三峽水庫(kù)到底有多少水呢?百度一下,立刻就可以查到是393億立方米。我想,提問(wèn)者或者其他讀者其實(shí)并不關(guān)心這個(gè)數(shù)字,而是這個(gè)數(shù)字的可靠性,為什么是393億?不是300億,也不是400億?這個(gè)數(shù)字是真實(shí)的嗎?
可以明確的告訴大家:這個(gè)數(shù)字是計(jì)算所得,即使有所偏差,但也在一定范圍之內(nèi),是真實(shí)可信的。
我日常是做工程設(shè)計(jì)的。在工作中,經(jīng)常會(huì)碰到這樣的業(yè)主,對(duì)于這些貌似很精確的數(shù)字總是十分感興趣,同時(shí)也保留懷疑的態(tài)度。頭條問(wèn)答中關(guān)注此類問(wèn)題的朋友,也更多不在意數(shù)字的大小,更關(guān)心的是數(shù)字是如何計(jì)算出來(lái)的。
回答這個(gè)問(wèn)題之前,我們先來(lái)回顧一下三峽的數(shù)據(jù)。和庫(kù)容相關(guān)的主要數(shù)據(jù)是壩頂高程185米,蓄水位按照175米考慮。計(jì)算庫(kù)容393億立方米,其中防洪庫(kù)容221.5億立方米。三峽的壩頂總長(zhǎng)有3035米。
庫(kù)容這個(gè)問(wèn)題涉及兩個(gè)方面的工作,首先得精確的測(cè)量、建模。再就是如何計(jì)算。
1、計(jì)算方法
水庫(kù)庫(kù)容的計(jì)算方法比較復(fù)雜。我們可以用簡(jiǎn)單的打比方來(lái)說(shuō)明它的基本原理。計(jì)算方法大致有兩種。
1)等高線法。(我們可以戲稱為大餅法)
看到圖中一圈圈閉合的線了嗎?這就是等高線。三峽蓄水位175米,我們假設(shè)水庫(kù)底是0米,那么就有175圈等高線。那么最上面的第一個(gè)外圈到里面第二圈的高差就是1米。我們可以假象整個(gè)水體是174層大餅疊加在一起,每1層大餅的高度都是1米。當(dāng)然一般情況下,是第一層大餅最大,下面逐漸縮小,就像是一個(gè)上大下小的大餅堆。
我們可以約略的計(jì)算最高層水的體積=第2圈的面積*1米。以此類推,再計(jì)算第二層大餅的體積,最后累計(jì)下來(lái)就是整個(gè)三峽的庫(kù)容了。當(dāng)然這樣計(jì)算的水量會(huì)略微少點(diǎn),我們也可以 把每層大餅當(dāng)作一個(gè)梯形來(lái)看待計(jì)算體積。
2)等四棱柱法(我們戲稱為筷子法)
找不到水庫(kù)這樣的三維圖,只能拿一座山的倒過(guò)來(lái)看了。
大致思路是:我們?cè)?75米水位(水面是平的)上把第一層大餅分成1米見(jiàn)方的格子。假設(shè)這一層大餅的面積是1個(gè)億。那么有1個(gè)億的格子。每個(gè)格子對(duì)應(yīng)的水深是1米~175米之間,(假設(shè)最低處水深是0米),我們看到岸邊的水深如果是1米,那么這個(gè)格子水的體積=1平方米*1米。中間某些格子的水深是175米,那么體積=1平方米*175米。我們把1個(gè)億的立方體的體積累計(jì)下來(lái),就是三峽的庫(kù)容了。
我們可以假象就是1億支1米見(jiàn)方的筷子插在水庫(kù)里,他們的頂部就是175米水位,都是平齊的,但向下的長(zhǎng)度各有不同,只要觸底就可以了。
現(xiàn)在大家發(fā)現(xiàn)了,哇,計(jì)算方法真的挺簡(jiǎn)單。大家都能夠理解嗎?
2、測(cè)量和建模
計(jì)算方法很簡(jiǎn)單。其實(shí),現(xiàn)在計(jì)算起來(lái)更簡(jiǎn)單。因?yàn)槲覀儾恍枰约河?jì)算了,只要測(cè)量精確,建立一個(gè)類似上圖的精確的三維模型,軟件都會(huì)幫你計(jì)算好的。
所以,精確的測(cè)量是十分重要的。很久以前,測(cè)量是一項(xiàng)十分艱苦的工作。大家必須扛著各種儀器,跋山涉水去完成測(cè)量工作,這里就不再詳述了。現(xiàn)在有了無(wú)人機(jī)、衛(wèi)星可以做到很精確的測(cè)量和地形掃描,從而大大提高了精確度,也減少了很多工作量。也有相應(yīng)的軟件工具,可以借助計(jì)算機(jī)很快的生成三維模型。
說(shuō)到這里,估計(jì)大家也看累了。那么這樣的庫(kù)容計(jì)算有必要嗎?我們攔一座壩,把水收起來(lái)就可以了,為什么要這么麻煩去做測(cè)量算庫(kù)容呢?
水庫(kù)的庫(kù)容有很多用處。譬如我們知道水庫(kù)上游要下雨了,氣象學(xué)家根據(jù)匯水面積和暴雨強(qiáng)度大概算出要下20億的雨下來(lái)。那么大壩管理人員就可以提前放水,空出相應(yīng)的庫(kù)容(每年的暴雨來(lái)之前,三峽都會(huì)提前泄洪),如果我們現(xiàn)在是175水位,通過(guò)計(jì)算得知降到165就可以了。又比如,我想把165的水位降低到155,可以計(jì)算出水量是15億,我們就可以根據(jù)水量算出會(huì)造成下游水位或水速變成多少,從而控制泄洪速度并通知下游做好準(zhǔn)備。諸如此類等等。
這是我對(duì)這個(gè)問(wèn)題的粗淺認(rèn)識(shí),敬請(qǐng)大家一起討論。如果認(rèn)可答題的質(zhì)量,盡快轉(zhuǎn)發(fā)或分享。
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