浑河闸改建后水位库容关系曲线的测定

谢海亮

（辽宁省大伙房水库管理局，辽宁抚顺113007）



浑河闸改建后水位库容关系曲线的测定

谢海亮

（辽宁省大伙房水库管理局，辽宁抚顺113007）

［摘 要］通过对浑河闸上游河道地形的测量数据的采集，采用Cass软件和Excel软件计算、分析，从而得到了浑河闸工程的水位闸容关系曲线和关系式，为浑河闸工程的调度控制运用提供依据，使浑河闸工程的防洪、灌溉等兴利作用发挥的更加充分。

［关键词］浑河闸；水位；闸容；关系曲线；Cass软件；DTM三角网法

1　工程概况

浑河闸（亦称谟家堡闸）位于浑河中下游，距大伙房水库75 km，坐落于沈阳市铁西区后谟家堡村。浑河闸是沈阳城市防洪的出口控制断面，担负着沈阳城市的防洪任务，是浑河沈阳城市的防洪体系的一个重要组成部分。同时浑河闸也是大伙房水库下游灌溉用水控制工程，担负着沈阳市于洪区、苏家屯区、辽中县、新民市和辽阳灯塔等地区农田灌溉任务。

2008年，浑河闸进行了除险加固，拦河闸闸底板高程由31.5 m降至30.5 m，原浑河闸最大泄量为5 883 m3/s，改建后的浑河闸最大泄量为7 341 m3/s，2013年12月工程投入使用。改建后的浑河闸闸容明显增大，且由于浑河闸运行50余年，上游的河道地形也有了很大变化。原有的老闸水位闸容曲线已经满足不了实际的工作需要，此次测定的闸容是从浑河闸闸前至蓄水时回水所至位置砂山橡胶坝，总长度约8 km。

2　数据采集

首先，对测区进行控制网的布置，共选取26个控制点，使用全站仪采用导线测量的方法测定每个控制点的坐标及高程，对测量的数据进行误差分析，分析结果在误差允许范围内，采取距离平差的方法把误差平均分配到每一个控制点。

其次，使用全站仪结合棱镜和皮尺，采取碎步测量的方法（每30 m一个断面）采集数据，采用Cass软件进行展点，剔除与实际不符的坐标点最终得到的数据作为库容计算的依据。

3　闸容曲线的计算

闸容曲线是表示水闸水位与其相应闸容关系的曲线，它是以水位为纵坐标，以闸容为横坐标绘制而成的。闸容曲线的常规算法是利用地形图，通过求积仪或数方格法，量算不同等高线与闸轴线所围成的闭合区域的面积［1］。然而这两种方法的计算任务量比较大。现浑河闸的闸容曲线计算采用通过Cass软件中的土石方计算的方法获得对应高程的土石方回填量。计算起始高程为闸底板高程30.5 m，每隔0.5 m递增至36.5 m，其中上游设计洪水位36.13 m。

3.1方法的选择

Cass软件中计算土石方量的方法有DTM法、断面法、方格网法等，结合库容曲线的计算原理只有DTM法、方格网法比较符合。但由于方格网法是将每个方格均视为独立的规则面，这与计算场地的实际地形是有差别的，具有一定的局限性，所以在实际生产中，为保证土方计算的准确性，方格网法多应用于场地较平坦的土方计算，不适合河道这种复杂地形的土石方回填计算［3］。而DTM法在点位密度满足的情况下，适用于各类的地貌，DTM法中的三角网法在建立完三角网后可以根据实际地形对三角网进行修改，使其与实际地形更加吻合，消除不必要的误差。

3.2闸容的计算

3.2.1计算原理

DTM三角网法是根据测量的地面坐标数据生成三角网，通过对已生成的三角网进行修改使其更符合实际地形，利用修改后的三角网来计算每一个三棱锥的填挖方量，最后累加到指定范围内的填方和挖方量。

3.2.2操作方法

1）通过坐标文件生成三角网，并进行修改；2）用鼠标点取“工程应用”菜单下“DTM法土方计算”子菜单中的“依图上三角网计算”；3）填写平场标高；4）批量选取三角网；［3］5）记录高程和对应的填方量。

3.2.3计算成果

通过DTM三角网法计算得到水位闸容关系见表1。

表1　水位闸容关系

3.3闸容曲线的拟合

通过对原有浑河闸水位闸容曲线进行拟合，并结合浑河流域的实际情况，发现二次函数拟合度最好，最终选择二次函数作为闸容曲线的数学模型［2］：

其中：H——水位，m；V——库容，万 m3；a0，a1，a2——系数。

把表1的数据在Excel表格中以水位为纵轴、库容为横轴绘成散点图，添加二次函数趋势线进行拟合，最终得到浑河闸闸容曲线、关系式和拟合度（拟合度越接近1拟合效果越好）见图1。

图1　浑河闸水位闸容关系曲线（DTM三角网法）

关系式为：H=29.92+0.006V-0.000 006V2，R2=0.997。

4　结语

通过对浑河闸闸容曲线的率定得出以下主要结论及建议：

1）在浑河闸闸容曲线的计算过程中建议使用DTM三角网法，在使用DTM三角网计算时，由于三角网是计算机自动生成的，与实际地形有一定的差别，在算闸容时根据实际地形对其进行修改。

2）在用Excel进行曲线拟合时，建议使用二次函数作为水位闸容曲线的数学模型。

3）考虑到浑河闸的实际情况，建议采用水位闸容关系式：V=15.44H2-803.4H+10 248，其中R2= 0.999。

4）浑河闸管理处已测定的水位闸容曲线与实际情况的吻合度较高，理论上可以应用。现有河道由于除险加固时进行了清淤、护坡及河道修整，工况条件较好。在今后的运行中，可能由于淤积、上游河道采砂等情况引起闸容的改变，建议及时对测定的水位闸容曲线进行重新率定。

［参考文献］

［1］申建霞，王丽学.水资源规划及利用［M］.郑州：黄河水利出版社，2010：29-30。

［2］吴启煌，袁泉.使用电子表格解算拟合水位库容关系曲线的多项式方程组［J］.水电与新能源，2010（5）.

［3］刘建英.南方Cass软件土方量计算方法的探讨以及特殊地貌土方量计算［J］.城市勘测，2008（5）108—115.

［中图分类号］TV698.1+8；P332.3

［文献标识码］B

［文章编号］1002—0624（2016）07—0066—02

［收稿日期］2016-02-29