浅谈淤地坝土方量计算

软件适用范围：淤地坝，谷坊等的土石方量计算

淤地坝土方量计算是黄土高原地区淤地坝建设的关键工作步骤之一，土方量计算的大小直接关系到项目的投资，是项目重要的参数之一。由于淤地坝在黄土高原地区开展以来，不仅广泛受到当地群众的青睐（主要是带来淤地效益，增加粮食产量），而且通过淤地坝拦泥效益的发挥，为黄河流域减沙起到了重要的作用。目前淤地坝建设在黄土高原地区如火如荼的进行着，如果能够把淤地坝的工程量计算的更准确、更符合或接近实际的工程量，势必将规范黄土高原地区淤地坝建设，不仅能够为国家节约资金，做到项目资金用到实处，同时也督促设计单位在土方量计算这个步骤上要更为谨慎，使得项目投资更趋于合理。

根据以往实际土方量计算情况，发现淤地坝土方量计算的算法存在一定的缺陷，主要体现在清基、削坡上，清基和削坡的方量较为不准，随意性比较大，同时坝体碾压土方也存在精度不够的问题，主要体现在“横断面法”中分层的层高不够小。

如果把层高做到0.1米，土方量将更加接近实际工程量，但想要把层高做到0.1米的难度是比较大的，假如计算坝高为30米的一个碾压坝的土方量计算，总共需要300组的计算数据，靠人工进行计算是相当费时的。如果相同坝高的淤地坝有60座，数据将达到18000组，如果处理1组数据需要20秒中的时间，通过计算，60座淤地坝大约需要100小时才能够完成，这个情况下还没有考虑出错的可能。计算时间见下表。

每层所需时间（s） 总层数（层） 总时间（s） 总时间（h）
20 18000 360000 100

可以看出，计算的工作量是相当大的。有没有更好的办法解决土方量计算精度和提高效率的办法呢？回答是肯定的，在对淤地坝工程量计算的实际工作中我发现在假定坝址断面上下游是相同的情况下（即“横断面法”），计算坝体土方量是可以通过三维分析进行计算，这样解决了清基、削坡的随意性问题和坝体碾压方量的精度问题。

三维计算方法的根本思路是在坝址原始断面、清基断面、削坡断面自动分析出来后，将土按照坝体参数堆放在该端面上（相当于一个渠道形状的沟道断面），通过清基断面土方量减去原始断面土方量即可求出清基方量，而削坡也是通过削坡断面方量减去清基断面方量即可求出削坡方量（这里不含结合槽回填土方量）。同时还可以求出结合槽的方量和马道的长度。对于沟道有基岩出露的断面在进行土方量计算的时候以往的计算方法计算步骤相对更为麻烦，这对于程序来说计算确让我们感觉不出来差别，计算结果会自动把削坡石方和削坡土方分开以及结合槽土方和结合槽石方分开，不仅效率高，而且计算准确，大大缩短了工作的时间。

三维分析计算方法计算效率极高。举个例子，在对60座淤地坝进行土方量计算中，打开程序并进行基本参数大约需要10秒钟，读取坝体断面数据和坝体基本参参数大约需要10秒钟，而计算大约只需要5秒中。可以看出不到30秒钟即可把60座淤地坝的土方量计算出来。

如果要对2000座淤地坝要进行计算，大概需要10分钟即可全部把淤地坝工程量计算出来（坝的座数和计算时间是不成正比的）。手工计算所需时间分析见下表。


每层所需时间（s） 总层数（层） 总时间（s） 总时间（h）
20 600000 12000000 3333

倘若按照手工计算，光计算坝体碾压土方量就需要3333小时（假定坝高都按30米考虑），即138天，如果要将淤地坝其他土方量计算出来，则每座坝还需要3分钟时间，2000座淤地坝还需要6000分钟即100个小时才能够完成，通过比较不难看出三维分析计算的效率是人工计算的20580倍。因此，三维分析计算不仅效率极高，而且准确，同时也为专家在进行土方量校核确定投资规模提供了快捷的工具，为黄土高原淤地坝建设在规范土方量、节约投资上发挥了重要作用。
总之，本软件如果在淤地坝建设方面推广开来，一定会发挥它自身的价值，体现软件的高效性、准确性和可操作性，为黄土高原地区淤地坝建设提供准确、可靠的工程量基础数据，节约国家资金，同时也为水土保持工作人员在提高工作效率、减少工程量重复计算等方面起到重要作用。

本软件设计 黎如雁 （黄河上中游管理局规划设计研究院）

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