如何由 DEM 计算调蓄池与沉淀池的蓄水容积

雨水调蓄池、沉淀池和工地蓄水池都归结为两个数字:溢流之前能蓄多少水,以及一场给定的降雨会送来多少水。两者都可以在干涸或排空后的池体 DEM 上量测,而一次无人机飞行就能得到这个 DEM。本指南说明计算方法,以及最常使结果失真的测量错误。

放坡水池容积计算器

由池底尺寸和水深计算带边坡的矩形或圆形水池的蓄水量。放坡系数 m 为每 1 米高对应的水平距离;0 表示直立池壁。

单位
形状
m
m
m
蓄水量1,083 m³
升1,083,333
水面30 × 22 m · 面积 660 m²

公式: V = a·b·h + m·h²·(a + b) + 4/3·m²·h³

a、b:坑底(填方为顶面)长和宽 · h:深度 · m:放坡系数;圆形:r = 底部半径,R = r + m·h

假设地面水平、四边坡度相同且无台阶。场地不规则,或需按实际地面计算时,请使用实测地形面。

实际场地很少这样规整。请改用实测地形面计算: 水文分析软件

到溢流标高的库容

池体的蓄水库容是池底与池缘最低点之间的体积——这个最低点就是溢流标高,水从这里开始流出。高于这一标高,池体不再蓄水,而是把水放过去。天然洼地的溢流点位于池缘最低处;工程池体则是溢洪道或溢流口。

在 DEM 上寻找洼地

在 DEM 上,每个封闭洼地都可能是一个水池。STREAM 的“积水”分析会自动找出它们,并为每个洼地报告水面面积、到溢流标高的蓄水库容、最大和平均水深、溢流标高以及汇入该洼地的集水面积。最小面积和最小深度阈值会滤除小水坑;如果没有封闭洼地满足条件,它会如实说明,而不是画出一张空图。

指定水位下的体积

设计核查往往需要的是某一水位下的体积,而不是溢流时的体积:常水位、超高线、运行水位。把池体边界绘制为面,并相对于该水位的平面参考计算挖填方——低于该水位的地面所围成的体积,就是该水位下的蓄水量。

在多个水位重复计算,就得到水位–库容关系表:蓄水量随水位的变化。这正是核查池体设计所用的曲线——这一次是在实际建成的地表上量测得到的。

池体的各项数字及其在 DEM 上的来源
数字含义如何计算
溢流标高水开始流出时的高程洼地边缘的最低点
蓄水库容到溢流标高为止的容积“积水”分析,逐个洼地
某水位下的体积指定高程下的蓄水量在池体边界内相对平面参考计算挖填方
水位–库容关系表蓄水量随水位的变化在多个水位重复同一计算
蓄存量与溢出量设计暴雨留下与放过的水量“积水”分析中的降雨情景
集水区与汇流时间汇入某点的面积及其响应时间流域点击,Kirpich 估算

设计暴雨会填满什么

库容说明池体能蓄多少;降雨说明来了多少。在 STREAM 中,输入降雨深度、历时、入渗率和径流系数:净雨量为 max(0, P − f·D) · C,水面按该降雨产生的水位绘制。报告把蓄存在洼地中的水量与流出该区域的水量分开,统计溢流的洼地数量,并给出洪峰流量。

在流域模式下点击地形,会圈定该点上游的集水区,并报告其面积、最长汇流路径和按 Kirpich 公式估算的近似汇流时间——当集水区超出分析范围边缘时,会标记为下限值。

测量是薄弱环节

相机和地形激光都无法量测水下的池底:摄影测量看到的是水面,而水面对地形激光的回波很少。因此应在池体干涸或排空时测量,或把水线以上的无人机曲面与水线以下的水深测量结合起来。

还要仔细检查池缘。溢流标高往往是一条只有几米宽的线上的最低点;数据空洞、停放的车辆或堤顶植被,都可能让它的偏差超过您要蓄的水深。

从库容到设计

需要扩建池体时,计算设计曲面与现状地面之间的挖填方,即可得到开挖量。进出池体的排水沟可以沿绘制的线开挖到地形中:STREAM 按底宽、深度和边坡开挖梯形排水沟并与地面顺接,此后的每次水文计算都能看到这条新沟渠。

常见问题

如何用无人机测量成果计算水池容积?

在池体干涸或排空时测量,然后在 DEM 上量测:到溢流标高的蓄水库容来自洼地分析,任意指定水位下的体积来自在池体边界内相对该水位平面参考的挖填方计算。

什么是到溢流标高的蓄水库容?

洼地在水开始从池缘最低点流出之前所能容纳的体积。高于这一标高,池体会把水放过去而不是蓄存。

什么是水位–库容关系表?

蓄水量随水位变化的表格。在 DEM 上,于池体边界内计算多个高程平面参考以下的体积并列出结果。

无人机测量能测到水下的池底吗?

不能。摄影测量看到的是水面,而水面对地形激光的回波很少。请在池体干涸或排空时测量,或把无人机曲面与水深测量结合起来。

STREAM 能在池体上模拟设计暴雨吗?

能。输入降雨深度、历时、入渗率和径流系数;STREAM 把洼地填充到净雨量所对应的水位,并报告蓄存量、溢出量、溢流洼地的数量以及洪峰流量。

带边坡的水池容积怎么算?

对于水平地面上的矩形水池,池底为 a × b、水深为 h、边坡系数为 m:V = a·b·h + m·h²·(a + b) + 4/3·m²·h³。对于池底半径为 r 的圆形水池,水面半径 R = r + m·h,V = π·h·(R² + R·r + r²) / 3。1 立方米等于 1000 升。本页的计算器两种情况都能计算;不够规整的池体应在 DEM 上量测。

在 STREAM 中运行积水与流域分析

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