董明軍,李 珠,朱夏炎,張 鵬
(1.黃河水利委員會(huì) 河南水文水資源局,河南 鄭州 450003;2.松遼水利委員會(huì),吉林 長春 130021)
水庫淤積測驗(yàn)數(shù)據(jù)管理軟件設(shè)計(jì)及應(yīng)用
董明軍1,李 珠1,朱夏炎1,張 鵬2
(1.黃河水利委員會(huì) 河南水文水資源局,河南 鄭州 450003;2.松遼水利委員會(huì),吉林 長春 130021)
介紹了小浪底水庫淤積測驗(yàn)數(shù)據(jù)管理軟件的開發(fā)背景和主要功能,軟件實(shí)現(xiàn)了測驗(yàn)管理、資料整編、成果計(jì)算、圖表輸出、精簡分析等功能,操作簡單,界面美觀,功能強(qiáng)大,有助于提高淤積測驗(yàn)數(shù)據(jù)管理水平,便于水庫淤積規(guī)律分析研究。
小浪底水庫;淤積測驗(yàn);數(shù)據(jù)管理;精簡分析;軟件
黃河作為一條多泥沙河流,其干支流水資源開發(fā)均面臨著一個(gè)重要的無法逾越的難題——水庫泥沙淤積,小浪底水庫從正式蓄水投入應(yīng)用后,高程275 m以下總庫容已從1999年的127.15億m3,減少到2006年汛后的105.88億m3,年淤積量平均有3.02億m3,研究水庫淤積形態(tài)、演變規(guī)律,延長水庫淤沙壽命,發(fā)揮水庫更大價(jià)值,每年都要投入大量人力、物力進(jìn)行水庫淤積測驗(yàn)以及淤積規(guī)律的分析、研究。
黃委河南水文水資源局從1998年開始連續(xù)多年進(jìn)行了小浪底水庫淤積原型觀測,收集了大量的第一手水庫淤積原始資料,為小浪底水庫淤積規(guī)律分析研究、水庫調(diào)度運(yùn)用提供了數(shù)據(jù)支撐。筆者在多年進(jìn)行水庫淤積測驗(yàn)和淤積規(guī)律分析研究工作中發(fā)現(xiàn),在水庫淤積測驗(yàn)數(shù)據(jù)管理存在以下問題:
1)原始數(shù)據(jù)分散,無法有效利用,原始數(shù)據(jù)仍采用TXT格式存儲,無法更好地加以利用;
2)缺乏有效管理,數(shù)據(jù)使用程度落后,資料使用過程中需要做大量繁瑣的數(shù)據(jù)摘錄、處理、計(jì)算等工作,既不利于資料價(jià)值充分發(fā)揮,也不利于淤積規(guī)律分析研究高效開展;
3)現(xiàn)有淤積計(jì)算程序均只能做簡單的庫容計(jì)算,沒有實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫管理,圖表功能較弱,僅能夠滿足數(shù)據(jù)整編要求,對淤積規(guī)律分析研究所起作用有限。
為解決這一問題,提高小浪底水庫淤積測驗(yàn)數(shù)據(jù)管理水平,筆者在多年從事水庫淤積測驗(yàn)資料整編、數(shù)據(jù)分析工作基礎(chǔ)上,開發(fā)完成了小浪底水庫淤積測驗(yàn)數(shù)據(jù)管理軟件,并在小浪底水庫淤積測驗(yàn)、資料整編及沖淤規(guī)律分析研究工作中得到應(yīng)用。
軟件采用Visual C#、.Net與數(shù)據(jù)庫相結(jié)合進(jìn)行開發(fā),界面友好,數(shù)據(jù)輸入、管理、查詢、打印方便,可完成淤積測驗(yàn)中各項(xiàng)數(shù)據(jù)的管理、查詢功能,為小浪底水庫淤積規(guī)律分析研究工作提供所需圖、表。軟件具有以下幾個(gè)特點(diǎn):
1)嚴(yán)格按照現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行編程;
2)實(shí)現(xiàn)淤積測驗(yàn)成果的錄入、查詢、計(jì)算、打印、輸出等功能;
3)能夠水庫淤積形態(tài)演變多種圖表繪制、打印、輸出;
4)實(shí)現(xiàn)淤積測驗(yàn)的精簡分析;
5)采用模塊化結(jié)構(gòu),具有很強(qiáng)的可擴(kuò)充性和容錯(cuò)性;
6)采用Windows多線程編程技術(shù),大運(yùn)算量后臺進(jìn)行,避免影響系統(tǒng)的其他運(yùn)行。
軟件采用C/S模式進(jìn)行開發(fā),數(shù)據(jù)庫使用SQL Server 2005,在開發(fā)過程中結(jié)合淤積測驗(yàn)工作和歷史數(shù)據(jù)情況,進(jìn)行了數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),建立了淤積斷面一覽表、淤積測次表、斷面測驗(yàn)數(shù)據(jù)表、測點(diǎn)測驗(yàn)數(shù)據(jù)表、庫容計(jì)算成果表等數(shù)據(jù)庫表。建庫過程中,還將小浪底水庫自1998年以來的歷年淤積測驗(yàn)成果進(jìn)行了入庫保存,首次建立完整的小浪底水庫淤積測驗(yàn)成果數(shù)據(jù)庫。
水庫庫容計(jì)算是該軟件的核心功能,是開展水庫淤積圖表繪制、成果計(jì)算的前提。在進(jìn)行庫容計(jì)算時(shí),若假設(shè)水庫河床深度、寬度沿程線性變化,則庫容可采用截錐體體積公式,計(jì)算公式:
式中:A1,A2為相鄰的兩個(gè)斷面某級水位以下的斷面面積,位m2;b為兩個(gè)斷面的概化間距,m;V為兩個(gè)斷面之間某級水位以下的庫容,m3。
庫容計(jì)算時(shí),從水庫河床的最低河底到水庫設(shè)計(jì)水位之間,用等高程步長的水平面將斷面間容積立體分層,對每一層的體積采用截錐公式計(jì)算,再逐層累計(jì)求和得到分級斷面間庫容,以建立水位~庫容曲線,并用于推算各級水位的水庫庫容。
軟件由文件管理、數(shù)據(jù)管理、圖表顯示、淤積成果、精簡分析等幾個(gè)模塊組成。
5.1 文件管理模塊
完成數(shù)據(jù)庫、用戶權(quán)限以及添加淤積測次、添加斷面、刪除數(shù)據(jù)、水沙入庫、數(shù)據(jù)庫備份與還原等操作。其中添加測次是將某次淤積測驗(yàn)形成的若干斷面測驗(yàn)成果文本文件,批量導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫。
5.2 數(shù)據(jù)管理模塊
實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)信息管理、測驗(yàn)數(shù)據(jù)管理,并實(shí)現(xiàn)各種測驗(yàn)數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)信息按條件查詢。
5.2.1 基礎(chǔ)信息管理:包括各淤積斷面的基本信息、斷面標(biāo)點(diǎn)信息、斷面距壩里程信息等基礎(chǔ)信息的添加、刪除與修改。
5.2.2 測驗(yàn)數(shù)據(jù)管理:包括水下部分測驗(yàn)、外業(yè)數(shù)據(jù)合并處理以及庫容計(jì)算。
1)水下部分測驗(yàn):通過逐點(diǎn)或批量輸入起點(diǎn)距、水深,完成外業(yè)水下部分測驗(yàn),并可讀取岸上GPS測量數(shù)據(jù),以圖形化方式與歷史實(shí)測大斷面進(jìn)行對比,便于測驗(yàn)人員更好開展測驗(yàn)。
2)外業(yè)數(shù)據(jù)合并處理:對淤積測驗(yàn)中形成的淤積斷面各個(gè)岸上部分(GPS、全站儀)、水下部分(測深儀、鉛魚)原始數(shù)據(jù)文件進(jìn)行合并,生成斷面完整數(shù)據(jù)文件。
3)庫容計(jì)算:采用截錐體容積公式和多線程技術(shù),實(shí)現(xiàn)對水庫干支流、各級水位的庫容計(jì)算??煞謩e計(jì)算干流、各條支流的庫容,并匯總各級水位的水庫總庫容。
5.3 圖表顯示模塊
顯示如斷面套繪、逐年淤積變化、沿程淤積變化、最低點(diǎn)沿程變化等多種水庫淤積演變的相關(guān)圖表,以便于對水庫淤積演變形態(tài)開展分析、研究。
1)斷面套繪:斷面套繪是分析某一斷面逐年變化的重要手段,可以反映該斷面沖淤位置、沖淤深度,同時(shí)軟件提供了所套繪各測次指定高程以下累積沖淤面積變化情況。
2)斷面面積逐年變化:按絕對面積或相對面積(相對歷年最大面積),繪制指定斷面某一高程以下斷面面積的逐年變化過程,可反映某一斷面歷年沖淤變化情況。
3)斷面面積沿程變化:繪制指定測次沿程各斷面面積的變化趨勢。
4)最低點(diǎn)沿程變化:可以中泓點(diǎn)、最低3點(diǎn)、最低5點(diǎn)以及275 m平均河底高程等分別繪制最低點(diǎn)沿程變化。在圖中某一測次兩個(gè)斷面上雙擊,出現(xiàn)平均比降窗體,顯示所選兩個(gè)斷面的河底平均比降。
5)比降逐年變化過程:顯示歷年各測次河底比降的變化過程。
6)水面寬沿程變化:顯示指定測次水面寬度變化情況,可反映水庫展寬與縮窄情況。
7)累積淤積厚度沿程變化:顯示干支流任意兩次淤積測驗(yàn)沿程各斷面的沖淤厚度沿程變化。
5.4 淤積測驗(yàn)成果管理模塊
對小浪底水庫淤積測驗(yàn)成果進(jìn)行顯示、輸出,主要成果:
1)斷面參數(shù)表:顯示所選斷面的測時(shí)水位、正常水位以下斷面面積、河寬、平均水深、平均河底高程、最低點(diǎn)河底高程等參數(shù)。
2)淤積量分布圖、表:以圖形和表格形式顯示所選干、支流兩次淤積測次的斷面面積,并根據(jù)截錐體公式,計(jì)算兩次淤積測次之間的累積淤積量。見圖1。
圖1 淤積量分布圖
3)高程~面積圖、表:顯示所河干、支流各斷面高程~斷面面積成果圖、表,可套繪各斷面的高程~面積關(guān)系曲線。
4)庫容計(jì)算成果圖、表:顯示小浪底水庫各淤積測次所計(jì)算的庫容成果,并以圖形方式進(jìn)行套繪,以便于對水庫淤積形態(tài)進(jìn)行分析、研究。
5)成果輸出:以EXCEL格式輸出斷面參數(shù)表、斷面間距表、斷面水位庫容表、實(shí)測大斷面成果表、斷面淤積量分布計(jì)算成果表(庫容法--全淤積)、斷面淤積量分布計(jì)算成果表(面積法~全淤積)、淤積量分布表(庫容法)、淤積量分布表(面積法)、高程面積成果表等成果。
5.5 淤積測驗(yàn)斷面精簡分析
小浪底水庫淤積測驗(yàn)布置了眾多的測驗(yàn)斷面,如何在這些測驗(yàn)斷面中進(jìn)行優(yōu)選,用數(shù)量最少測驗(yàn)斷面取得精度符合要求的測驗(yàn)成果,需要進(jìn)行淤積測驗(yàn)斷面的精簡分析。該軟件可自定義精簡方案,采用隔一精簡、按面積變化精簡等選項(xiàng),對淤積測驗(yàn)指定測次進(jìn)行精簡分析,并將精簡結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫。見圖2。
圖2 淤積斷面精簡分析
軟件實(shí)現(xiàn)了小浪底水庫淤積測驗(yàn)管理、庫容計(jì)算、成果圖表繪制、精簡分析等功能,首次建立了自1998年以來完整的小浪底水庫淤積測驗(yàn)成果數(shù)據(jù)庫,對2008,2009年淤積測驗(yàn)成果進(jìn)行了重算,并在2010—2015年小浪底水庫淤積測驗(yàn)中得到了應(yīng)用。通過不斷對軟件進(jìn)行修改、完善,基本能夠滿足淤積測驗(yàn)管理、分析研究的需求,應(yīng)用情況良好。軟件的應(yīng)用,提高了小浪底水庫淤積測驗(yàn)工作效率,有助于促進(jìn)水庫淤積演變規(guī)律分析研究工作的順利開展。
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1002-0624(2016)09-0059-03
P333.9
B
黃委河南水文水資源局科技基金項(xiàng)目(YKJ2009-05)
2016-05-11