阜南县水务局 安徽阜阳 236300
摘要：塘坝形状受环境条件限制千变万化，形状各异。小型水利改造提升塘坝财政专项资金补助标准按塘容大小划分等级，计算不规则塘容是确定补助标准的前提。采用近似法计算不规则塘坝的容积，理论分析易懂。在实际应用中证明近似计算不仅可行，而且操作简单方便。
关键词：不规则塘坝；塘容计算分析；误差评价；应用
1.问题的提出
塘坝由于受到所在地地形、地貌、村界、队界、房屋建筑、电力设施、珍贵树木等周边环境条件的限制，形状千变万化，不规则的塘口形状在所难免。根据安徽省财政厅、水利厅《安徽省小型水利工程改造提升奖补办法》精神，塘坝财政专项资金补助标准是按塘容大小划分等级的，所以对塘容计算要求准确、申报主体容易接受。塘的深度根据塘所处的位置、周边环境以及防汛要求设计确定，边坡根据土壤类别、通过稳定计算来确定，规则的塘坝容积如塘口为正方形、长方形、梯形、园形（月形）、条形等，可以依据台体体积计算公式很容易计算出来。塘口为不规则的多边形塘坝容积，要想快速准确计算出来有一定的难度，如何快速依据塘容的大小确定了奖补的标准，既科学合理又能得到申报主体认可，是具体操作者需要解决的问题。
2.计算分析
2.1公式推导
不规则塘坝，是指经过清淤扩挖后，塘深、边坡均按设计标准实施，塘口形状由于受条件限制，塘口线为曲率不一致的多边形塘坝。根据小型水利工程改造提升奖补实施细则有关规定，塘坝清淤扩挖财政奖补金额不但要严格执行塘容补助标准等级规定，而且还须满足原则上财政补助总量不超过工程投资总额50%的要求。我们目前所使用的测量仪器还不能满足精确计算不规则塘容的测量要求，为了尽可能地计算出较为准确的塘容，在实际操作中，采用近似计算法计算不规则塘容能够得到较为准确的数值。近似计算法公式推导如下：
棱柱体积V（体积）＝S（面积）×H高，对于塘坝来说，其容积我们可看成是上下底面积相同的棱柱体空间与塘坝边坡所占用体积的组合。边坡所占体积就是沿塘边口由无穷多个超薄三角体的集合，三角形的面积S（面积）＝1/2* B（底边长）* h（高），对于塘坝边坡来说底边长就是m（坡比）* h（塘深），设沿塘边口超薄三角体的厚度为δ，则超薄三角体的体积应为1/2*m*h*h*δ即1/2mh2δ，沿塘口无穷多个三角体的和就是塘坝边坡所占的体积。算式中边坡比m是根据塘坝土质情况计算满足边坡稳定要求的设计值，淮北地区塘坡一般为1：1.5～1：2.5；通过计算，塘坝边坡的小变化对塘坝容积的影响量比较小。塘坝边坡采用“目测法”测试也是比较准确的。所谓的目测法就是根据相似三角形原理，人直立用视线将塘口边线某点与水面和塘坝坡面交线某点连线，连线做到垂直于塘坝上口边线，量出塘坝上边线到人站立位置的水平距离，再量出视线水平高度即可算出实际边坡。塘深h（米）是根据塘坝所处的地理位置、现状、上游来水情况、下游受益范围等因素综合考虑的确定值；∑δ也就是塘口周长L（米），通常塘坝正常蓄水位按低于塘口平台高程1.0米考虑，即正常蓄水深度为（h-1）米，塘容的近似计算式即为塘容积V＝塘口面积S（米2）×正常蓄水深度（h-1）米-沿塘口边坡所占体积之和1/2mh2L。
2.2误差分析：塘坝都是容积小于10万米3的小型蓄水工程，在淮北地区塘坝就是一个“四周封闭”的大贮水池，一能拦蓄降雨所形成的地面径流，缓解暴雨给当地主要排涝干沟的压力；二能给农业灌溉、水产养殖提供水源；三能改善周围生态环境、给附近村民生活带来方便。“四周封闭”，也就是塘口线必须有转弯段，否则就不可能“封闭”。蓄水塘坝要求有一定深度和边坡，对转弯段来说上口长度一定不等于底口长度，而在推导的近似计算式时只从微积分角度分析，由于考虑到一般不规则多边形塘坝塘口面积都比较大，边坡弯曲时引起塘容变化较小，匆略了转弯段弯曲变化对塘坝上口、底口周长变化的影响。我们知道，边数越少转弯处越少，对塘容的有效容积影响越小，圆形转弯相对较多影响就较大。省级财政补助是按塘容5～10万米3，1～5万米3，0.5～1.0万米3三个等次进行奖补，在当地来说1～5万米3塘坝占大多数。我们以平均塘容为2万m3的圆型塘和方型塘为例，分别采用圆台公式、棱台公式和塘容近似公式进行计算分别比较误差率。如上口半径为46米，边坡为1：2，塘深5米，底口半径为36米的圆形塘坝，按圆台体积公式V=1/3πh（R2+r2+R*r）计算，其体积为20163 m3，而按近似公式V=S*（h-1）-1/2 mh2L计算，其体积为19355 m3，两者相差808 m3，误差率为4.0%；对于方型塘经分析可知转弯误差只与塘深h、边坡m、转弯处数有关，经计算转一个90°弯，重复扣减边坡所占体积应为1/6 m2h3。深度为5m，边坡1：2一个弯重复扣减量为83.3 m3，一个塘容为2万m3方塘四角重复扣减量333.3 m3，误差率为1.66%；经分析塘容越大，转弯越少误差越小。由于塘坝奖补是按容积等次来划分的，这样的误差率对塘容计算来说是能够接受的。
3、实际应用
我们在进行塘坝验收测量时，常采用的仪器为三星RTK接收仪和水深测量工具。塘口周长、上口面积、深度与电脑联接后可直接读取并绘成平面图，塘坝边坡采用“目测法”测试。不论是项目申报时的现状测量、还是完工后的验收测量，测量时我们都会根据塘坝形状测量若干点，尽量做到能够反映塘坝的真实形状。将测量数据输入电脑就可绘出塘坝平面图形，并在图上标出塘坝周长、面积和塘深，将这些数据与我们设计好的塘容计算Excel表格链接起来，塘容就会自动算出，通过输出打印机就可将图形与计算结果打印出来。
实践证明，采用该办法不仅较为准确直观，而且操作十分方便。如：阜南县鹿城镇顺河村南1#、2#、3#塘，地处谷河洼地，是利用小型水利工程改造提升项目将荒废的低洼地改造整治成塘坝，进行蓄水养殖。由于受道路、庄台、排水沟道等条件限制，塘口形状很不规则，塘容计算难度较大。验收时，我们采用不规则塘坝塘容近似计算法就方便多了，用三星RTK接收仪沿塘口测量一周，在水面打一些点，对应各点测出相应水深，将测量数据导入电脑，采用相应的软件即可绘出图形，将塘口面积、周长、深度输入塘容计算表即自动算出塘坝容积，如下图表。
塘坝验收塘容计算表
作者简介：
何建桥，男，1962年10月出生，本科，工程师，阜南县水务局，主要从事农田水利工程建设管理工作。
论文作者:何建桥
论文发表刊物:《防护工程》2018年第7期
论文发表时间:2018/9/4
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