基于Civil 3D的某调蓄水池容积计算

2022-12-22辛振科

长江工程职业技术学院学报 2022年4期

辛振科

(甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，兰州 730000)

水库库容是水库最重要的参数指标，精确高效地计算水库库容对水库的运行调度和设计计算有着至关重要的作用。胡跃斌等[1]阐述了容积等效断面间距的高程分级标准、计算流程及特殊问题的处理方法。靳晟等[2]研究了如何在Visual studio.net 2010和Arc GIS engine SDK10.0环境下，使用C#语言实现三维可视化水库库容计算系统的方法，并设计了地形数据处理、视图处理等主要子功能模块。魏万鸿等[3]在对各种常用库容计算公式进行对比分析的基础上，改进了已有的“拟台体公式”，并分析了各种计算公式的计算精度及适用范围。徐玲玲等[4]以某水库为研究对象，采用数值解析法进行调洪演算，对比考虑和不考虑动库容影响的计算结果，以及对比考虑动库容影响下分段推算和不分段推算的计算结果，验证了数值解析法的有效性和精确性。何亮等[5]基于ArcGIS Engine开发了水库库容计算与淤积分析专用软件，实现了水库库容的高精度计算。荆海峰等[6]将三维激光扫描技术应用于某抽水蓄能电站库容的三维测量中，介绍了数据从采集、处理、成果输出的流程。王晓莉等[7]分别采用断面法、三角网法、方格网法计算了不同滞洪水位下的库容量，认为采用三角网法计算库容应用较灵活，计算精度较高。王元超[8]利用GIS的空间叠加分析、属性表连接、CAD辅助制图、Excel快速编辑及统计，提出了一种水库库容高效计算方法。李浩等[9]采用等高线法和离散点法计算水库库容，发现离散点法计算结果精度更高。马超等[10]利用AutoCAD Civil 3D软件曲面高程分析特性，创建曲面分层体积数据，使用Excel Vba编程工程对数据进行修正并创建库容曲线。采用二次插值公式，实现不同水位与库容插值，方便设计人员查找特征水位、特征库容。本文采用Civil 3D软件建立某调蓄水池的三维模型，通过Civil 3D软件自动计算所建立的三维模型的体积来求出调蓄水池的容积，并与传统的等高线法计算的结果进行对比。

1 工程案例

某调蓄水池平面布置图如图1所示，图2为图1中的1-1剖面图，池底高程为1 768.50m，池顶高程为1 775.00m，内坝坡坡比为1∶2.75，其余尺寸参数见图1、图2。

2 库容计算

2.1 等高线法

本工程调蓄水池的内坡坡比为1∶2.75，池深为6.5m。因此每0.5m高度计算一个截面，由低往高依次编为序号A0-A13。计算结果如表1所示。

首先将内坡坡底线合并成一条闭合曲线，采用CAD偏移命令，对勾勒出的闭合多段线向外偏移，偏移距离为：内坡坡比2.75乘以拟上升水位高度。

图1 某调蓄水池平面布置图

图2 某调蓄水池1-1剖面图

表1 等高线法库容计算结果

库容按如下公式计算：

(1)

V=∑Vi

(2)

式中：

Ai表示第i个多段线勾勒出闭合多段线等高线的面积，Hi表示第i次计算时的水深，Vi表示Ai与Ai+1之间Hi水深对应的水体体积，i≥1，i为整数；V表示调蓄水池水深对应的容积。

2.2 Civil 3D三维建模法

AutoCAD Civil 3D是一款Autodesk公司推出的面向基础设施行业的BIM解决方案。本文通过Civil 3D三维建模功能，建立调蓄水池内水体的三维模型来计算水池容积。

首先将内坝坡坡底线和内坝坡坡顶线分别合并成一条闭合多段线(该多段线各顶点的高程相同)，将坡顶线向上垂直移动6.5m(本工程池深)，其次采用Civil 3D放样命令，对坡顶线和坡底线进行直纹放样，放样出的三维模型如图3所示，图中由高到低依次为坝顶高程对应的库容模型、设计水位对应的库容模型、最低死水位对应的库容模型。再次采用Civil 3D软件快捷命令“MASSPROP”求出模型的三维特性，计算结果截面如图4所示，可以看出计算出的体积为29 351.182m3。为了给出库容曲线，继续采用三维拉伸面命令，将模型由顶面依次向下偏移，使用“MASSPROP”命令求出顶面向下偏移后的模型体积，即水位下降后的调蓄水池容积，如此循环计算，直至水池水位不足一个下降标高。表2给出了Civil 3D三维建模法的计算结果，为了与等高线法计算结果进行对比，表2采用的截面编号与水位变化高度与表1相同。