侯 毅，孫湘琴，潘衛(wèi)平，趙 琳

（浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，浙江 杭州 310002）

水庫(kù)的庫(kù)容計(jì)算是水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中一項(xiàng)經(jīng)常涉及的計(jì)算內(nèi)容，傳統(tǒng)的庫(kù)容計(jì)算方法主要包括等高線法、斷面法［1］、方格網(wǎng)法以及在GIS軟件平臺(tái)上構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）模型，利用其統(tǒng)計(jì)分析和二次開(kāi)發(fā)功能進(jìn)行庫(kù)容計(jì)算［2］。

隨著B(niǎo)IM技術(shù)的推廣應(yīng)用，許多三維設(shè)計(jì)軟件被越來(lái)越多的設(shè)計(jì)人員所掌握，軟件的某些功能為我們解決工程問(wèn)題提供了新的思路。應(yīng)用Civil 3D軟件“體積面板”功能可以方便、快捷地求解水庫(kù)庫(kù)容。

1 Civil3D體積面板法庫(kù)容求解原理

運(yùn)用“體積面板”功能，分別指定“基準(zhǔn)曲面”和“對(duì)照曲面”，三角網(wǎng)體積曲面提供了基準(zhǔn)曲面和對(duì)照曲面之間的精確差異。體積曲面中任何點(diǎn)的Z值都恰好等于對(duì)照曲面和基準(zhǔn)曲面在該點(diǎn)處的Z值之差，計(jì)算機(jī)即可自動(dòng)統(tǒng)計(jì)出兩面間的體積。

該體積以兩面邊界的交集為邊界，可理解為以“基準(zhǔn)曲面”為底面，“對(duì)照曲面”為頂面和以交集邊界為母線的豎直面圍合而成的封閉實(shí)體的體積。由于曲面是上下起伏的，“基準(zhǔn)曲面”和“對(duì)照曲面”在不同位置的豎直方向上、下關(guān)系可能會(huì)有變化，軟件把“基準(zhǔn)曲面”在下的體積記為填方，“基準(zhǔn)曲面”在上的體積記為挖方。

應(yīng)用以上原理，在建立地形曲面和水位曲面的基礎(chǔ)上，以庫(kù)底地形曲面為“基準(zhǔn)曲面”，以某水位的水平面為“對(duì)照曲面”，兩面圍合形成體積。需要特別注意的是，正確的邊界是保證計(jì)量準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。由于靜庫(kù)容水面可近似認(rèn)為是水平面［3］，兩面交集邊界就是水平面與地形曲面的交線，即一條標(biāo)高等于水位值的等高線。在此等高線范圍內(nèi)，內(nèi)部孤島超出水面的體積記為挖方，地形曲面在下的體積記為填方，此填方量即為庫(kù)底地形曲面與水面之間水的體積，即該水位對(duì)應(yīng)的庫(kù)容。

圖1 指定“基準(zhǔn)曲面”和“對(duì)照曲面”創(chuàng)建體積曲面

圖2 體積曲面邊界和內(nèi)部孤島

2 工程實(shí)例

以老撾某水庫(kù)工程為例，該項(xiàng)目處于規(guī)劃階段，已測(cè)得二維地形圖，初步擬定該水庫(kù)死水位995m，正常蓄水位1023m，設(shè)計(jì)洪水位1035m，校核洪水位1041m。欲了解各特征水位下的水位-庫(kù)容關(guān)系。

應(yīng)用上述Civil 3D體積面板法，求解過(guò)程如下：

（1）地形圖處理

在Civil 3D中“創(chuàng)建曲面”將測(cè)量的等高線、地形點(diǎn)數(shù)據(jù)生成地形曲面。

表1 老撾某水庫(kù)水位～庫(kù)容曲線

圖3 利用測(cè)量數(shù)據(jù)生成地形曲面

（2）制作水位曲面

以正常蓄水位1023m為例，將壩址上游的1023m等高線連接成封閉的二維多段線，以該等高線創(chuàng)建1023m水位曲面。Civil 3D自動(dòng)生成的三角網(wǎng)水位曲面，其邊界大于實(shí)際水域邊界。在曲面定義中，將1023m等高線添加為外部邊界，即可獲得理想的水位曲面。

圖4 用等高線界定水位曲面

（3）體積面板求解

應(yīng)用“體積面板”功能，以地形曲面為“基準(zhǔn)曲面”，以正常蓄水位1023m水位曲面為“對(duì)照曲面”，計(jì)算機(jī)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)：

①挖方，代表內(nèi)部孤島超出水面的體積；

②填方，代表此水位對(duì)應(yīng)的庫(kù)容；

圖5 軟件自動(dòng)生成統(tǒng)計(jì)結(jié)果

（4）結(jié)果驗(yàn)證

采用等高線法，計(jì)算庫(kù)容的基本公式［4］：

式中，ΔV—部分庫(kù)容，萬(wàn)m3；A1，A2—相鄰兩等高線各自包圍的水面面積，萬(wàn)m2；ΔZ—相鄰兩等高線（水位）間的水位差，m。

表1為老撾某水庫(kù)水位～庫(kù)容曲線，從表中可見(jiàn)，1023水位對(duì)應(yīng)的庫(kù)容，等高線法計(jì)算結(jié)果為668.99萬(wàn)m3，對(duì)比Civil 3D軟件統(tǒng)計(jì)結(jié)果669.37萬(wàn) m3，差別約為 0.6‰，表明此方法可靠。

（5）結(jié)果整理

按照上述方法，求解死水位、設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位對(duì)應(yīng)庫(kù)容。結(jié)果如圖6所示。

結(jié)果可直接從軟件導(dǎo)出為表格，見(jiàn)表2。

圖6 各水位及對(duì)應(yīng)庫(kù)容

表2 水庫(kù)水位-庫(kù)容表

3 結(jié)語(yǔ)

在Civil 3D中建立水位曲面和庫(kù)底地形曲面進(jìn)行庫(kù)容計(jì)算，能夠消除面積量測(cè)的誤差，求解結(jié)果的準(zhǔn)確度只取決于地形圖精度［5］，計(jì)算過(guò)程清晰簡(jiǎn)潔、結(jié)果直觀易懂。特別是對(duì)于多內(nèi)部孤島的情況（如千島湖水庫(kù)），效率優(yōu)勢(shì)十分明顯。應(yīng)用此方法，無(wú)需借助GIS平臺(tái)和規(guī)劃專業(yè)，只要有地形圖，水工設(shè)計(jì)人員便可快捷建立水位-庫(kù)容曲線，具有實(shí)際的推廣意義［6］。

［1］呂敏.水庫(kù)泥沙淤積分析及庫(kù)容測(cè)量［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2016（01）：84-86.

［2］鄭東升.基于GIS平臺(tái)的水庫(kù)庫(kù)容計(jì)算方法研究［J］.安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)校學(xué)報(bào)，2010，10（03）：22-24.

［3］蘆云峰，譚德寶，楊中華.空間信息技術(shù)的大型水庫(kù)庫(kù)容計(jì)算［J］.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2010，27（01）：9-12.

［4］萬(wàn)俊，高仕春.水資源開(kāi)發(fā)利用［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2008.

［5］付紅娟.關(guān)于水庫(kù)庫(kù)容計(jì)算方法探析［A］.第八屆東北三省測(cè)繪學(xué)術(shù)與信息交流會(huì)論文集［C］.326-328.

［6］朱方亮，呂朝陽(yáng).五強(qiáng)溪水庫(kù)擴(kuò)大防洪庫(kù)容初步研究［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2015（10）：41-43.