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水利水电论文:基于RTK技术开展水下测量研究
作者:管理员    发布于:2020-09-16 16:22:24    文字:【】【】【
摘要: 介绍了基于RTK技术开展水下测量以获得泰安市黄前水库淤积现状的方法,并通过实测数据与历史数据的对比,分析得出淤积量变化的趋势,为水库防洪度汛和经济运行提供了重要依据。

  摘    要: 介绍了基于RTK技术开展水下测量以获得泰安市黄前水库淤积现状的方法,并通过实测数据与历史数据的对比,分析得出淤积量变化的趋势,为水库防洪度汛和经济运行提供了重要依据。

  关键词: RTK; 水库; 淤积测量;

  Abstract: This paper introduces the underwater survey method based on RTK technology to obtain the current siltation of Huangqian reservoir in Tai'an city. Through the comparison of measured data and historical data,the trend of change of silting volume is analyzed,which provides an important basis for the flood control and economic operation of the reservoir.

  Keyword: RTK; reservoir; siltation survey;

  1 、水库概况

  黄前水库位于泰安市郊泰山东麓,水源由泰山、长清岭和大青山的3条溪流汇聚而来,流域为扇形,控制流域面积292 km2,多年平均来水量6 000万m3。水库总库容8 248万m3,兴利库容5 913万m3,原设计为多年调节水库,以灌溉为主,结合防洪、养鱼,并兼有发电综合开发利用的一座中型水利枢纽工程。1992年,为缓解泰安市供水紧张局面,经省计委、水利厅批准,黄前水库在原有灌溉、防洪等功能的基础上,新增作为泰安市主要饮用水水源地这一功能。水库现日供水能力10万m3,占泰安市城区供水总量的70%以上。

  黄前水库流域以剥蚀构造地貌为主,山体浑圆坡缓,河流沟谷以“U”字型结构为主。丘陵平原区地形起伏较小,沟谷不发育,以残坡积及冲击堆积物为主。区域底层以太古界“泰山群”为主,分布于西部山区及东部丘陵带。目前,仍将“泰山群”及其之间的岩脉称为泰山杂岩,杂岩主要是由经受了不同变质作用,且大多又遭受混合岩化作用的正副变质岩组成,其岩性主要为:交代式花岗片、斑纹状混合岩、混合花岗岩、片麻岩等;此外,还有寒武系页岩、灰岩、砂岩和第三系红色砾岩在西南部零星出露;第四系则主要分布于山前及沟谷中,其岩性为洪积碎砾岩、坡洪积碎石、残坡积砾质土、冲洪积沙砾石及砾质土互层等。

  库区属暖温带大陆性半湿润季风气候,春季干燥多风,夏季炎热多雨,秋季晴和气爽,冬季寒冷少雪,多年平均气温18.5℃,不小于0℃积温3 821℃,年均无霜期196 d,多年平均降水量758 mm,75%的降水量集中于6月份~9月份,最大年降水量1 303 mm(1964年),连续3 d暴雨量238.6 mm,最小年降水量334.4 mm(1989年),多年平均径流深254 mm。

  黄前水库于1958年动工兴建,1960年建成蓄水,1983年水利工程“三查三定”核定:黄前水库为百年一遇洪水设计,相应水位209.00 m;万年一遇洪水校核,相应水位212.17 m。总库容8 248万m3,兴利库容5 913万m3,死库容440万m3。

  2 、RTK技术

  GPS(Global Positioning System,全球定位系统)实时动态(Realtime Kinematic,简称RTK)定位技术,是基于载波相位观测值的实时动态定位技术,可以在指定的坐标系下,实时提供测量点的三维定位结果,并实现厘米级精度。在RTK操作模式下,基站通过数据链路将其观测值和站位坐标信息传输给移动站。移动站接收来自基站的数据,并采集GPS观测数据,在系统中形成观测差值进行实时处理。
 

黄前水库泥沙淤积测量中RTK技术的运用
 

  RTK测量系统由以下分系统组成:GPS接收设备负责接收定位信号;数据传输系统用以实现基准站的数据发送和移动站的数据接收;软件系统具有实时求解移动站三维坐标的功能。

  与传统的手工测量方法相比,RTK具有测量精度高、作用距离远、受自然条件影响小、自动化程度高、经济效益好等优点。

  3、 测量过程

  黄前水库是一座中型水库,库面面积较大,人工实施断面测量工程量过大,因此本文采用无人遥控测量船搭载RTK测量设备的方式开展库区淤积自动化测量工作。

  RTK测量设备结合测深仪共同作用,即可精确定位库底某一点的三维坐标。按照均匀分布的原则密集测量水底泥面点的坐标参数,可以构建成型水下地形图,再运用叠加原理进行运算,可得到某一特定水位下的库容和水面面积。

  3.1 、坐标参数转换

  根据泰安市测绘局提供的控制点坐标,设置好GPS固定站和移动站的测量参数。

  平面坐标系采用1980西安坐标系,中央子午线117°;高程系统采用1985国家高程基准;投影方式采用高斯—克吕格投影,按3°分带,投影面用参考椭球面;接收间隔1 s。WGS84坐标与当地坐标系的转换四参数精度满足地形测量要求,转换参数见表1。

  表1 黄前水库测量转换参数表
表1 黄前水库测量转换参数表

  3.2、 测线规划与测量实施

  根据水下地形测量规范要求,测线是一系列间距15 m的平行线,测点密度为间隔5 m,将库尾及近坝、近岸区域的测线和测点进行加密,以减小误差影响。

  为保证测量精度,经过多次现场实际校核,设定船速为3.0 m/s。由导航仪实时检控测量船的航迹、航速,保证测量的平稳进行。

  4、 测量成果

  本文按规范要求对黄前水库210.00 m高程以下的水下和岸上共计11万个测量点进行了三维坐标测量。使用离散点法生成水下地形图,运用叠加原理,获得黄前水库水位—库容—淤积量关系表(见表2)。

  表2 泰安黄前水库水位—库容—淤积量关系表
表2 泰安黄前水库水位—库容—淤积量关系表

  5 、成果分析

  根据1973年5月山东省水文总站施测之库区地形图与建库前之地形图对比,自1960年至1973年,兴利水位以下总淤积量为389万m3;将本次测量的成果与水库管理局提供的1973年施测的地形资料相比较,1973年至今兴利水位以下淤积量为234.47万m3,自水库建成运行以来,黄前水库209.00 m高程以下总淤积量为623.47万m3。各特征水位库容情况见表3。

  由表3可以看出各特征水位下的库容都有变化,这主要是由水库淤积引起的。1973年之前测定的水库淤积量大于1973年之后的淤积量原因可大致归纳为以下几点:

  1)测量方式的差异。

  1973年进行的淤积测量采用经纬仪与回声测深仪相结合的方式,测量工具简单,人为影响较大,本研究测量采用先进的GPS实时动态定位技术,测量过程大大减少了人为干扰,准确度更高。

  表3 黄前水库特征水位原库容、现库容、淤积量对照表
表3 黄前水库特征水位原库容、现库容、淤积量对照表

  2)黄前水库不同年份来水量具有很大变化,差距悬殊。

  采用1963年—2005年来水量的统计资料,根据距平公式计算,生成黄前水库来水量距平历时曲线如图1所示。

  图1 黄前水库来水量距平历时曲线
图1 黄前水库来水量距平历时曲线

  由图1可以看出,黄前水库流域在1983年之前来水量变化幅度较小,在1984年之后,变化幅度逐渐加大。通过对两个系列进行t检验,1963年—1983年系列均值5 550,方差27 760 132,1984年—2005年系列样本均值6 902,方差70 126 026,前一个系列更为均匀。来水量分布不均匀加之黄前水库功能的不断强化,供水要求增加,一定程度上会影响水库淤积排泄。

  3)黄前水库流域森林植被覆盖率大大增加。

  根据2006年黄前水库流域遥感图像解译,黄前水库流域植被覆盖率达91%,大面积植被覆盖在拦蓄洪水的同时,大大减少了水土流失,从而使得入库泥沙量减少。

  参考文献

  [1] 张金伟,谢玉强.GPS-RTK技术在地形图测绘中的应用研究[J].中国金属通报,2018(8):276-278.
  [2] 赖斌.RTK技术在水下地形测量中的应用分析[J].化工管理,2018(5):170.

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脚注信息

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