Как посчитать объём пруда: калькулятор и расчёт по DEM
Ливневые пруды, отстойники и пруды-накопители на площадке сводятся к двум цифрам: сколько воды пруд удерживает до перелива и сколько воды пришлёт в него заданный ливень. Обе можно измерить по DEM сухого или опорожнённого пруда, а съёмка с дрона даёт такую DEM за один полёт. Это руководство объясняет расчёт и ошибки съёмки, которые чаще всего его искажают.
Калькулятор объёма пруда с откосами
Объём воды в прямоугольном или круглом пруду с откосами по размерам дна и глубине воды. Заложение откоса m — горизонтальное расстояние на 1 по вертикали; 0 — вертикальная стенка.
Формула: V = a·b·h + m·h²·(a + b) + 4/3·m²·h³
a, b: длина и ширина по дну (у насыпи — по верху) · h: глубина · m: заложение откоса; круг: r = радиус дна, R = r + m·h
Предполагаются ровный рельеф и одинаковый откос со всех сторон, без берм. Для неровного участка или объёма относительно реального рельефа используйте снятую поверхность.
Реальный объект редко бывает таким правильным. Считайте по снятой поверхности: ПО для гидрологии
Вместимость до отметки перелива
Вместимость пруда — это объём между его дном и самой низкой точкой его края, отметкой перелива, где вода начинает уходить. Выше этой отметки пруд уже не накапливает воду, а пропускает её. У естественного понижения точка перелива там, где край ниже всего; у построенного пруда — это водослив или переливное устройство.
Поиск понижений по DEM
На DEM каждое замкнутое понижение — потенциальный пруд. Анализ «Скопление воды» в STREAM находит их автоматически и для каждого сообщает площадь водной поверхности, вместимость до отметки перелива, наибольшую и среднюю глубину, отметку перелива и площадь водосбора, стекающего в него. Минимальная площадь и минимальная глубина отсекают лужи, а если ни одно замкнутое понижение не проходит порог, анализ так и сообщает, вместо того чтобы рисовать пустую карту.
Объём при выбранном уровне
Проверки проекта часто требуют объём при заданном уровне, а не при переливе: при постоянном горизонте воды, по линии запаса, при эксплуатационном уровне. Начертите контур пруда как площадь и посчитайте выемку и насыпь относительно горизонтальной базы на этой отметке: земля ниже отметки и даёт объём воды при этом уровне.
Повторите расчёт для нескольких отметок — и получите кривую объёмов: накопленный объём в зависимости от уровня воды. По этой кривой и проверяют проект пруда, только теперь она измерена на фактически построенной поверхности.
| Цифра | Смысл | Как считается |
|---|---|---|
| Отметка перелива | Отметка, при которой вода начинает уходить | Самая низкая точка края понижения |
| Вместимость | Объём до отметки перелива | Анализ «Скопление воды», по каждому понижению |
| Объём при уровне | Вода при выбранной отметке | Выемка и насыпь относительно горизонтальной базы в контуре пруда |
| Кривая объёмов | Накопленный объём в зависимости от уровня | Тот же расчёт для нескольких отметок |
| Накопленный и сброшенный объём | Что расчётный ливень оставляет и пропускает | Сценарий осадков в анализе «Скопление воды» |
| Водосбор и время добегания | Площадь, стекающая к точке, и время отклика | Щелчок в режиме водосбора, оценка по Кирпичу |
Что заполнит расчётный ливень
Вместимость говорит, сколько пруд может удержать; ливень — сколько придёт. В STREAM задайте слой осадков, их продолжительность, интенсивность впитывания и коэффициент стока: чистые осадки равны max(0, P − f·D) · C, а водные поверхности рисуются на отметке, которую даёт этот ливень. Отчёт отделяет накопленное в понижениях от ушедшего за пределы участка, считает переполненные понижения и даёт пиковый расход.
Щелчок по рельефу в режиме водосбора выделяет водосбор выше этой точки и сообщает его площадь, самый длинный путь стока и приблизительное время добегания по формуле Кирпича — с пометкой нижней оценки, если водосбор выходит за край анализируемой области.
Слабое звено — съёмка
Ни камера, ни топографический лазер не измеряют дно под водой: фотограмметрия видит водную поверхность, а вода почти ничего не возвращает топографическому лазеру. Поэтому снимайте пруды сухими или опорожнёнными либо объединяйте поверхность с дрона выше уреза с батиметрической съёмкой ниже него.
Проверьте и край. Отметка перелива — самая низкая точка линии шириной часто всего несколько метров; пропуск в данных, стоящая машина или растительность на дамбе могут сдвинуть её больше, чем глубина, которую вы хотите накопить.
От вместимости к проекту
Когда пруд нужно расширить, посчитайте выемку и насыпь между проектной поверхностью и существующим рельефом — это даст объём выемки. Подводящие и отводящие канавы можно прорезать в рельефе по начерченным линиям: STREAM вырезает трапецеидальную канаву с шириной по дну, глубиной и заложением откосов и сопрягает её с землёй, так что каждый последующий гидрологический расчёт видит новое русло.
Частые вопросы
Как посчитать объём пруда по съёмке с дрона?
Снимите пруд сухим или опорожнённым, затем измерьте по DEM: вместимость до отметки перелива даёт анализ понижений, а объём при любой выбранной отметке — выемка и насыпь относительно горизонтальной базы на этой отметке в контуре пруда.
Что такое вместимость до отметки перелива?
Объём, который понижение удерживает, прежде чем вода начнёт уходить через самую низкую точку его края. Выше этой отметки пруд пропускает воду, а не накапливает её.
Что такое кривая объёмов пруда?
Зависимость накопленного объёма от уровня воды. По DEM посчитайте объём ниже горизонтальной базы на нескольких отметках в контуре пруда и сведите результаты в таблицу.
Может ли съёмка с дрона измерить дно пруда под водой?
Нет. Фотограмметрия видит водную поверхность, а вода почти ничего не возвращает топографическому лазеру. Снимайте пруд сухим или опорожнённым либо объединяйте поверхность с дрона с батиметрической съёмкой.
Может ли STREAM смоделировать расчётный ливень на пруду?
Да. Задайте слой осадков, продолжительность, интенсивность впитывания и коэффициент стока; STREAM заполнит понижения до отметки, которую даёт чистый слой осадков, и сообщит накопленное, ушедшее, число переполненных понижений и пиковый расход.
Как посчитать объём пруда с откосами?
Для прямоугольного пруда на ровном рельефе с дном a × b, глубиной воды h и заложением откосов m: V = a·b·h + m·h²·(a + b) + 4/3·m²·h³. Для круглого пруда с радиусом дна r радиус зеркала воды R = r + m·h и V = π·h·(R² + R·r + r²) / 3. Один кубометр — 1000 литров. Калькулятор на этой странице считает оба случая; менее правильный водоём измеряют по DEM.
Источники
Запустите анализ скопления воды и водосборов в STREAM
Нативное Windows-приложение · полностью офлайн · бесплатная бета