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        簡析各類航道疏浚工程量算法

        2014-08-30 22:56:56曹忠良
        科技創(chuàng)新與應用 2014年27期
        關鍵詞:網格法

        曹忠良

        摘 要:近年來,隨著海運業(yè)的發(fā)展,航道開挖和疏浚工程越來越多,疏浚工程量的計算也越來越復雜,工程量計算方法突飛猛進,從原始費時費力的的人工計算到現在計算機快速準確計算。我們常用的航道疏浚工程量計算方法有:斷面法,網格法和高級航道算法,這幾種方法各有各的優(yōu)勢,文章以廣東臺山航道疏浚工程為例,介紹了航道疏浚工程工程量計算的常用方法,總結分析了各種方法的優(yōu)劣性。

        關鍵詞:工程量計算;斷面法;網格法;高級航道算法(面域法)

        1 工程實踐

        以廣東臺山電廠煤碼頭航道的維護工程為例,本工程地處臺山市銅鼓灣海區(qū),面臨南海。施工范圍為煤碼頭航道K0+000-K11+100段。航道按水深-13.2米(當地理論深度基準面,下同)維護,邊坡1:7、設計超深0.2m、超寬3m、航道底寬155m。

        為了方便統(tǒng)計計算,現取該工程其中某一公里段進行分析討論。

        1.1 斷面法

        斷面法是采用分段計算土方量,挖槽的起點、轉折點、終點和不同類別的土質的平面分界處均要布設計算斷面,計算相鄰兩斷面面積平均后乘以斷面間距離,即為該段計算挖槽土方量。斷面法是我們工程應用得比較多的方法,其方法是先設計好該航道的斷面文件,利用Hypack軟件計算工程量。航道設計一般為梯形,中間所圍區(qū)域即為設計工程量,兩邊所圍區(qū)域即為超寬工程量,最底區(qū)域即為超深工程量。本次實驗采用不同間距水深數據算量(只統(tǒng)計設計工程量),結果如下表:

        1.2 網格法

        采用方格網來計算土方量實際是根據實地測定的水深點坐標(X,Y,Z),通過生成方格網來計算每一個方格內的填挖方量,最后累計得到指定范圍內填方和挖方的土方量,并繪出填挖方分界線。系統(tǒng)首先將方格的四個角上的高程相加(如果角上沒有高程點,通過周圍高程點內插得出其高程),取平均值與設計高程相減。然后通過指定的方格邊長得到每個方格的面積,再用長方體的體積計算公式得到填挖方量。用方格網法算土方量,設計面可以是平面,也可以是斜面,還可以是三角網,工程實際應用中一般采用南方CASS軟件計算工程量,采用網格法計算工程量同樣以不同大小格網水深數據,統(tǒng)計情況如下:

        1.3 高級航道算法(面域法)

        面域法實際和網格法類似,只是計算方式不一樣,原理是設計好計算區(qū)域內的模型,將需要計算方量的區(qū)域分為若干小的區(qū)域,每一塊區(qū)域內設計好底部高程,然后導入入水深數據,生成三角網,然后計算每個三棱柱的體積,最后統(tǒng)計出工程量。例如所取航道段,可分三個區(qū)域算量(區(qū)域1和3為邊坡區(qū)域,區(qū)域2為航道區(qū)域)。然后利用Hypack軟件算出該區(qū)域的工程量如下表:

        2 各類方法的分析和優(yōu)劣性

        理論上以上各種算法分析可以知道,水深數據越密,間距越小所建模型越能模擬原始水下地形,所得工程量越準確。在航道疏浚施工中,利用斷面法可以有效的計算出每個間隔斷面間的工程量,方便了施工船舶的安排,而面域法所算出的方量是一個大區(qū)域工程量,如果要根據工程量比較精確的安排船舶施工段的話,缺少必要的數據支持,當然面域法也可以分成比較小的區(qū)域段,但是計算起來費時費力,因此在工程上利用的比較少。

        實際應用中從精度上分析,斷面法和面域法都是水深數據生成三角網后,計算的工程量,這兩種算法都是利用原始資料作為網格結點,不改變原始數據和精度,能夠很好地適應復雜、不規(guī)則地形,因而將水下地形表現得淋漓盡致。因此利用三角網算出的土方量時就大大提高了計算的精度。而網格法利用格網中水深數據取平均值,這種方法不能充分體現每個水深點特征,點坐標(X,Y,Z)即Z值覆蓋的面積大小沒有考慮到計算中去,只按個數平均計算每個正方形格網的平均高程,這種先天不足的計算方式只能概略計算,精度不是很高,尤其是復雜地形,特別是邊坡區(qū)域。理論上正方形格網越小,精度越高,但是水深點分布密度不足,正方形再小,計算結果也是無意義的。

        雖說網格法計算精度不高,但其計算過程簡單,計算結果直觀,在一定施工中有其優(yōu)勢,比如在港池施工時,一般采用抓斗船施工,這時用面域和網格法來計算區(qū)域工程量又有優(yōu)勢,因為港池一般都是不規(guī)則的多變形,用斷面法算量模板設計比較麻煩,而且算出的工程量不利于安排抓斗船分塊施工。

        3 結束語

        通過以上幾種航道疏浚工程量算法的分析比較,可以發(fā)現以下幾點:

        在水下地形比較平坦和起伏不大的地區(qū),可以采用網格法計算,這種方法計算快,數據量小,比用三角網算法更省時間和數據存儲空間。

        在航道這種規(guī)則的地形比較適合利用斷面法來計算工程量,其計算結果明了,便于耙吸船的施工。

        在地形起伏較大,地形比較復雜而且精度要求較高的地區(qū),比較實用面域法來計算工程量。

        總之在航道疏浚工程量的計算時,精度最主要取決與水深圖測繪的精度,水深點的分布密度和點位的合理性。然后考慮航道的設計和水下地形特征、精度要求和施工安全來選擇方法計算。

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