拉薩河上游直孔水庫于2006年建成以來,水庫攔沙與下泄清水沖刷使下游卵礫石河床逐漸粗化,其粗化程度、范圍和平衡狀況有待研究。2018年4月的野外考察和現(xiàn)場觀測拉薩河直孔水庫上下游辮狀河道,選取5個(gè)觀測點(diǎn),測量河床表面卵石中值粒徑,同時(shí)利用無人機(jī)30 m低空航測,經(jīng)過圖像處理生成實(shí)測區(qū)域的高分辨率河床洲灘地形,計(jì)算洲灘表面粒徑和相對粗糙度的空間變化。結(jié)果表明,采用無人機(jī)航測方法可較高精度地提取河床表面的卵石粒徑級配,中值粒徑的平均誤差為18.7%。由于水流沖刷和分選作用,直孔大壩下游1 km河段內(nèi)河床粒徑粗化已完成,壩下游10 km范圍內(nèi)沿程粒徑減小,至壩下游22 km后河床粒徑逐漸恢復(fù)正常。 

【文章來源】：水力發(fā)電學(xué)報(bào). 2020,39(08)北大核心

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ΔH與D50的關(guān)系對比Fig.7ComparisonoftherelationshipsofΔHvs.D50

106水力發(fā)電學(xué)報(bào)圖1拉薩河直孔水庫的研究區(qū)域與UAV航測位置Fig.1StudyareaofLhasaRiverandlocationsofUAVaerialsurveyaroundtheZhikongReservoir表1UAV航測位置與基本參數(shù)Table1LocationsandbasicparametersofUAVaerialsurvey編號經(jīng)緯度平均海拔/m航測高度/m重疊度/%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研究方法研究水庫上下游河床中卵礫石的變化，需要獲得沿程床沙粒徑數(shù)據(jù)。本文采用UAV測量的方法，通過直接測量的野外卵礫石粒徑進(jìn)行驗(yàn)證。野外卵礫石粒徑的測量方法是，在5個(gè)研究點(diǎn)的河灘地上，分別選取1條采樣線。使用鋼卷尺（1mm刻度）在采樣線上，每隔0.5m測量河床卵礫石和漂石的b軸（中軸粒徑）長度。S1~S5的河灘粒徑取樣數(shù)分別是200、186、201、137和218個(gè)。UAV的測量采用大疆（精靈Advanced4）無人機(jī)，進(jìn)行30m飛行高度的低空航測，地面最小幾何分辨率7.9mm，單張UAV拍攝圖片覆蓋范圍為45.84m×25.79m。航拍在直孔水庫S1~S5研究點(diǎn)的5處洲灘進(jìn)行（見表1）。為提高航測影像計(jì)算地表高程的精確度，航測前采用中海達(dá)RTK測繪系統(tǒng)對各研究區(qū)域?qū)嵭写螯c(diǎn)定位標(biāo)記，為數(shù)據(jù)處理作誤差矯正。采用PIX4Dmapper與CloudCompare對無人機(jī)航拍數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并采用RTK測點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)刺點(diǎn)，能生成初步DEM地形數(shù)據(jù)。由于無人機(jī)航拍受圖片畸變、匹配點(diǎn)誤差、圖片紋理質(zhì)量、點(diǎn)云匹配插值、點(diǎn)云密度不均勻等影

，由于河床內(nèi)卵礫石與漂石層較相對較厚，河床地形影響偏小，加上選取區(qū)域相對平整，所以ΔH能夠一定程度上體現(xiàn)卵礫石或漂石在高度上的特征。同時(shí)，為了進(jìn)一步減少局部地形的影響，ΔH體現(xiàn)為各斷面的平均高度與區(qū)域內(nèi)平均高程的差值，代表了斷面上卵礫石與漂石的平均出露地表高度。在降噪后的DEM中提取各斷面的高程值iZ，計(jì)算相對粗糙度：0||1000iHZZ（1）式中：ΔH為相對粗糙度，mm；iZ為第i斷面的高程值，m；0Z為平均高程，m。圖2UAV數(shù)據(jù)處理流程Fig.2FlowchartofUAVdataprocessing2研究結(jié)果2.1實(shí)測洲灘粒徑變化不同研究點(diǎn)的粒徑的大小和級配分布的差異，反映了修建水庫對河床的影響。根據(jù)原位粒徑實(shí)測，直孔水庫上下游附近的河床粒徑級配分布情況如圖3所示，其中縱坐標(biāo)是小于相應(yīng)粒徑的床沙數(shù)占比。所有研究點(diǎn)的河床均為卵礫石河床，D50平均值為138.8mm。S1是直孔水庫上游河床，受建壩蓄水影響，其流速趨緩，導(dǎo)致卵石和粗沙淤積。此處D50=145.6mm，相對S3之后的下游河段粒徑偏大。S1不均勻系數(shù)Cu=2.65，在5個(gè)研究點(diǎn)中最大，說明S1受建壩影響小，卵石級配最均勻。圖3實(shí)測粒徑分布Fig.3GravelparticlesizedistributionsmeasuredinsituS2距水庫較近，在壩下1.16km位置，床沙粒徑最大，D50為217.2mm。這是水庫泄水沖刷，帶走細(xì)顆粒，使粗顆粒集聚，河床逐漸粗化。S3~020406080100101001000累計(jì)百分比/%粒徑/mmS1S2S3S4S5

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