方格網(wǎng)法在南昌象湖清淤方量計(jì)算中的應(yīng)用

胡子全

摘要：淤泥方量的預(yù)算是河道清淤工程進(jìn)行的前提，關(guān)系到工程的費(fèi)用和方案選優(yōu)，其計(jì)算要精確、符合實(shí)際。淤泥方量的常見(jiàn)計(jì)算方法有斷面法、DEM數(shù)字高程模型法、方格網(wǎng)法、區(qū)域土方量平衡法和平均高程法等。本文以方格網(wǎng)法為例，探討其在象湖清淤方量計(jì)算中的作用。

Abstract： The budget of silt amount is the premise of dredging engineering， it is related to the optimal selection of engineering cost and its calculation scheme. The calculation must be precise and consistent with the actual situation. The common methods of calculating the amount of silt are section method， DEM digital elevation model method， the grid method， the regional earthwork balance method and the average height method. This paper takes the method of square grid as an example to discuss the dredging of volume calculation of Xiang Lake.

關(guān)鍵詞：清淤；數(shù)據(jù)采集；方格網(wǎng)法；方量

Key words： dredging；data acquisition；grid method；volume

中圖分類號(hào)：TV697.3+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）09-0145-03

0 引言

清淤工程指疏浚河道，為水利工程。目前我國(guó)水利工程的開(kāi)發(fā)建設(shè)發(fā)展比較迅速，特別是南水北調(diào)等戰(zhàn)略性工程的快速推進(jìn)，同時(shí)河流對(duì)人類的作用是不可或缺的，因此在當(dāng)今社會(huì)，河流治理以及存在的問(wèn)題也廣受群眾關(guān)注，清淤工程是切斷河流內(nèi)源污染的有效工程措施之一。為了在我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的同時(shí)不對(duì)人們的生活以及其它物種的生存造成傷害和影響，我們需要嚴(yán)格按照水利施工的規(guī)范，對(duì)河流進(jìn)行清淤工程的措施。使得日益影響到排澇、防洪、供水、通航等種種功能的發(fā)揮得以正常，使得群眾的生產(chǎn)條件和居住環(huán)境得到明顯改善。而測(cè)量工作是清淤工程的首要工作。

1 研究現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

如今大型工程之中，一般先選擇將水庫(kù)或者某段湖泊內(nèi)的水抽干，用免棱鏡全站儀或者RTK對(duì)淤泥表面的高程進(jìn)行測(cè)量，等到施工完成之后，再次用上述辦法對(duì)測(cè)量淤泥低層的高程。或者首先進(jìn)行水下測(cè)量，利用游船和棱鏡或者測(cè)深桿配合RTK流動(dòng)站，來(lái)測(cè)出水下的三維坐標(biāo)和高程，接著在工程施工結(jié)束之后，再用免棱鏡的全站儀或者RTK對(duì)淤泥底部的高程進(jìn)行測(cè)量，兩種方式視測(cè)區(qū)水深程度和地域壞境而決定。

清淤工程作為水下方施工，其受自然環(huán)境與水流速度的影響較大，必須選擇在風(fēng)平浪靜的天氣，這個(gè)對(duì)于工程實(shí)施的效率造成了困難。其次，在清淤工程測(cè)量工作當(dāng)中，河流或者湖泊邊遮蓋物較多，例如灌木叢。再者因?yàn)樘鞖庠颍谒嬷辖?jīng)常霧氣騰騰，造成通視困難，遇到這種天氣會(huì)使得全站儀無(wú)法正常工作，對(duì)工作進(jìn)度造成麻煩。最后，由于河流、湖泊周圍容易受到河水的沖刷，對(duì)控制點(diǎn)，基準(zhǔn)站的選擇也造成了一定的困擾，綜上各種不可預(yù)計(jì)的自然因素，在選擇控制點(diǎn)和測(cè)量工具的問(wèn)題上需要仔細(xì)斟酌比較，以便造成不必要的損失。

2 研究的意義

基于現(xiàn)今在清淤工程測(cè)量工作中遇到的各種難題，以及在最終方量計(jì)算方面不同方法的合適性選擇，通過(guò)此課題的研究，首先能更好地明確在不同區(qū)域環(huán)境中測(cè)量方式以及測(cè)量工具的選擇，同時(shí)對(duì)測(cè)量人員的安全如何起到一定的保障作用。以及控制點(diǎn)、基準(zhǔn)站的位置選擇性。在方量計(jì)算方面，通過(guò)不同的計(jì)算方式結(jié)果的分析與比較，給工程實(shí)際操作提供合適的借鑒作用，確保精度達(dá)到工程規(guī)范的要求，以及資金和效率的保證。

3 項(xiàng)目概況

象湖位于南昌市的西郊，由東江、南江、西江、北江和青山湖的水流集合而成，總面積216平方千米。在進(jìn)行象湖景區(qū)建設(shè)之前，需進(jìn)行清淤工程，并將用象湖淤泥來(lái)打造濕地景觀。

4 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

4.1 水域部分的數(shù)據(jù)采集

對(duì)于湖中央等一些水深區(qū)域，將全站儀架設(shè)在己測(cè)控制點(diǎn)上進(jìn)行碎部測(cè)量，測(cè)量人員做好相應(yīng)保護(hù)工作，乘坐游船，在待測(cè)點(diǎn)位置將棱鏡桿插入湖水當(dāng)中，全站儀進(jìn)行三維坐標(biāo)點(diǎn)位的測(cè)取。碎部點(diǎn)要求按照10m*10m的方格間距進(jìn)行淤泥點(diǎn)位測(cè)量。

4.2 淤泥較淺區(qū)域的數(shù)據(jù)采集

對(duì)于淺水區(qū)，采用全站儀碎部測(cè)量。測(cè)量人員穿著下水褲直接走在淤泥表面進(jìn)行碎部點(diǎn)的采集，要求棱鏡桿立在淤泥的表面，而不能深入其淤泥內(nèi)部。

4.3 淤泥較深區(qū)域的數(shù)據(jù)采集

象湖少部分區(qū)域在自然風(fēng)干的情況下，導(dǎo)致淤泥厚度較大，土質(zhì)疏松與濕潤(rùn)，對(duì)測(cè)量人員的安全與測(cè)量精度都造成了一定的麻煩，此時(shí)，利用全站儀免棱鏡模式對(duì)淤泥的三維坐標(biāo)進(jìn)行采集。

5 清淤范圍的確定

清淤范圍的確定影響著清淤量的大小，在實(shí)際碎部點(diǎn)采集的過(guò)程中，測(cè)量人員手持棱鏡需要沿著象湖測(cè)區(qū)的最邊緣進(jìn)行碎部點(diǎn)的測(cè)量，測(cè)出的數(shù)據(jù)區(qū)域則為整個(gè)清淤工程的清淤范圍。

將數(shù)據(jù)點(diǎn)位在CASS圖中進(jìn)行高程點(diǎn)的擴(kuò)展，檢查所有控制點(diǎn)與后視點(diǎn)及一些異常數(shù)據(jù)點(diǎn)位是否進(jìn)行了正確的處理。用復(fù)合線沿著邊緣將所有高程點(diǎn)進(jìn)行連接，將所有的高程點(diǎn)通過(guò)復(fù)合線形成閉合圖形，即實(shí)際清淤工程中清淤的范圍（見(jiàn)圖1）。

6 方格網(wǎng)法計(jì)算方量

方格網(wǎng)法原理是將測(cè)區(qū)分成若干個(gè)邊長(zhǎng)相等的正方形，通過(guò)實(shí)地測(cè)量測(cè)或者相應(yīng)圖紙得到每個(gè)方格網(wǎng)點(diǎn)的自然標(biāo)高，在由已知的地面設(shè)計(jì)標(biāo)高，與自然標(biāo)高的差值，可以求出零線位置，然后求出每個(gè)方格的填挖方量，所有方格的填挖方量相加就是整個(gè)區(qū)域總量。

將清淤前的所有點(diǎn)位在CASS中展開(kāi)高程點(diǎn)，沿著所有的邊緣高程點(diǎn)進(jìn)行復(fù)合線的圈定，將象湖圍成一個(gè)閉合曲線，注意到小島同樣會(huì)進(jìn)行方格網(wǎng)的計(jì)算，新建工程用復(fù)合線將兩個(gè)小島閉合起來(lái)，用方格網(wǎng)的辦法求出小島的方量，將總的方量減去小島的方量，即清淤前的總方量。

具體步驟：打開(kāi)【工程應(yīng)用】菜單欄下的【方格網(wǎng)計(jì)算方量】，鼠標(biāo)選取剛閉合的復(fù)合曲線。彈出對(duì)話框如圖2所示。

在高程點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件一欄中選擇加載清淤前的總點(diǎn)位數(shù)據(jù)dat文件目標(biāo)高程為默認(rèn)0米根據(jù)實(shí)際碎部點(diǎn)采集間隔，將方格寬度改為10米點(diǎn)擊“確定”，會(huì)自動(dòng)生成經(jīng)過(guò)計(jì)算的方格網(wǎng)圖，如圖3所示。

其中豎列代表挖方量，橫排代表填方量，由CASS圖可得出，清淤前的挖方量為：

V1=31492878.9m3（包括小島的挖方量）。同樣方法新建工程中得出的小島方量為V島=835173.7+340707.7=1175881.4m3，如圖4所示。

求出清淤前的方量（減去小島）為：

V前=V1-V島=31492878.9-1175881.4=30316997.5m3

清淤后的點(diǎn)位展開(kāi)到象湖地形圖中，將象湖的復(fù)合線和小島的復(fù)合線分別進(jìn)行處理，接著與清淤前的方法相同，用方格網(wǎng)法進(jìn)行方量計(jì)算，求出的方量V2=30258404.9m3，如圖5所示。

同樣求出小島的清淤量為V島=341827.7+830700.6=1172528.3m3，如圖6所示。

由此得出清淤后的V后=V1-V島=30258404.9-（341827.7+830700.6）=29085876.6m3。

即清淤總量V清=V前-V后=30316997.5-29085876.6=1231120.9m3。

7 方法評(píng)價(jià)

地形模型上截取的，算出的填挖高度不準(zhǔn)確，求出的方量有誤差，方格網(wǎng)法是用平面四邊形方格來(lái)擬合斜坡，當(dāng)方格的寬度越小，就越接近斜坡。優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有龐大冗雜的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量。缺點(diǎn)是始終存在著一定的誤差，因此方格網(wǎng)法只適用于開(kāi)挖前后比較平坦，高程起伏不大的地面，象湖的清淤工程的淤泥高差總體比較平緩，適用于方格網(wǎng)法。

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