水庫淤積測驗數(shù)據(jù)管理軟件設(shè)計及應(yīng)用

董明軍，李 珠，朱夏炎，張 鵬

（1.黃河水利委員會 河南水文水資源局，河南 鄭州 450003；2.松遼水利委員會，吉林 長春 130021）

水庫淤積測驗數(shù)據(jù)管理軟件設(shè)計及應(yīng)用

董明軍1，李 珠1，朱夏炎1，張 鵬2

（1.黃河水利委員會 河南水文水資源局，河南 鄭州 450003；2.松遼水利委員會，吉林 長春 130021）

介紹了小浪底水庫淤積測驗數(shù)據(jù)管理軟件的開發(fā)背景和主要功能，軟件實現(xiàn)了測驗管理、資料整編、成果計算、圖表輸出、精簡分析等功能，操作簡單，界面美觀，功能強大，有助于提高淤積測驗數(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；數(shù)據(jù)管理；精簡分析；軟件

1 軟件開發(fā)背景

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)揮水庫更大價值，每年都要投入大量人力、物力進行水庫淤積測驗以及淤積規(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)度運用提供了數(shù)據(jù)支撐。筆者在多年進行水庫淤積測驗和淤積規(guī)律分析研究工作中發(fā)現(xiàn)，在水庫淤積測驗數(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、計算等工作，既不利于資料價值充分發(fā)揮，也不利于淤積規(guī)律分析研究高效開展；

3）現(xiàn)有淤積計算程序均只能做簡單的庫容計算，沒有實現(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數(shù)據(jù)管理水平，筆者在多年從事水庫淤積測驗資料整編、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數(shù)據(jù)管理軟件，并在小浪底水庫淤積測驗、資料整編及沖淤規(guī)律分析研究工作中得到應(yīng)用。

2 軟件主要特點

軟件采用Visual C#、.Net與數(shù)據(jù)庫相結(jié)合進行開發(fā)，界面友好，數(shù)據(jù)輸入、管理、查詢、打印方便，可完成淤積測驗中各項數(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。軟件具有以下幾個特點：

1）嚴格按照現(xiàn)行規(guī)范進行編程；

2）實現(xiàn)淤積測驗成果的錄入、查詢、計算、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）實現(xiàn)淤積測驗的精簡分析；

5）采用模塊化結(jié)構(gòu)，具有很強的可擴充性和容錯性；

6）采用Windows多線程編程技術(shù)，大運算量后臺進行，避免影響系統(tǒng)的其他運行。

3 數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)設(shè)計

軟件采用C/S模式進行開發(fā)，數(shù)據(jù)庫使用SQL Server 2005，在開發(fā)過程中結(jié)合淤積測驗工作和歷史數(shù)據(jù)情況，進行了數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)設(shè)計，建立了淤積斷面一覽表、淤積測次表、斷面測驗數(shù)據(jù)表、測點測驗數(shù)據(jù)表、庫容計算成果表等數(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成果進行了入庫保存，首次建立完整的小浪底水庫淤積測驗成果數(shù)據(jù)庫。

4 庫容計算公式

水庫庫容計算是該軟件的核心功能，是開展水庫淤積圖表繪制、成果計算的前提。在進行庫容計算時，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，計算公式：

式中：A1，A2為相鄰的兩個斷面某級水位以下的斷面面積，位m2；b為兩個斷面的概化間距，m；V為兩個斷面之間某級水位以下的庫容，m3。

庫容計算時，從水庫河床的最低河底到水庫設(shè)計水位之間,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算,再逐層累計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。

5 軟件的主要功能

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形成的若干斷面測驗成果文本文件，批量導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫。

5.2 數(shù)據(jù)管理模塊

實現(xiàn)基礎(chǔ)信息管理、測驗數(shù)據(jù)管理，并實現(xiàn)各種測驗數(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、斷面標點信息、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 測驗數(shù)據(jù)管理：包括水下部分測驗、外業(yè)數(shù)據(jù)合并處理以及庫容計算。

1）水下部分測驗：通過逐點或批量輸入起點距、水深，完成外業(yè)水下部分測驗，并可讀取岸上GPS測量數(shù)據(jù)，以圖形化方式與歷史實測大斷面進行對比，便于測驗人員更好開展測驗。

2）外業(yè)數(shù)據(jù)合并處理：對淤積測驗中形成的淤積斷面各個岸上部分（GPS、全站儀）、水下部分（測深儀、鉛魚）原始數(shù)據(jù)文件進行合并，生成斷面完整數(shù)據(jù)文件。

3）庫容計算：采用截錐體容積公式和多線程技術(shù)，實現(xiàn)對水庫干支流、各級水位的庫容計算。可分別計算干流、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）最低點沿程變化：可以中泓點、最低3點、最低5點以及275 m平均河底高程等分別繪制最低點沿程變化。在圖中某一測次兩個斷面上雙擊，出現(xiàn)平均比降窗體，顯示所選兩個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沿程各斷面的沖淤厚度沿程變化。

5.4 淤積測驗成果管理模塊

對小浪底水庫淤積測驗成果進行顯示、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）庫容計算成果圖、表：顯示小浪底水庫各淤積測次所計算的庫容成果，并以圖形方式進行套繪，以便于對水庫淤積形態(tài)進行分析、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、實測大斷面成果表、斷面淤積量分布計算成果表（庫容法--全淤積）、斷面淤積量分布計算成果表（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 淤積測驗斷面精簡分析

小浪底水庫淤積測驗布置了眾多的測驗斷面，如何在這些測驗斷面中進行優(yōu)選，用數(shù)量最少測驗斷面取得精度符合要求的測驗成果，需要進行淤積測驗斷面的精簡分析。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，對淤積測驗指定測次進行精簡分析，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

6 結(jié) 語

軟件實現(xiàn)了小浪底水庫淤積測驗管理、庫容計算、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成果數(shù)據(jù)庫，對2008，2009年淤積測驗成果進行了重算，并在2010—2015年小浪底水庫淤積測驗中得到了應(yīng)用。通過不斷對軟件進行修改、完善，基本能夠滿足淤積測驗管理、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工作效率，有助于促進水庫淤積演變規(guī)律分析研究工作的順利開展。

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1002－0624（2016）09－0059－03

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黃委河南水文水資源局科技基金項目(YKJ2009-05)

2016-05-11