武长松，常军

(1.吉林松辽工程监理监测咨询有限公司，吉林长春 130021； 2.长春市测绘院，吉林长春 130021)

三维地面模型在大藤峡静态库容计算中的应用

武长松1∗，常军2

(1.吉林松辽工程监理监测咨询有限公司，吉林长春 130021； 2.长春市测绘院，吉林长春 130021)

常规库容计算工作量大，耗费大量人工，且成果质量和计算精度都难以保证。本文简述了在广西大藤峡库容计算工作中，以AutoCAD Civil 3D为平台，根据测绘地形数据，构造三维地面模型，采用三维地面模型计算技术，短时间高质量完成计算任务的技术路线和实施方案，并且描述了利用河道横断面、深泓线、水边线加密计算水下模拟地形，从而提高了成果质量，使成果更完整。

库容计算；三维模型建立；水下地形模拟

1 引 言

大藤峡水利枢纽工程坝址位于珠江流域西江水系的黔江河段大藤峡峡谷出口的弩滩处。除了防洪、发电、水资源配置、灌溉外，大藤峡水利枢纽的兴建，还可为其下游和库区水产养殖业的发展提供条件，同时为当地旅游业的发展提供工程景观。

2007年5月，中水东北公司大藤峡项目经理部研究对大藤峡进行静态库容计算工作，要求在一个月左右完成。经研究分析，我们认为采用建立三维地面模型计算体积的方法可大大减少工作量，大藤峡静态库容计算工作包括水下库容计算，计算范围为70 m高程以下，高程间距2 m。

2 基本资料

已有测量成果:

(1)地形图 629幅，2002年航测成图，比例尺1∶5 000，等高距2 m。

(2)实测河道横断面图157幅，2002年测图。

(3)实测河道纵断面图25幅，2002年测图。

(4)地形图图幅接合表l幅。

所有测量成果均提供电子文件，且地形图上等高线和高程点均有三维坐标。

3 库容计算要求

(1)计算范围:高程70 m以下静态库容，含水下库容。

(2)计算精度:高程按2 m间距，计算相应高程下库容和水域面积。

(3)时间:1个月。

4 计算方案

通常把库容计算分为水下和水上两部分，水下部分计算方法为假设河道为直线，相邻两个横断面均与河道正交，距离为两横断面河道里程，按线性插值计算两横断面各高程下面积，然后根据台体体积计算公式计算体积为所求库容。这种计算方法是一种比较粗的近似计算，没有考虑河道内岛、坑和两横断面间实测深泓点的影响，实际上两横断面也不平行，河道更不是直线。水上部分需先求出各高程等高线面积，然后根据台体体积计算公式计算体积，因此必须先对各高程等高线进行封闭编辑。

由于库区范围大、地形复杂、涉及图幅多、等高线不连续，河岸两侧陡崖多，等高线断线、缺线严重，因此等高线封闭编辑工作量是巨大的，仅此一项工作就约需2人年。在面积计算时还要考虑许多岛屿和水下部分衔接。成果验算、质量检查工作量也很大。估计整个静态库容计算工作约需3人年，工作强度也很大。采用这种方案要在指定时间内完成该项工作是不可能的。

为此，我们探索采用新技术完成大藤峡库容计算任务的可能性。首先分析了基本资料，特别对地形图进行了详细分析。首先，地形图上等高线和高程点是带有高程的，存在个别未赋高程值的等高线和高程点。其次，层次分类比较清楚合理，存在少量地物线(陡坎、斜坡等)在等高线层上。因此我们考虑利用地形图上的三维信息构造三维地面模型，然后计算各高程下的库容和面积。经用局部图形试验和验算，证明该方案是可行的。

为了用同样方法计算水下库容，需要水下地形数据。因未实测水下地形，仅有实测横断面和纵断面数据，平均3.4 km一个横断面，0.7 km一个深泓点。

根据这么少量的数据能否推算出水下近似地形呢?经过分析认为，根据以上实测断面数据，结合地形图等高线、高程点、水边线数据是能够推算出近似水下地形的。

5 水下地形推算方案

(1)展绘实测横断面

首先将实测横断面数据展绘到地形图上，并标记最深点。

图1 断面数据展绘

(2)确定深泓线

因纵断面数据仅有深泓点高程和相应的河道里程，无法确定深泓点平面位置，从而不能确定深泓线平面位置。需人工根据河道走向和横断面最深点人工绘制二维深泓线，再结合实测纵断面，就可确定三维深泓线。

(3)根据实测横断面、深泓线、水边线就可合理构造水下地形:

①读取两横断面数据，计算横断面与两岸水边线交点，两交点平面距离为水面宽度，两交点高程均值为断面水位。取水下部分横断数据。(因横断面和地形图施测时间不一致，应以地形图上的水边线为标准区分横断面的水下部分)。

②把两横断面进行规范化处理，水面宽度均变为单位宽度1.0。

③根据插值间距，综合两横断面数据，确定两横断面上的加密位置，并计算加密点的高程(位置用0～l之间的数表示)，使两横断面点位和点数完全相同。

④计算两横断面间深泓线长度，把实测纵断数据沿深泓线展绘，并根据加密间距，布设加密深泓点，计算加密深泓点的高程和水位。这些加密深泓点(含原深泓点)就确定了加密横断面的位置和最低点高程。

⑤在加密深泓点位置，沿深泓线法向交水边线两点，即为该断面水面宽度，水位与深泓点水位相同。也变换为单位宽度1.0，根据该断面距两实测横断面的距离大小，加权计算出该断面各点高程，再根据深泓点位置和高程，调整相应点位和高程。这样就推算出两横断面间的水下高程点。

图2 深泓点及横断面加密

(4)水下高程点调整

以上推算出的水下高程点未考虑河道内的岛和复杂的水边线(如河岔)的影响，因此还需根据实际地形和经验调整水下高程点，删除错误点，补充新的高程点。调整修改后水下高程点(图3中红色点为人工补充的高程点)。

图3 水下加密高程点调整

6 三维地面模型建立

当图形处理完毕、水下高程点推算出后，在Autodesk Civil 3d下，构造三维地面模型是方便的。分别把水下高程点、水上高程点、实测横断面、等高线添加到曲面定义上即可。

7 库容计算

在Autodesk Civil 3d下新建曲面后，将水下高程点、实测横断面、等高线添加到这个曲面上，定义这个曲面的三维特性，称这个曲面为三维地面曲面，简称地面曲面。新建曲面后，将水上高程点及对应的等高线添加到这个曲面上，称这个曲面为平面曲面。

在各高程建立平面曲面，以地面曲面为基本曲面，以平面曲面为对照曲面，计算出两曲面间的填方即为所需库容。

8 面积计算

利用微量高程间的体积计算中间高程面积。

式中:V为高程间体积；△H为高程差；S为中间高程面积。

当高程分别加减0.001 m，则△H＝0.002 m时，若地面模型不变，经测算，计算精度非常高，达到0.000 03%。

9 工作流程制定

由于大藤峡库区范围大，数据量多。为了有序有效进行库容计算，减少不必要的返工和重复工作，并制定了标准工作流程供项目人员执行。

10 经验与总结

提交库容计算初步成果及与原库容对照成果。经大藤峡项目组分析，认为部分高程间的库容与原库容相差较大，建议对地面模型进行检查，同时利用微高程间距求出各高程面积进行复核对照。

我们采用高程分别加减0.001 m计算库容求面积的方法计算出面积成果。再次提交了模型修改后的库容和面积成果，绘制出库容曲线和面积曲线时，初步判断计算成果是可靠的。

(1)图形分割要合理，单个图形文件在生成地面模型前控制在5 MB以下。

(2)图形分割要保证不能重复和遗漏，并保持衔接一致。特别是干流与支流若不在同一图形文件，接合处水下地形要事先检查处理。生成曲面后还要检查衔接处的曲面模型，删除区域外的三角形。

(3)对地形图要严格检查层次和高程属性，是否存在未赋高程值或高程值错误的等高线和高程点。

(4)良好的工作程序是最终计算成果质量的保证。因三维地面曲面数据量大，占用计算机资源多，在基础数据处理不完善的情况下急于构造三维模型并计算库容会出现较多返工，降低工作效率。

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Application of the Three－dimensional Terrestrial Model on Calculating the Still Storage of Dateng Gorge

Wu Changsong1，Chang Jun2
(1.Jiling Songliao Project Supervising and Monitoring Consultation Co.，Ltd.Jiling 130021，China；2.Changchun Institute of Surveying and Mapping，Changchun 130021，China)

The workload of Conventional reservoir storage calculating is heavy，manpower－consuming，make it difficult to ensure quality and calculation accuracy of the results.During calculating reservoir storage of the Dateng gorge in Guangxi province，This paper summarized how to accomplish the calculating task high－quality in a short time.It built a platform of AutoCad＆Civil3D，and construct the three－dimensional ground model according to the mapping data of，using the 3－d model computing technology to calculate the reservoir storage.This paper also described the method to calculate the underwater simulated terrain using encrypting the watercourse cross section，talweg and water edge.It thereby improved the quality of results and made the outcomes more completed.

reservoir storage calculating；construction of A three－dimensional model；the underwater simulated terrain

2011—08—06

武长松(1971—)，男，工程师，主要从事工程测量及监理监测评估工作。

1672－8262(2011)05－110－03

TU697，P209

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