CASS9.0在水库开挖与填筑中的应用

2020-04-17杨香云王志真

山东水利 2020年2期

杨香云，王志真

（1.山东省水利勘测设计院，山东济南 250014；2.山东省农业对外经济合作中心，山东济南 250013）

泊于水库工程属于小型山前冲积平原，地形较为平坦，淹没区涉及威海市经济开发区的18个村庄，工程占地量大。此区人均占有耕地较少，土地资源十分宝贵，如何减少淹没占地，降低征迁难度，是本工程需要解决的重要问题。本文以威海市新建的泊于水库工程为例，探讨采用南方CASS9.0软件中DTM法在水库库盆开挖设计中的应用。

1 土方量计算方法

1）DTM法。DTM法计算土方量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地块的填挖方量，最后累计得到指定范围内挖填方量的总和，并可绘出填挖方分界线。用该方法计算土方量通常采用三种算法：一种是由坐标数据文件计算，第二种是依照图上高程点进行计算，第三种是依照图上的三角网进行计算。DTM法以所采集的数据为基础对地形的起伏能很好地进行模拟，并产生填挖界限，是土方量计算中最常用方法之一，不管是平原地区还是起伏较大的丘陵和山区都有很大优势。其精度取决于地形点的测量密度、工程位置和高程点数目等因素。

2）方格网法。方格网法计算土方量是根据实地测定的地面点坐标（X，Y，Z）和设计高程，通过生成方格网来计算每一个方格内的填挖方量，最后累计得到指定范围内填挖方量，并绘出填挖方分界线。该方法的精度取决于数据采集的密度和方格网设置的大小。一般说来，方格的宽度越小，计算精度越高。但如果方格宽度设置过小，超过野外采集点的密度也没有实际意义。方格网法适于地形起伏较小、坡度变化平缓的场地，如土地平整，塘、河填挖等大面积土方量估算。

3）断面法。断面法可应用于计算道路断面间的土方、场地断面间的土方及任意二断面间土方量。该方法对采集数据的均匀程度和局部性要求较高，且结果发生的偏差不容易看出原因。断面法计算简便实用，其计算精度跟断面间距有直接联系，该方法局限性较大，适于平原、高差较小或狭长的地形，比如河道、灌排渠道、管道等带状工程的土石方计算。

4）区域土方量平衡。土方平衡的功能常应用在场地平整时，以填挖方边界线为界，从较高处挖得的土石方直接填到区域内较低的地方，就可完成场地平整。

通过介绍可以发现，不同的计算方法适合不同类型的工程，因此在具体选用中，要依据工程的具体情况而定。

2 应用实例

2.1 工程简介

泊于水库位于山东省威海市石家河流域下游，为低山丘陵区。根据库区总体布置，按照有利于施工的原则，将库区分成63个地块。

为尽量减少淹没影响占地，根据设计时威海市1/500地形图，以节省占地、投资较省为原则，结合威海市东部新城发展规划，采用水库库区挖填增容填筑抬田方案。库盆内以15 m等高线为基准（即水兴利水位），以上水平向内1.0 m为抬田外边缘，按照1∶5的边坡结合各地块的实际地形情况，抬田至17.0 m（部分地块抬田高程至16.5 m，19.0 m，21.0 m）；以下填筑边坡与现状地面相交，交点外延水平距离20 m处作为开挖上端点，向库内开挖，平均开挖至底高程9.5 m，最大开挖深度5.5 m。抬田区作为工程弃土区，当做临时用地进行复耕。

2.2 实际运用

泊于水库位于低山丘陵区，地形复杂，对于工程的预算，选择合理的计算方法及计算软件十分重要。本次采用CASS9.0程序DTM法中的依照图上高程点进行计算，将63个地块以15 m高程基准线为界，采用复合线分别画出闭合区域，计算各地块的工程量。其中1~4、11~12、24~31、32～38、50、54 共 23 个地块，抬田高程为 19.00 m；39~42共4个地块抬田高程为21.00 m；其余地块抬田高程均为17.00 m。表层土用于复耕，厚度取0.45 m。以57地块为例，说明计算工程量的方法。

1）首先用多段线画出所要计算土方的区域面，边线不要拟合而成，因为拟合过的曲线将会在进行土方计算时会用折线叠代。

2）选择“工程应用”。命令行将会显示提示：“选择计算区域的边界线”；选择各地块的闭合多段线。

3）屏幕上弹出DTM土方的计算对话框后，选择依据实际地形中的高程点，输入设计标高，程序会根据地形的实际情况完成工程量的计算。

平场面积是选择的地块面积，用于计算表层土的方量，57号地块表层土方量为33 847.6 m3；最小高程为地块内最低处，最大高程是地块内最高点，平场标高即是开挖或回填设计标高值，开挖方量即为程序计算方量减去表层土剥离量为105 840.5 m3；填筑量即为程序计算方量减去表层土剥离量为160 732.8 m3。

通过对各地块的反复试算，确定抬田区的高程及剥离厚度，以满足各地块复垦表层土及抬田区域填筑土量的需求，最大限度的减小工程占地。