[發明專利]一種河渠水面曲線的計算方法及其計算系統

在審

• 申請號: 201711048789.8
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107563108A
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 王朋;武漢清;連源財;王鵬波;呂德蒙;張波
• 申請（專利權）人: 河南創輝水利水電工程有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種水面曲線計算方法和計算系統，更具體而言，是涉及一種水利工程用河道或渠道的水面曲線計算方法和計算系統。

背景技術

河渠水面曲線的設計計算，是水利水電工程計算的重要部分。目前，計算河渠水面曲線的常用方法有試算法、迭代法和圖解法等，可較精確計算出河渠的水面曲線，但計算過程較為復雜，工作量大。

計算機技術的推廣應用為河渠水面曲線的計算提供了新的思路，但這些求解多依托試算法，逐個斷面求解，求解效率和精度都受到很大的影響。隨著求解工具的逐步提升，有必要研究開發一套適用于河渠水面曲線計算的、通用性強的河渠水面曲線，從而指導河渠水面曲線的計算。

發明內容

本發明針對上述技術問題，提供了一種河渠水面曲線的計算方法以及計算系統。

本發明提供一種河渠水面曲線的計算方法，其特征在于；至少包括如下計算步驟：

第1步，獲取河道或渠道的斷面尺寸；所述斷面尺寸至少包括底寬、左側邊坡、右側邊坡、各斷面底面高程、各斷面之間的距離，當河道或渠道的斷面為復式斷面或不規則的梯形斷面時，按照過流面積相等的原則將復式斷面或不規則的梯形斷面換算為規則梯形，并將換算后的規則梯形斷面的底寬、左側邊坡、右側邊坡、底面高程記錄為該斷面的參數；其中過流面積相等原則是指在河道的設計水位附近，換算后的規則梯形的面積等于復式斷面或不規則的梯形斷面的面積；

第2步，對獲取的河道或渠道的斷面尺寸進行存儲，形成河道或渠道的參數數據庫；所述參數數據庫可選擇為excel存儲模式，便于調取；

第3步，根據河道或渠道的過水流量計算最末端斷面的水深，該斷面的水深根據該斷面的斷面尺寸計算，由流量、斷面尺寸可計算出該斷面的水深；該流量為河渠水面曲線計算時的選定的河渠過流量；

第4步，賦初值，按照第2步中的參數數據庫，對除最末端斷面的其余斷面賦水深初值，該初始值選擇大于0的數；

第5步，采用自動計算，計算河道或渠道的其余斷面的水深，所述自動計算的計算模式采用如下計算方式：

第5.1步，根據第1步得到的各斷面參數，計算各斷面之間的縱坡，并根據各斷面參數、河道或渠道的過水流量、最末端斷面的水深、除最末端斷面的其余斷面賦水深初值分別計算斷面的過水面積、濕周、水力半徑、流量模數、斷面平均流速，繼而計算各斷面的斷面比能和水力坡降；

第5.2步，根據第5.1步計算的各斷面的斷面比能和水力坡降，從最末端斷面開始依次計算，計算相鄰兩個斷面之間的斷面比能的差值和相鄰兩個斷面之間的平均水力坡降；所述相鄰兩個斷面之間的平均水力坡降為相鄰兩個斷面之間的水力坡降的平均值，計算相鄰兩個斷面的縱坡與相鄰兩個斷面之間的平均水力坡降之間的差值，對所取斷面的所述相鄰兩個斷面之間的斷面比能的差值、所述的相鄰斷面的縱坡與相鄰兩個斷面之間的平均水力坡降之間的差值的個數均等于斷面的個數減1；

第5.3步，從最末端斷面開始，先計算倒數第二個末端斷面的水深，采用相鄰兩個斷面之間的斷面比能的差值除以所述的相鄰斷面的縱坡與相鄰兩個斷面之間的平均水力坡降之間的差值，這兩個差值相除之后取絕對值后與該相鄰兩個斷面之間的距離進行比較，當取絕對值后與該相鄰兩個斷面之間的距離誤差大于設定誤差值時，進入第5.4步，若小于設定誤差值時，則該斷面，即倒數第二個斷面的水深初值即為該斷面的計算水深；

第5.4步，當取絕對值后與該相鄰兩個斷面之間的距離誤差大于設定誤差值時，倒數第二個斷面的水深初值進行調整，并將調整后的水深帶入第5.2步計算倒數第二個斷面的斷面比能和水力坡降，之后繼續進行第5.3步，直到所述距離誤差小于設定誤差值；在5.3-5.4步中，所述相鄰兩個斷面即為倒數第一個斷面與倒數第二個斷面；

第5.5步，按照第5.3-5.4步，依次進行各斷面的水深推求，直到推求出第一個斷面的水深；

第6步，輸出結果：將計算得到的最后一個斷面的水深和所推求得到的其余斷面的水深存儲，并輸出得到計算結果，該計算結果即為各斷面的河道或渠道的水面曲線。

作為優選，所述獲取河道或渠道的斷面尺寸具體包括：根據所述河道或渠道進行斷面劃分，對劃分的斷面進行測量，所述測量至少包括高程測量和水平距離測量，對于各個斷面的測點應不少于獲取所述河道或渠道斷面尺寸的最少測點個數。

作為優選，所述測量采用GPS測量，獲取數據包括高程數據以及水平的坐標數據。

作為優選，所述獲取河道或渠道的斷面尺寸具體包括：直接從河道或渠道的測量圖中讀取。