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)

水庫庫容是水庫發電、防洪調度中的一個非常重要的技術參數，庫容的變化直接影響調洪時水量的平衡及發電量的多少。為及時了解水庫因泥沙淤積等原因引起的庫容變化，需經常進行庫容的復核測量。結合柬埔寨甘再水電站庫容復測工程實例，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(基本設計)。該工程為Ⅱ等工程，水庫規模屬大(2)型。電站總裝機容量為194.1 MW。水庫庫區主河道長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(以下稱為RTK)結合華測D330測深儀對河道進行斷面測量的數據采集，從而大大縮短了相關測量工作的時間。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的位置，地形圖顯示了庫區的大致地形。在進行水下測量之前，可以根據地形條件適當加密某些區域、合理安排測量線路。

3 布置E級GPS控制點

鑒于整個庫區為狹長型地形，我們在原有的庫區航測圖上合理布設控制點后再到實際地方踏勘選點，最終在整個庫區兩岸共布置了15個GPS E級控制點，高程均在152 m以上。內業計算中，在GPS控制網中用了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一平差計算。TN04點已知值與平差值結果比較情況見表1。

4 外業地形點的采集

表1 E級GPS控制點平差結果對比表

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。滿足規范要求后進行下一步作業。

4.1.2 直線段斷面定位及數據采集

為保證所采集的斷面數據在同一條直線上，在RTK采集岸上地形點時，利用了數據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”采集數據，直至一個斷面數據采集完成。

彎段斷面數據采集根據現場的實際情況沿水邊線間隔15～30 m，步驟與直段相同。

4.2 水下斷面數據的采集

水下斷面數據的采集采用華測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并在不同介質表面會產生反射現象的原理，利用超聲波換能器(探頭)發射超聲波，測出發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)；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，與潮位無關，從而達到無驗潮效果，這也是測深儀D330自身具有的優點。

(1)設備的安裝與校正。

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)測深儀的安裝與調試。

同岸上斷面數據采集一樣，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，并通過數據線將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。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，測深設備安裝完成，可以使用。

測深設備安裝好后，將船固定在某一個地方，打開hydrosounder、hydroservey軟件，設置好吃水深度，點擊連接，測深儀顯示該處水下深度、點擊記錄，存儲數據(如不一致則重新檢查、校正，直至測深數據一致)，啟動測量船，開始測量。

(3)主河道深水區斷面數據的采集。

深水區水下地形數據采集時，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行駛很容易分辨不出方向，會出現盲目采集、測點重復采集現象，為克服這一問題，需要將預先規劃設定的參考線的實際位置傳輸到測深儀電腦上，這樣，測船在行駛數據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，調整測船的行駛方向。方法是岸上斷面數據采集完成后，將所有的斷面數據粘貼到南方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，復制、拷貝到測深儀電腦上并將此圖設置為背景，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，根據背景顯示的斷面線位置，數據采集時調整測深船航行，盡量保證測船的運行軌跡與參考線一致。測深儀設置每隔3 s自動采集水深數據，包括GPS平面位置、高程和水深。背景圖拷貝這一方法較傳統的兩岸設置斷面標志要省時、省力，既提高了測量精度，又加快了測量速度(圖2)。

4.3 數據處理

圖2 測深儀電腦屏幕測船行駛軌跡示意圖

水深數據采集完成后，需要對測深數據進一步進行編輯。水深數據采集時，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，對于這種數據，就需要人工進行數據檢查與編輯處理，以保證所測量的水深與實際的水深一致。水深數據編輯好后，其數據格式為*.dep格式。為滿足繪圖要求，需將測深數據*.dep格式轉換成*.dat格式，以方便導入南方Cass成圖軟件中進行繪圖計算。

4.4 庫尾或淺灘區地下數據的采集

庫尾或淺灘區由于水面至水底較淺且庫尾清庫不徹底，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，待數據采集完畢、RTK數據導出后，將所測高程減去對應的深度即為該點水底高程。

5 斷面的繪制

外業數據采集完成后，將岸邊、主河道、淺灘區的地形點數據全部導入到南方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、等高線。用復合線將斷面上的各點依次連接起來；然后點擊Cass軟件中工程應用-繪斷面圖-根據已知點坐標，根據命令提示，選擇連接各斷面點的復合線，在彈出的對話框中設置斷面比例、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，保證換能器垂直于河面；若連接桿傾斜，經聲波測出的深度不是垂直于河道的深度，將會造成數據失真。同時應注意控制測船的速度和方向，風浪大時應停止作業。

8 結 語

庫容在水利工程中越來越重要，它不僅是水利樞紐規劃設計階段的重要參數之一，而且在工程運營管理過程中也十分重要。筆者總結了柬埔寨甘再水電站庫容復測時用到的一些作業方法，可供同行參考借鑒。筆者相信：隨著科技水平的發展，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與管理工作；