拉萨河直孔水库上下游河床粒径与粗糙度变化
发布时间：2021-01-11 08:24
拉萨河上游直孔水库于2006年建成以来,水库拦沙与下泄清水冲刷使下游卵砾石河床逐渐粗化,其粗化程度、范围和平衡状况有待研究。2018年4月的野外考察和现场观测拉萨河直孔水库上下游辫状河道,选取5个观测点,测量河床表面卵石中值粒径,同时利用无人机30 m低空航测,经过图像处理生成实测区域的高分辨率河床洲滩地形,计算洲滩表面粒径和相对粗糙度的空间变化。结果表明,采用无人机航测方法可较高精度地提取河床表面的卵石粒径级配,中值粒径的平均误差为18.7%。由于水流冲刷和分选作用,直孔大坝下游1 km河段内河床粒径粗化已完成,坝下游10 km范围内沿程粒径减小,至坝下游22 km后河床粒径逐渐恢复正常。
【文章来源】：水力发电学报. 2020,39(08)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
ΔH与D50的关系对比Fig.7ComparisonoftherelationshipsofΔHvs.D50
106水力发电学报图1拉萨河直孔水库的研究区域与UAV航测位置Fig.1StudyareaofLhasaRiverandlocationsofUAVaerialsurveyaroundtheZhikongReservoir表1UAV航测位置与基本参数Table1LocationsandbasicparametersofUAVaerialsurvey编号经纬度平均海拔/m航测高度/m重叠度/%S130°03′53″N,91°47′59″E3862.93085S2S3S4S529°57′33″N,91°52′56″N29°56′06″N,91°51′12″N29°52′37″N,91°46′26″N29°48′16″N,91°34′58″N3818.53802.83794.13726.330303030858585851.2研究方法研究水库上下游河床中卵砾石的变化，需要获得沿程床沙粒径数据。本文采用UAV测量的方法，通过直接测量的野外卵砾石粒径进行验证。野外卵砾石粒径的测量方法是，在5个研究点的河滩地上，分别选取1条采样线。使用钢卷尺（1mm刻度）在采样线上，每隔0.5m测量河床卵砾石和漂石的b轴（中轴粒径）长度。S1~S5的河滩粒径取样数分别是200、186、201、137和218个。UAV的测量采用大疆（精灵Advanced4）无人机，进行30m飞行高度的低空航测，地面最小几何分辨率7.9mm，单张UAV拍摄图片覆盖范围为45.84m×25.79m。航拍在直孔水库S1~S5研究点的5处洲滩进行（见表1）。为提高航测影像计算地表高程的精确度，航测前采用中海达RTK测绘系统对各研究区域实行打点定位标记，为数据处理作误差矫正。采用PIX4Dmapper与CloudCompare对无人机航拍数据进行处理，并采用RTK测点进行校准刺点，能生成初步DEM地形数据。由于无人机航拍受图片畸变、匹配点误差、图片纹理质量、点云匹配插值、点云密度不均匀等影
，由于河床内卵砾石与漂石层较相对较厚，河床地形影响偏小，加上选取区域相对平整，所以ΔH能够一定程度上体现卵砾石或漂石在高度上的特征。同时，为了进一步减少局部地形的影响，ΔH体现为各断面的平均高度与区域内平均高程的差值，代表了断面上卵砾石与漂石的平均出露地表高度。在降噪后的DEM中提取各断面的高程值iZ，计算相对粗糙度：0||1000iHZZ（1）式中：ΔH为相对粗糙度，mm；iZ为第i断面的高程值，m；0Z为平均高程，m。图2UAV数据处理流程Fig.2FlowchartofUAVdataprocessing2研究结果2.1实测洲滩粒径变化不同研究点的粒径的大小和级配分布的差异，反映了修建水库对河床的影响。根据原位粒径实测，直孔水库上下游附近的河床粒径级配分布情况如图3所示，其中纵坐标是小于相应粒径的床沙数占比。所有研究点的河床均为卵砾石河床，D50平均值为138.8mm。S1是直孔水库上游河床，受建坝蓄水影响，其流速趋缓，导致卵石和粗沙淤积。此处D50=145.6mm，相对S3之后的下游河段粒径偏大。S1不均匀系数Cu=2.65，在5个研究点中最大，说明S1受建坝影响小，卵石级配最均匀。图3实测粒径分布Fig.3GravelparticlesizedistributionsmeasuredinsituS2距水库较近，在坝下1.16km位置，床沙粒径最大，D50为217.2mm。这是水库泄水冲刷，带走细颗粒，使粗颗粒集聚，河床逐渐粗化。S3~020406080100101001000累计百分比/%粒径/mmS1S2S3S4S5
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于无人机航测黄河源弯曲河道泥沙亏损量计算[J]. 李志威,汤韬. 水科学进展. 2020(01)
[2]长江源典型辫状河道边滩变化及与径流量的关系[J]. 蒋昌波,冉韶华,李志威. 水力发电学报. 2019(12)
[3]筑坝拦截对黑河河道沉积物粒度空间分布的影响[J]. 王昱,连运涛,冯起,王之君,赵维俊,刘娟娟,卢世国,张昕雨. 湖泊科学. 2019(05)
[4]长江源通天河段辫状河道形态特征与变化规律[J]. 李志威,吴叶舟,胡旭跃,周银军,闫霞. 长江科学院院报. 2018(09)
[5]青草沙水库工程对河床冲淤演变的影响[J]. 陈伟伦,王伟. 水利水电科技进展. 2018(04)
[6]黄河口尾闾河道近40年河床断面及平面形态调整特点[J]. 张诗媛,夏军强,万占伟,李洁. 水力发电学报. 2019(01)
[7]河床粗化过程中推移质输移特征试验研究[J]. 徐元,朱德军,孟震,李丹勋. 水科学进展. 2018(03)
[8]三峡水库下游河道冲刷粗化研究[J]. 耿旭,毛继新,陈绪坚. 泥沙研究. 2017(05)
[9]拉萨河流域河宽与地形结构因子相互关系分析[J]. 蒋成伟,刘金涛,林璐,许珊珊,姬海娟. 长江科学院院报. 2018(06)
[10]青藏高原河流演变研究进展[J]. 李志威,余国安,徐梦珍,胡旭跃,杨洪明,胡世雄. 水科学进展. 2016(04)
本文编号：2970429
【文章来源】：水力发电学报. 2020,39(08)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
ΔH与D50的关系对比Fig.7ComparisonoftherelationshipsofΔHvs.D50
106水力发电学报图1拉萨河直孔水库的研究区域与UAV航测位置Fig.1StudyareaofLhasaRiverandlocationsofUAVaerialsurveyaroundtheZhikongReservoir表1UAV航测位置与基本参数Table1LocationsandbasicparametersofUAVaerialsurvey编号经纬度平均海拔/m航测高度/m重叠度/%S130°03′53″N,91°47′59″E3862.93085S2S3S4S529°57′33″N,91°52′56″N29°56′06″N,91°51′12″N29°52′37″N,91°46′26″N29°48′16″N,91°34′58″N3818.53802.83794.13726.330303030858585851.2研究方法研究水库上下游河床中卵砾石的变化，需要获得沿程床沙粒径数据。本文采用UAV测量的方法，通过直接测量的野外卵砾石粒径进行验证。野外卵砾石粒径的测量方法是，在5个研究点的河滩地上，分别选取1条采样线。使用钢卷尺（1mm刻度）在采样线上，每隔0.5m测量河床卵砾石和漂石的b轴（中轴粒径）长度。S1~S5的河滩粒径取样数分别是200、186、201、137和218个。UAV的测量采用大疆（精灵Advanced4）无人机，进行30m飞行高度的低空航测，地面最小几何分辨率7.9mm，单张UAV拍摄图片覆盖范围为45.84m×25.79m。航拍在直孔水库S1~S5研究点的5处洲滩进行（见表1）。为提高航测影像计算地表高程的精确度，航测前采用中海达RTK测绘系统对各研究区域实行打点定位标记，为数据处理作误差矫正。采用PIX4Dmapper与CloudCompare对无人机航拍数据进行处理，并采用RTK测点进行校准刺点，能生成初步DEM地形数据。由于无人机航拍受图片畸变、匹配点误差、图片纹理质量、点云匹配插值、点云密度不均匀等影
，由于河床内卵砾石与漂石层较相对较厚，河床地形影响偏小，加上选取区域相对平整，所以ΔH能够一定程度上体现卵砾石或漂石在高度上的特征。同时，为了进一步减少局部地形的影响，ΔH体现为各断面的平均高度与区域内平均高程的差值，代表了断面上卵砾石与漂石的平均出露地表高度。在降噪后的DEM中提取各断面的高程值iZ，计算相对粗糙度：0||1000iHZZ（1）式中：ΔH为相对粗糙度，mm；iZ为第i断面的高程值，m；0Z为平均高程，m。图2UAV数据处理流程Fig.2FlowchartofUAVdataprocessing2研究结果2.1实测洲滩粒径变化不同研究点的粒径的大小和级配分布的差异，反映了修建水库对河床的影响。根据原位粒径实测，直孔水库上下游附近的河床粒径级配分布情况如图3所示，其中纵坐标是小于相应粒径的床沙数占比。所有研究点的河床均为卵砾石河床，D50平均值为138.8mm。S1是直孔水库上游河床，受建坝蓄水影响，其流速趋缓，导致卵石和粗沙淤积。此处D50=145.6mm，相对S3之后的下游河段粒径偏大。S1不均匀系数Cu=2.65，在5个研究点中最大，说明S1受建坝影响小，卵石级配最均匀。图3实测粒径分布Fig.3GravelparticlesizedistributionsmeasuredinsituS2距水库较近，在坝下1.16km位置，床沙粒径最大，D50为217.2mm。这是水库泄水冲刷，带走细颗粒，使粗颗粒集聚，河床逐渐粗化。S3~020406080100101001000累计百分比/%粒径/mmS1S2S3S4S5
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于无人机航测黄河源弯曲河道泥沙亏损量计算[J]. 李志威,汤韬. 水科学进展. 2020(01)
[2]长江源典型辫状河道边滩变化及与径流量的关系[J]. 蒋昌波,冉韶华,李志威. 水力发电学报. 2019(12)
[3]筑坝拦截对黑河河道沉积物粒度空间分布的影响[J]. 王昱,连运涛,冯起,王之君,赵维俊,刘娟娟,卢世国,张昕雨. 湖泊科学. 2019(05)
[4]长江源通天河段辫状河道形态特征与变化规律[J]. 李志威,吴叶舟,胡旭跃,周银军,闫霞. 长江科学院院报. 2018(09)
[5]青草沙水库工程对河床冲淤演变的影响[J]. 陈伟伦,王伟. 水利水电科技进展. 2018(04)
[6]黄河口尾闾河道近40年河床断面及平面形态调整特点[J]. 张诗媛,夏军强,万占伟,李洁. 水力发电学报. 2019(01)
[7]河床粗化过程中推移质输移特征试验研究[J]. 徐元,朱德军,孟震,李丹勋. 水科学进展. 2018(03)
[8]三峡水库下游河道冲刷粗化研究[J]. 耿旭,毛继新,陈绪坚. 泥沙研究. 2017(05)
[9]拉萨河流域河宽与地形结构因子相互关系分析[J]. 蒋成伟,刘金涛,林璐,许珊珊,姬海娟. 长江科学院院报. 2018(06)
[10]青藏高原河流演变研究进展[J]. 李志威,余国安,徐梦珍,胡旭跃,杨洪明,胡世雄. 水科学进展. 2016(04)
本文编号：2970429
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