的規(guī)則面，這與計(jì)算場地的實(shí)際地形是有差別的，具有一定的局限性，所以在實(shí)際生產(chǎn)中，為保證土方計(jì)算的準(zhǔn)確性，方格網(wǎng)法多應(yīng)用于場地較平坦的土方計(jì)算，不適合河道這種復(fù)雜地形的土石方回填計(jì)算［3］。而DTM法在點(diǎn)位密度滿足的情況下，適用于各類的地貌，DTM法中的三角網(wǎng)法在建立完三角網(wǎng)后可以根據(jù)實(shí)際地形對(duì)三角網(wǎng)進(jìn)行修改，使其與實(shí)際地形更加吻合，消除不必要的誤差。

3.2閘容的計(jì)算

3.2.1計(jì)算原理

DTM三角網(wǎng)法是根據(jù)測量的地面坐標(biāo)數(shù)據(jù)生成三角網(wǎng)，通過對(duì)已生成的三角網(wǎng)進(jìn)行修改使其更符合實(shí)際地形，利用修改后的三角網(wǎng)來計(jì)算每一個(gè)三棱錐的填挖方量，最后累加到指定范圍內(nèi)的填方和挖方量。

3.2.2操作方法

1）通過坐標(biāo)文件生成三角網(wǎng)，并進(jìn)行修改；2）用鼠標(biāo)點(diǎn)取“工程應(yīng)用”菜單下“DTM法土方計(jì)算”子菜單中的“依圖上三角網(wǎng)計(jì)算”；3）填寫平場標(biāo)高；4）批量選取三角網(wǎng)；［3］5）記錄高程和對(duì)應(yīng)的填方量。

3.2.3計(jì)算成果

通過DTM三角網(wǎng)法計(jì)算得到水位閘容關(guān)系見表1。

表1　水位閘容關(guān)系

3.3閘容曲線的擬合

通過對(duì)原有渾河閘水位閘容曲線進(jìn)行擬合，并結(jié)合渾河流域的實(shí)際情況，發(fā)現(xiàn)二次函數(shù)擬合度最好，最終選擇二次函數(shù)作為閘容曲線的數(shù)學(xué)模型［2］：

其中：H——水位，m；V——庫容，萬 m3；a0，a1，a2——系數(shù)。

把表1的數(shù)據(jù)在Excel表格中以水位為縱軸、庫容為橫軸繪成散點(diǎn)圖，添加二次函數(shù)趨勢線進(jìn)行擬合，最終得到渾河閘閘容曲線、關(guān)系式和擬合度（擬合度越接近1擬合效果越好）見圖1。

圖1　渾河閘水位閘容關(guān)系曲線（DTM三角網(wǎng)法）

關(guān)系式為：H=29.92+0.006V-0.000 006V2，R2=0.997。

4　結(jié)語

通過對(duì)渾河閘閘容曲線的率定得出以下主要結(jié)論及建議：

1）在渾河閘閘容曲線的計(jì)算過程中建議使用DTM三角網(wǎng)法，在使用DTM三角網(wǎng)計(jì)算時(shí)，由于三角網(wǎng)是計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成的，與實(shí)際地形有一定的差別，在算閘容時(shí)根據(jù)實(shí)際地形對(duì)其進(jìn)行修改。

2）在用Excel進(jìn)行曲線擬合時(shí)，建議使用二次函數(shù)作為水位閘容曲線的數(shù)學(xué)模型。

3）考慮到渾河閘的實(shí)際情況，建議采用水位閘容關(guān)系式：V=15.44H2-803.4H+10 248，其中R2= 0.999。

4）渾河閘管理處已測定的水位閘容曲線與實(shí)際情況的吻合度較高，理論上可以應(yīng)用?，F(xiàn)有河道由于除險(xiǎn)加固時(shí)進(jìn)行了清淤、護(hù)坡及河道修整，工況條件較好。在今后的運(yùn)行中，可能由于淤積、上游河道采砂等情況引起閘容的改變，建議及時(shí)對(duì)測定的水位閘容曲線進(jìn)行重新率定。

［參考文獻(xiàn)］

［1］申建霞，王麗學(xué).水資源規(guī)劃及利用［M］.鄭州：黃河水利出版社，2010：29-30。

［2］吳啟煌，袁泉.使用電子表格解算擬合水位庫容關(guān)系曲線的多項(xiàng)式方程組［J］.水電與新能源，2010（5）.

［3］劉建英.南方Cass軟件土方量計(jì)算方法的探討以及特殊地貌土方量計(jì)算［J］.城市勘測，2008（5）108—115.

［中圖分類號(hào)］TV698.1+8；P332.3

［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］B

［文章編號(hào)］1002—0624（2016）07—0066—02

［收稿日期］2016-02-29