水库淤积量计算中的几个问题及其处理

摘要：目前，水库淤积测验多采用断面法进行。在测验方法合理、步骤到位的前提下，正确把握计算过程则是获得淤积量确切数值的关键。文章介绍了使用断面法施测时淤积量计算中的几个相关问题及相应处理方法。

关键词：淤积量；计算；问题；处理

中图分类号：TV697 文献标识码：A 文章编号：

使用断面法进行水库淤积测验时，其淤积量计算过程大致包括以下几个步骤：一，整理出大断面成果；二，计算各断面分级淤积面积；三，确定断面间距；四，逐段计算分级淤积量，并最终求得整个库区淤积量。现就我们在计算潘家口水库、大黑汀水库等水库淤积量时遇到的几个问题及相应处理方法介绍如下。

1、起始岸别不同时大断面成果的处理

断面法淤积测验是在整个库区设置若干测验断面，施测时，测船自一岸沿断面线方向向另一岸行进，同时，使用测深仪器测取水深（将水下地形绘于附有刻度线的记录纸上）；岸上作业人员利用测距仪器测取基线长度，并读取瞄向测船的视线与基线间的夹角。进行内业作业时，通过解平面三角形的方法，求得测船所在位置（即测深点）距起始点（断面端点）的距离，即起点距。

施测过程中，因每个断面所处地形各异，或因测验需要，起始岸别往往不同，有自左岸起始，也有自右岸起始。进行内业作业时，如按读图习惯统一将起点距换算为自左岸起始，则大断面图上即无须标注“左岸”、“右岸”字样，既便于读图，又便于年际间同一断面测验结果的比较。进行大断面成果处理时，结合水深测验成果，其每一定标点均应是水下地形转折点，如某一转折点处因故未定标，则应进行插补。

表1.a是某断面自右岸始测的一组起点距、水深数据。现试将其转换成自左岸起始的一组数据。首先根据左、右端点起点距，确定断面宽；以断面宽数值依次减各测点起点距，即得转换后的各测点起点距。此时，起点距按由大到小顺序排列。如表1.b所示。

表1.a 未经换算的起点距、水深数据

序号 起点距 水深

右端点 0

右水边 6.5 0

1 18.0 3.9

2 97.0 12.4

3 154 18.8

4 201 10.2

5 346 4.6

左水边 451 0

左端点 459

表1.b起点距转换过程

序号 起点距 水深

右端点 459

右水边 453 0

1 441 3.9

2 362 12.4

3 305 18.8

4 258 10.2

5 113 4.6

左水边 8.0 0

左端点 0

将测点序号按自左至右的顺序排列，相应地，起点距按由小到大顺序排列。同时，将水深数值反转过来，变成自左岸起始，即得到所需要的转换结果。如表1.c所示。

表1.c起点距、水深转换结果

序号 起点距 水深

左端点 0

左水边 8.0 0

1 113 4.6

2 258 10.2

3 305 18.8

4 362 12.4

5 441 3.9

右水边 453 0

右端点 459

2 面积曲线计算

大断面成果处理妥当后，即可进行断面面积曲线的计算。计算时，须首先依据水库库尾至库首的总落差确定水位级差大小，一般选用2m或5m。水位级差越小，计算结果的精度相对也越高。

对于河底地形单一的断面，只需逐级计算各水位级相应的过水面积即可；对于地形有起伏变化的断面，则需以高出某水位级的突出点为界，分段计算该水位级下的过水面积。表2为实测某断面的一组起点距、河底高程数据。以计算62.00m水位级下的过水面积为例。表中第3列在第5测点河底高程有一处

表2 需分段的水位级相应过水面积计算

序号 起点距 河底高程 62.00m水位级

起点距 河底高程

左端点 0 71.33

1 38.0 68.50 112 63.54

2 112 63.54 62.00

3 196 59.89 196 59.89

4 275 55.66 275 55.66

5 303 62.46 62.00

6 440 58.74 303 62.46

7 525 61.30 62.00

8 575 63.70 440 58.74

9 611 65.08 525 61.30

10 643 66.90 62.00

右端点 652 69.52 575 63.70

起伏，其河底高程大于第4、6测点且大于62.00m，故应以此点的起点距作为分界点，分别计算其左、右两部分过水面积，再将两者相加，以得到62.00m水位级下的总过水面积（表中第4列对应于62.00m高程的各点起点距需插值计算，表中未给出计算结果）。

将各分级水位及其对应的过水面积依序排列，组成断面的面积曲线。

3 断面间距的确定

断面间距无法准确测定，一直是困扰水库淤积量计算的一个问题。在既有地形图上，可以量得整个回水范围的长度。但若沿用此法以获得断面间距，一则较繁琐，二则精度不高。近年来，我们在测验中多采用手持GPS读取断面端点处的经、纬度坐标，并以此为依据确定断面间相对位置。将测淤断面绘于以经、纬度为纵、横坐标的库区地形图上，凭借该图测算断面间距，是一种较为实用的方法。

由于水库回水范围受到地理因素影响，以经、纬度为纵、横坐标的地形图，其纵、横坐标比例一般不会一致。如果直接用这类图量测断面间距，难免出现误差。为此，应首先将该图调整为纵、横坐标比例一致，再进行量算。图1是经调整后的经纬度坐标图。在已知整个回水范围长度的情况下，通过量测各断面在图上的间距，即可求得断面间距。具体来说，就是先在图上分别量得相邻两断面左、右岸端点间的直线距离，取其平均值作为两断面的图上间距，按此间距占全部断面间距之和的权重，计算该两断面间的实际距离。此法的优点在于，在缺少库区地形图及断面布置平面图情况下，仍可求得断面间距数值。

近年来，随着电子地图的广泛应用，测距方法也有了新的改观，我们可以借助电子地图确定断面间距。具体来说，就是先利用手持GPS定出断面左、右岸端点坐标，将这一数据输入电子地图相应查询对话框，之后，可在电子地图上确定出断面的具置；再利用电子地图的测距功能，对两断面间的距离进行多次量测，最后取其平均值，即可求得相应断面间距。使用电子地图测距，其精度可到米级，完全可以满足淤积量计算的精度要求。此种方法使用简便，易于操作，可有效缩减整个计算工作量。但是，利用这种方法有个前提，那就是所测水库的地理位置及航拍地形图都已在电子地图里，否则无法应用。尤其是一些小水库和新建水库，可能无法从图上查到。对此，可通过及时更新电子地图版本的方法，以获取更多不同类型水库的地理信息。

4 分级库容计算

4.1 计算公式选用

《水库水文泥沙观测试行办法》（以下简称《办法》）中规定，一般采用梯形公式计算分级库容；当相邻两断面分级面积之差与两者中较大者的比值大于40％时，使用台体公式。随着电子表格软件的应用，复杂公式的计算已经变得简便易行。从数学角度来讲，使用台体公式计算两断面间的库容更为恰当。因此，我们在计算分级库容时，均采用台体公式。

4.2第一断面至坝趾间的库容

进行水库淤积测验时，一般将距水库大坝最近的测验断面设为1＃断面。1＃断面与坝趾间总存在一段距离，在计算这段库容时，我们按照《办法》中所述，将1＃断面平移至坝趾，即坝趾断面采用1＃断面面积曲线，其间库容按柱体进行处理。

4.3 最末一断面至回水末端（库尾）间库容的计算

测淤断面设定后，距库尾最近的一个断面（即最末一断面）与回水末端（即库尾）间总存在一段距离。计算这部分库容时，在已知最末一断面距最高蓄水位相应回水末端所在位置间距离的情况下，分别插值计算出各水位级相应回水末端所在位置距最末一断面的距离，然后按锥体公式（台体公式特例）计算该区间的分级库容。参见表3。

表3 库尾段库容计算示例

15#断面 间距 （m） 距坝里程(km) 分级库容（104m3） 库尾 间距 （m） 分级库容（104m3）

水位 面积 水位 面积

125.30 0 1317 19.322

127.00 127 1317 19.322 32 127.00 0 1395 6

129.00 486 1317 19.322 89 129.00 0 3036 49

131.00 881 1317 19.322 157 131.00 0 4676 137

133.00 1302 1317 19.322 232 133.00 154 4676 297

4.4 分级水位在上、下两断面最低点高程之间时库容的计算

事实上，与各个分级水位相应的回水末端位置恰好处于某断面最低点处的情况出现的几率很小，大多数情况下，分级水位相应回水末端处于相邻两断面间某一位置。如图2所示，设215.00m水位相应回水末端恰在m断面与m+1断

面间。计算215.00m水位以下库容时，m断面之前，两两断面间直接用台体公式计算即可。同时，不应忽略m断面与m+1断面间的一部分库容。计算这部分库容（图中215.00m水位线与211.86m水位线所包围的部分）时，应首先插值计算出215m水位回水末端（图中A点）距m断面的距离，然后，使用m断面面积曲线，采用锥体公式计算A点与m断面间这部分库容。

5 结语

采用断面法进行水库淤积测验，要求在布置断面时，应能控制河段河相及其变化趋势（包括弯曲段及束窄段或展宽段），同时，断面方向与水位变幅内的地形等高线走向应基本垂直【1】。对于常年回水区内支流或汊沟较多的水库，支流或汊沟与干流交汇口处以及变动回水区范围内，应布置完整的测淤断面。施测时，应完整测得每个断面的大断面成果；对于变动回水区内的断面，须设法测得水下及陆上全部断面点据。

实践证明，只要断面布置恰当，测验时按有关规范要求进行，同时悉心处理上述库容计算中的几个问题，是能够测得并计算得较正确的库容值及淤积量值的。

参考文献：

【1】中华人民共和国水利部，《水库水文泥沙观测规范》，中国水利水电出版社，北京，2006.7。