河道清淤工程淤泥方量计算方法的探讨

陈良进

( 浙江省钱塘江管理局，浙江 杭州 310016)

摘 要: 浙江省开展的 “五水共治” 工作中首要的治污水工作涉及到河道清淤工程。淤泥方量的预算是河 道清淤工程进行的前提，关系到工程的费用和方案选优，其计算要精确、符合实际。淤泥方量的常见计算方法 有断面法、DEM 数字高程模型法、方格网法、区域土方量平衡法和平均高程法等。探讨河道淤泥方量计算常用 的断面法及 DEM 数字高程模型法的基本原理、方法和优缺点，为不同条件下较高精度及准度的土方量计算方法 的选择提供依据。

关键词: 淤泥; 方量计算; 断面法; DEM 法 中图分类号: TV851

文献标识码: B

701X ( 2015) 01-0058-02 文章编号: 1008-DOI: 10. 13641 / j. cnki. 33 － 1162 / tv. 2015. 01. 018

m ; di，Ai +1 两 式( 1) 中 Vi 为 2 个断面间的容积，i +1 为 Ai 、3

1 河道淤泥表、底高程的确定

m; A 、Ai +1 为两断面面积，m 。断面的间距，公式( 1) 具有严格 i 立体几何定义，要求两底面平行且相似，各条侧棱延长后交 于一点( 顶点) ，两底面面积与顶点到各底面距离的平方成正 比例。实际线路断面间几何体难以满足这些条件，但 因 其 立 体概念明确，理论严谨，工程条件近似时常使用

［1］

2

淤泥的方量可以视为河道的 2 个 体 积 之 差，淤 泥 层 表 面至一个假定水位线 SW 的体积假设为 VDIN ，淤泥底至 SW 的体积假定为 VDI ，则淤泥的方量即是 2 个体积差 V

淤

淤

，V。

用断面法计算土方量，断面线的布设距离分隔要适当。 = VDI － VDIN 。其 中，淤泥顶层的高程通过测深仪获取，淤

泥底层的高程值通过插杆法获取淤泥厚度计算得出。淤 泥 距离太远时，外 业 工 作 量、内业计算工作 量 相 应 减 少，但 厚度的计算，用水下测量所用的比测花杆垂直下插淤泥测 会降低精度; 距 离 太 近 时，精 度 有 保 障，但 外 业 和 内 业 数 量，获取淤泥顶层 1 个读 数 HDIN 、淤 泥 底 层 1 个 读 数 HDI ， 2 个读数之差就是淤泥的厚度 H。花杆须是直杆，杆上刻度

据整理会增加不少工作量，不可取。

河道断面线的布设影响土方计算的精度，布 设 须 遵 循 以下原则: ① 河道断面应选在河道平面形态显 著 变 化 处， 断面应垂直于河道主流方向，以控制地形变化，正 确 反 映 淤积部位和形 态，满足计算淤积的精度要求; ②测 算 容 积 及冲淤量的河道 断 面 设 计，按照河道水库平面大势走向划 分较长的区段，在各个区段确定走向方向线，以 尽 可 能 与 方向线正交的方向平行地布设各断面，以便于断面间距的 确定和计算公式 的 选 择

［2］

2 河道淤泥方量的计算方法

2. 1 断面法

目前，河道沟渠土方量计算普遍 用 断 面 法。在 地 形 图 上，根据土方计 算 的 范 围，以一定的间距 等 分 线 路，将 线 路划分成若干个相互平行的横截面，按照设计高程与地面 线所组成的断 面 图，计算每条断面线所围成的面积，再 由 相邻 2 个断面之间的距离算出相邻两断面间的体积，将 各 相邻断面的体 积 加 起 来，求 出 总 体 积，这种方法称为 断 面 法。它不仅适用于面状地形，而且适用于带状、有坎地形， 利用断面法计算 淤 泥 方 量，设计高程就等同于淤泥方量计 算的假定水位线 SW，淤泥面层、淤泥底层及水位线各组成 一个断面，淤泥底层计算的容积淤泥面层计算的容积差就 是淤泥的方量。

断面法计算原理:

1 ( A+V1 = di，AA+ Ai +1 ) 3 i +1 i 槡i i +1

( 1)

; ③当河道弯曲较大或宽、深 变

化较大时，应增加断面保证相邻断面间宽、深呈线性变化。 断面法 2 个相邻断面之间距离的确定，通 常 有 以 下 几 个方法: ①断面线中点连接法; ②两 侧 边 线 平 均 法; ③ 断 面线

多点连接 法; ④断面形心连线法; ⑤断 面 线 中 点 垂 线 法。具体的断面线之间距离的确定看具体情况做出选择。

2. 2 DEM 法

数字地面模型 ( Digital Terrain Model，DTM) 是地貌形 态的离散表 示。地表任一特征内容如土 壤 类 型、植 被、高 程等均可作为 DTM 的 特 征 值。以高程为特征值的 DTM 称 ) 用 ( x， 为数 字 高 程 模 型 ( Didital Elevation Mdoel， DEM

y，z) 数字形式坐标表达区域内 的 地 貌 形 态。DEM 不 仅 适 用于各种工程规划和地形分析，也常用于土方工程量的计 算。从技术上看，DEM 技术直接使用原始数据，点密度大， DEM 所提供的任意点高程精度高、剖面图的可信度高。

07-26 收稿日期: 2014-作者简介: 陈良 进 ( 1981 － ) ，男，工 程 师，大 学 本 科，主 要 从事海洋测量工作。

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2. 2. 1 基本原理

DEM 模型的土方量计算是根据实地测定的地面点坐标 ( X，Y，Z) 和设计高程，通过生成三角网来计算每一个三

陈良进: 河道清淤工程淤泥方量计算方法的探讨

3 断面法和 DEM 法对比

目前河道淤泥土方计算普遍使用断面法，结 合 浙 江 省 海盐县 “五水共治” 海盐县城河道清淤工程，浙 江 省 钱 塘 江管理局勘测设计院对 2 种计算土方方法做了对比。选取 1 段 500. 00 m 长的河道，综合河道形状，宽度等各方面因素 合理地布设断面 线，通过各断面之间土方量的累加计算出 土方量 V1 ; DEM 法 利 用 南 方 CASS7. 1 计 算， 通 过 展 高 层 点，将整理好的数 据 格 式 导 入 CASS7. 1; 选取数据建立三 角网，通过固定面积边线计算设计高程分别与现有的淤泥 顶层、淤泥底层之间的 2 个土方量数值，分 2 次计算，1 次 通过淤泥顶层数据计算得出 VDIN ，1 次通过淤泥底层数据计 算得出 VDI ，2 次土方量计算的差值，即淤泥的 土 方 量。通

3 过计算，断面法计算土方数值为 12. 38 m，DEM 法计算土 3 方数值为 13. 72 m，断面法和 DEM 法计算的淤泥方量差值

棱锥的填挖方量，累加得到指定范围内填方和挖方的土方

量，并绘出填挖方 分 界 线。如 果 将 DEM 视为空间的曲面， 填挖前后的 2 个 DTM 即为 2 个空间曲面，计算机可以自动 计算 2 个曲面的 交 线，也 可 以 用 1 个铅垂面同时对 2 个 曲 面任意切割，计 算 2 个切割下来的曲面间空间 的 体 积，确 认土方计算的 填 挖 交 界 线、填方量和挖方量。上 面 所 说 的 DEM 一 般 有 2 种 表 示 方 式， 即基于规则格网的 DEM ( GridBased DEM ) 和基于三角网的 DEM ( Triangle Based DEM) 。

2. 2. 2 土方量的计算

土方工程量是原始地表与设计地表之间的 体 积 值，只 需在计算区建立 2 个 DTM，即 1 个原始地表 DEM、1 个 设 计地表 DEM，根据 2 个 DEM 的 差 即 可求出计算区的土方 量。设原 始 地 表 DEM 为 DEM，设 计 地 表 DEM 为 DEMd， 在相同的坐标原点和格网分辨率的条件下，将 同 一 区 域 的 DEM 和 DEMd 进 行 叠 加，可 得 一 新 的 DEM，设 为 △DEM， 则 △DEM = DEM － DEMd，其分量表示式为:

△Z( i，j) = z( i，j) － z( i，j) d

( 2)

j) 表示地表 DEM 的格网点高程，m; z( i，j) d 表 式中: z( i，

示设计 DEM 的格网点高程，m。对任一格网( i，j) ，若 △Z( i，j) ＞ 0，j) ＜ 0，则该格网为挖方; 若 △Z( i，则该格网为填方。设 j) = 格网面积为 A = dx × dy，则该格网处的土方量为 V( i，j) × A，j) ＞ 0 和 △Z( i，j) ＜ 0) 的数据 △Z( i，分别对 △Z( i，进行累加，即可求得该区域的填挖方量

［3］

在 5% ～ 15% 。考虑 到断面之间淤泥厚度不均匀、DEM 法 计算的高程点不够密等都可能影响最终结果，实 际 的 淤 泥 方量可能是 2 种计算方式得出的中间值，哪种方式计算更 接近真实值，还有待验证。但是试验表明: DEM 法 不 仅 适 用 于岸上土方计 算， 在水下淤泥方量 的 计 算 中 结 合 CASS7. 1，也带来了意想不到的方便。

4 结 语

根据理论算法的分析和实际计算证明，DEM 法在河 道 淤泥土方量计算中同样适用，其计算结果稳定， 误 差 小， 提高了工作效率，且计算结果与实际清淤工程量相差不大， 得到了设计、施工及监理部门的认可。但该结论需要 更 多 的实例来验证其正确性、适用性，便于普及 DEM 法在河道 淤泥土方量计算中的应用。 参考文献:

［1］ 范俊 武， 李 婷 婷 . 断面法在河道沟渠土 方量计算中的应用

［J］． 门窗，2012 ( 10) : 171 － 172．

［2］ 牛占，弓增喜，胡跃斌，等． 布设断面测算河道水库容积及冲 J］． 泥沙研究，2004 ( 4) : 61 － 67． 淤量的数学解析与概化 ［［3］ 蒋功旺． 工程土方量 DEM 与方格网计算精度分析 ［J］． 建 材

与装饰，2008 ( 4) : 405 － 406．

［4］ 聂伟，李清吉，曹传萌． 工程土方计算 DEM 法 探 讨 ［J］． 科

技信息 ( 科学教研) ，2007 ( 19) : 109．

。

DEM 法计算河道淤泥方量可以理解为 2 与断面法一样，

个方量的差值。假定设计地表就是一个固定的水位线，原 始 1 个是淤泥顶层，1 个是淤泥底层。地表有 2 个，淤泥底层计算 的方量值为 VDI ，淤泥顶层计算的方量值为 VDIN ，则淤泥的土 方量 V淤 即为 V淤 = VDI － VDIN 。

DEM 的土方量计算法适用于任何情形，DEM 的精度是 影响土方量计算准确度的主要因素。DEM 的实际精度主要 由原始数据的采集误差和高程内插误差 2 方 面 决 定。数 据 采集误差来自原始资料，采点设备、人为、坐标转换误差。 数字高程模 型 DEM 对土方计算具有 重 要 意 义，基 于 DEM 的土方计算方法克服了传统方法作业人员计算量大、工 作 繁重、计算精度 不 高、容易出错等缺点，实 现 了 土 方 量 计 算的计算机自动化

［4］

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( 责任编辑 张书花)

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