基于R T K技術(shù)的水電站庫(kù)區(qū)淤積與庫(kù)容測(cè)量

任 潔

(大連水利測(cè)繪公司，遼寧 大連 116021)

基于R T K技術(shù)的水電站庫(kù)區(qū)淤積與庫(kù)容測(cè)量

任 潔

(大連水利測(cè)繪公司，遼寧 大連 116021)

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

G P S-R T K技術(shù);水電站庫(kù)區(qū)管理;庫(kù)區(qū)庫(kù)容監(jiān)測(cè);庫(kù)區(qū)淤積監(jiān)測(cè)

在水庫(kù)運(yùn)行過(guò)程中，庫(kù)區(qū)淤積現(xiàn)象較為常見(jiàn)，這一方面會(huì)對(duì)水庫(kù)使用壽命造成影響，另一方面也會(huì)影響到水庫(kù)庫(kù)容，從而進(jìn)一步影響到水庫(kù)抗旱防洪功能的發(fā)揮。因此，做好庫(kù)區(qū)淤積以及庫(kù)容測(cè)量工作十分關(guān)鍵［1］。在水庫(kù)調(diào)度管理中，為了將水庫(kù)綜合效益發(fā)揮到合理水平，需要對(duì)淤積、庫(kù)容進(jìn)行有效計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果及時(shí)清理淤泥［2］。接下來(lái)，本研究將對(duì)水庫(kù)水位、庫(kù)容和淤積等進(jìn)行測(cè)量，求出精確的水位-庫(kù)容-水面積關(guān)系曲線(xiàn)以及淤積量，從而為庫(kù)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)?kù)區(qū)淤積與庫(kù)容測(cè)量工作有積極意義，并對(duì)提升庫(kù)區(qū)管理實(shí)踐起到促進(jìn)作用。

1 GP S-R T K測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 GP S-R T K系統(tǒng)工作原理及應(yīng)用范圍

在工程測(cè)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(cè)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(shí)刻，用戶(hù)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(guān)測(cè)點(diǎn)的信息后，會(huì)將數(shù)據(jù)傳輸給用戶(hù)站;根據(jù)后方交匯原理，用戶(hù)站可以測(cè)出觀(guān)測(cè)點(diǎn)的地形地貌三維特征［3］?？梢?jiàn)，G P S-R T K系統(tǒng)具有明顯的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀(guān)測(cè)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(cè)量控制網(wǎng);能夠通過(guò)2臺(tái)G P S接收機(jī)對(duì)20km范圍內(nèi)的地形地貌進(jìn)行精確測(cè)量，測(cè)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(shí)，能夠?qū)崟r(shí)獲得精確水文資料［4］。

1.2 測(cè)量點(diǎn)水深測(cè)量

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

1.3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

圖1 測(cè)深儀原理

由于G P S接收機(jī)的定點(diǎn)坐標(biāo)與計(jì)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(gè)尺度參數(shù)、3個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)以及3個(gè)平移參數(shù))把原始坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以處理的坐標(biāo)數(shù)據(jù)［6］。

2 水電站庫(kù)區(qū)淤積與庫(kù)容測(cè)量

2.1 測(cè)量方案

本研究中，基礎(chǔ)控制網(wǎng)的等級(jí)為D級(jí);G P S網(wǎng)點(diǎn)布置在水庫(kù)兩側(cè)，相鄰網(wǎng)點(diǎn)距離為8km左右，共設(shè)置有25個(gè) G P S網(wǎng)點(diǎn)。在對(duì)水庫(kù)進(jìn)行觀(guān)測(cè)時(shí)，共使用了6臺(tái)G P S接收機(jī)，其中2臺(tái)需要保持180m i n的連續(xù)觀(guān)測(cè)，另外4臺(tái)在同步觀(guān)測(cè)90m i n后會(huì)被重新布置。在觀(guān)測(cè)過(guò)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(guān)測(cè)衛(wèi)星。經(jīng)過(guò)測(cè)量，得到控制網(wǎng)聯(lián)測(cè)點(diǎn)位數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1。

表1 D級(jí)GP S控制網(wǎng)聯(lián)測(cè)點(diǎn)位

2.2 測(cè)量數(shù)據(jù)處理

對(duì)當(dāng)天測(cè)量所獲得的數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行閉合環(huán)檢驗(yàn)［7］，檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，閉合差在5.0ppm以上的環(huán)只有1個(gè)。這表明，本研究中所使用的測(cè)量網(wǎng)觀(guān)測(cè)精度較高，測(cè)量質(zhì)量符合D級(jí)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

表2 基線(xiàn)向量全長(zhǎng)相對(duì)閉合差情況統(tǒng)計(jì)

2.3 水下地形測(cè)量

如圖2所示，測(cè)深儀被置于測(cè)量船的底部，G P S接收機(jī)被置于船上5m高程處。在測(cè)量時(shí)，水位線(xiàn)為320m，岸坡需要測(cè)量的高程為333m。為了確保測(cè)量船的穩(wěn)定，會(huì)預(yù)先設(shè)置好導(dǎo)航路線(xiàn)，并將偏航距離控制在10m以?xún)?nèi)。測(cè)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(cè)量船每移動(dòng)3m時(shí)會(huì)記錄1次數(shù)據(jù)。對(duì)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(shí)可任意選一種。

圖2 庫(kù)區(qū)斷面測(cè)量

3 庫(kù)容計(jì)算

在進(jìn)行庫(kù)容計(jì)算時(shí)，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(kù)容量，萬(wàn) m3;—斷面的面積，萬(wàn) m2; Di，i+1—斷面i與斷面i+1的平均距離，m。

3.1 水庫(kù)水面面積和水庫(kù)庫(kù)容測(cè)量成果

根據(jù)測(cè)量任務(wù)，對(duì)測(cè)量范圍內(nèi)的所有庫(kù)區(qū)和主要河流進(jìn)行了實(shí)地測(cè)量。在水面高程為330m時(shí)，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 實(shí)測(cè)區(qū)域庫(kù)容和庫(kù)水面積

3.2 總庫(kù)容和水面面積成果

在水面高程為330m時(shí)，對(duì)水庫(kù)的面積和庫(kù)容進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表4。進(jìn)一步的，對(duì)總庫(kù)容的變化情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表5。

表4 總庫(kù)容-面積成果統(tǒng)計(jì)

表5 總庫(kù)容變化統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)論

在工程測(cè)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(cè)量界的廣泛認(rèn)可。本文在對(duì)水電站的庫(kù)容和淤積進(jìn)行測(cè)量時(shí)，采用了G P S-R T K技術(shù)。在測(cè)量過(guò)程中，采用分段水位修正法，通過(guò)對(duì)測(cè)量水位進(jìn)行長(zhǎng)期觀(guān)測(cè)，對(duì)大量觀(guān)察數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)測(cè)深斷面高程進(jìn)行修正，使得定位精度被提升至0.05m。測(cè)量結(jié)果表明，在水面高程330m時(shí)，2006年總庫(kù)容為231221萬(wàn) m3，2015年總庫(kù)容為218414萬(wàn) m3，10年間減少了 12807萬(wàn) m3。2015年最后一次測(cè)量結(jié)束時(shí)，水電站庫(kù)區(qū)的淤積量達(dá)到128075293.1m3，占總庫(kù)容的5.5%。希望本文研究能夠?qū)?kù)區(qū)淤積與庫(kù)容測(cè)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。