水库淤积测验数据管理软件设计及应用

董明军，李 珠，朱夏炎，张 鹏

（1.黄河水利委员会 河南水文水资源局，河南 郑州 450003；2.松辽水利委员会，吉林 长春 130021）

水库淤积测验数据管理软件设计及应用

董明军1，李 珠1，朱夏炎1，张 鹏2

（1.黄河水利委员会 河南水文水资源局，河南 郑州 450003；2.松辽水利委员会，吉林 长春 130021）

介绍了小浪底水库淤积测验数据管理软件的开发背景和主要功能，软件实现了测验管理、资料整编、成果计算、图表输出、精简分析等功能，操作简单，界面美观，功能强大，有助于提高淤积测验数据管理水平，便于水库淤积规律分析研究。

小浪底水库；淤积测验；数据管理；精简分析；软件

1 软件开发背景

黄河作为一条多泥沙河流，其干支流水资源开发均面临着一个重要的无法逾越的难题——水库泥沙淤积，小浪底水库从正式蓄水投入应用后，高程275 m以下总库容已从1999年的127.15亿m3，减少到2006年汛后的105.88亿m3，年淤积量平均有3.02亿m3，研究水库淤积形态、演变规律，延长水库淤沙寿命，发挥水库更大价值，每年都要投入大量人力、物力进行水库淤积测验以及淤积规律的分析、研究。

黄委河南水文水资源局从1998年开始连续多年进行了小浪底水库淤积原型观测，收集了大量的第一手水库淤积原始资料，为小浪底水库淤积规律分析研究、水库调度运用提供了数据支撑。笔者在多年进行水库淤积测验和淤积规律分析研究工作中发现，在水库淤积测验数据管理存在以下问题：

1）原始数据分散，无法有效利用，原始数据仍采用TXT格式存储，无法更好地加以利用；

2）缺乏有效管理，数据使用程度落后，资料使用过程中需要做大量繁琐的数据摘录、处理、计算等工作，既不利于资料价值充分发挥，也不利于淤积规律分析研究高效开展；

3）现有淤积计算程序均只能做简单的库容计算，没有实现数据库管理，图表功能较弱，仅能够满足数据整编要求，对淤积规律分析研究所起作用有限。

为解决这一问题，提高小浪底水库淤积测验数据管理水平，笔者在多年从事水库淤积测验资料整编、数据分析工作基础上，开发完成了小浪底水库淤积测验数据管理软件，并在小浪底水库淤积测验、资料整编及冲淤规律分析研究工作中得到应用。

2 软件主要特点

软件采用Visual C#、.Net与数据库相结合进行开发，界面友好，数据输入、管理、查询、打印方便，可完成淤积测验中各项数据的管理、查询功能，为小浪底水库淤积规律分析研究工作提供所需图、表。软件具有以下几个特点：

1）严格按照现行规范进行编程；

2）实现淤积测验成果的录入、查询、计算、打印、输出等功能；

3）能够水库淤积形态演变多种图表绘制、打印、输出；

4）实现淤积测验的精简分析；

5）采用模块化结构，具有很强的可扩充性和容错性；

6）采用Windows多线程编程技术，大运算量后台进行，避免影响系统的其他运行。

3 数据库表结构设计

软件采用C/S模式进行开发，数据库使用SQL Server 2005，在开发过程中结合淤积测验工作和历史数据情况，进行了数据库表结构设计，建立了淤积断面一览表、淤积测次表、断面测验数据表、测点测验数据表、库容计算成果表等数据库表。建库过程中，还将小浪底水库自1998年以来的历年淤积测验成果进行了入库保存，首次建立完整的小浪底水库淤积测验成果数据库。

4 库容计算公式

水库库容计算是该软件的核心功能，是开展水库淤积图表绘制、成果计算的前提。在进行库容计算时，若假设水库河床深度、宽度沿程线性变化,则库容可采用截锥体体积公式，计算公式：

式中：A1，A2为相邻的两个断面某级水位以下的断面面积，位m2；b为两个断面的概化间距，m；V为两个断面之间某级水位以下的库容，m3。

库容计算时，从水库河床的最低河底到水库设计水位之间,用等高程步长的水平面将断面间容积立体分层,对每一层的体积采用截锥公式计算,再逐层累计求和得到分级断面间库容，以建立水位～库容曲线，并用于推算各级水位的水库库容。

5 软件的主要功能

软件由文件管理、数据管理、图表显示、淤积成果、精简分析等几个模块组成。

5.1 文件管理模块

完成数据库、用户权限以及添加淤积测次、添加断面、删除数据、水沙入库、数据库备份与还原等操作。其中添加测次是将某次淤积测验形成的若干断面测验成果文本文件，批量导入数据库。

5.2 数据管理模块

实现基础信息管理、测验数据管理，并实现各种测验数据、基础信息按条件查询。

5.2．1 基础信息管理：包括各淤积断面的基本信息、断面标点信息、断面距坝里程信息等基础信息的添加、删除与修改。

5.2．2 测验数据管理：包括水下部分测验、外业数据合并处理以及库容计算。

1）水下部分测验：通过逐点或批量输入起点距、水深，完成外业水下部分测验，并可读取岸上GPS测量数据，以图形化方式与历史实测大断面进行对比，便于测验人员更好开展测验。

2）外业数据合并处理：对淤积测验中形成的淤积断面各个岸上部分（GPS、全站仪）、水下部分（测深仪、铅鱼）原始数据文件进行合并，生成断面完整数据文件。

3）库容计算：采用截锥体容积公式和多线程技术，实现对水库干支流、各级水位的库容计算。可分别计算干流、各条支流的库容，并汇总各级水位的水库总库容。

5.3 图表显示模块

显示如断面套绘、逐年淤积变化、沿程淤积变化、最低点沿程变化等多种水库淤积演变的相关图表，以便于对水库淤积演变形态开展分析、研究。

1）断面套绘：断面套绘是分析某一断面逐年变化的重要手段，可以反映该断面冲淤位置、冲淤深度，同时软件提供了所套绘各测次指定高程以下累积冲淤面积变化情况。

2）断面面积逐年变化：按绝对面积或相对面积（相对历年最大面积），绘制指定断面某一高程以下断面面积的逐年变化过程，可反映某一断面历年冲淤变化情况。

3）断面面积沿程变化：绘制指定测次沿程各断面面积的变化趋势。

4）最低点沿程变化：可以中泓点、最低3点、最低5点以及275 m平均河底高程等分别绘制最低点沿程变化。在图中某一测次两个断面上双击，出现平均比降窗体，显示所选两个断面的河底平均比降。

5）比降逐年变化过程：显示历年各测次河底比降的变化过程。

6）水面宽沿程变化：显示指定测次水面宽度变化情况，可反映水库展宽与缩窄情况。

7）累积淤积厚度沿程变化：显示干支流任意两次淤积测验沿程各断面的冲淤厚度沿程变化。

5.4 淤积测验成果管理模块

对小浪底水库淤积测验成果进行显示、输出，主要成果：

1）断面参数表：显示所选断面的测时水位、正常水位以下断面面积、河宽、平均水深、平均河底高程、最低点河底高程等参数。

2）淤积量分布图、表：以图形和表格形式显示所选干、支流两次淤积测次的断面面积，并根据截锥体公式，计算两次淤积测次之间的累积淤积量。见图1。

图1 淤积量分布图

3）高程～面积图、表：显示所河干、支流各断面高程～断面面积成果图、表，可套绘各断面的高程～面积关系曲线。

4）库容计算成果图、表：显示小浪底水库各淤积测次所计算的库容成果，并以图形方式进行套绘，以便于对水库淤积形态进行分析、研究。

5）成果输出：以EXCEL格式输出断面参数表、断面间距表、断面水位库容表、实测大断面成果表、断面淤积量分布计算成果表（库容法--全淤积）、断面淤积量分布计算成果表（面积法~全淤积）、淤积量分布表（库容法）、淤积量分布表（面积法）、高程面积成果表等成果。

5.5 淤积测验断面精简分析

小浪底水库淤积测验布置了众多的测验断面，如何在这些测验断面中进行优选，用数量最少测验断面取得精度符合要求的测验成果，需要进行淤积测验断面的精简分析。该软件可自定义精简方案，采用隔一精简、按面积变化精简等选项，对淤积测验指定测次进行精简分析，并将精简结果保存到数据库。见图2。

图2 淤积断面精简分析

6 结 语

软件实现了小浪底水库淤积测验管理、库容计算、成果图表绘制、精简分析等功能，首次建立了自1998年以来完整的小浪底水库淤积测验成果数据库，对2008，2009年淤积测验成果进行了重算，并在2010—2015年小浪底水库淤积测验中得到了应用。通过不断对软件进行修改、完善，基本能够满足淤积测验管理、分析研究的需求，应用情况良好。软件的应用，提高了小浪底水库淤积测验工作效率，有助于促进水库淤积演变规律分析研究工作的顺利开展。

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1002－0624（2016）09－0059－03

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黄委河南水文水资源局科技基金项目(YKJ2009-05)

2016-05-11