[發明專利]一種求解輸水渠道經濟斷面的簡易方法

有效

• 申請號: 201810076420.6
• 申請日: 2018-01-26
• 公開（公告）號: CN108304639B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 韓延成;梁夢媛;初萍萍;唐偉
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20;G06F17/13;G06F111/04;G06F111/10
• 代理公司: 濟南誠智商標專利事務所有限公司 37105
• 代理人: 李修杰

本發明公開了一種求解輸水渠道經濟斷面的簡易方法，它由輸水明渠最經濟斷面的通用微分方程推導和輸水渠道經濟斷面的求解兩個過程組成，其中輸水渠道經濟斷面的求解過程包括梯形明渠最經濟斷面的簡易求解過程和/或拋物線形明渠最經濟斷面的直接求解過程。本發明推導出了輸水渠道最經濟斷面的通用偏微分方程，可以適用于絕大多數渠道斷面，例如梯形、拋物線形、矩形、懸鏈線形等；進一步基于輸水渠道最經濟斷面的通用偏微分方程又推導出了梯形和拋物線形斷面的最經濟斷面的具體算法，這種算法只需要求解方程或方程組，避免了建立優化模型然后求解這一復雜過程。

技術領域

本發明涉及一種求解輸水渠道經濟斷面的簡易方法，屬于灌區輸水渠道規劃設計技術領域。

背景技術

輸水渠道的水力最優斷面是在過流能力一定的情況下，流量最大的斷面，而最經濟斷面(部分文獻也稱為經濟斷面)是指過水流量一定的情況下建造成本最小的斷面(Chow,1959；吳持恭，2008；李旺林，2011；徐國賓,1990)。最優經濟斷面應用于輸水渠道可以顯著地減少建造成本而不影響過流能力，從而提高經濟效益。

不論是水力最優斷面還是經濟斷面，為了獲得最優斷面，首先應該建立一個最優化模型，然后編制計算機程序，利用特定的最優化算法得到結果。例如，董麗麗等(2011)利用混合遺傳算法對梯形渠道斷面進行優化，尚關蕾等(2016)采用貓群算法進行渠道斷面優化設計，錢坤等(2011)利用人工蜂群算法進行渠道優化設計，Chahar(2005)采用Fibbonaci搜索法獲得拋物線形斷面的最經濟斷面。Bhattacharjya(2007)提出了一種利用混合優化技術設計特定土壤參數條件下，考慮邊坡穩定性的梯形渠道斷面的方法。Jain(2004)(2004)利用遺傳算法設計總成本最低的復合型渠道的最佳斷面。Easa(2009，2014，2016)使用專業求解兩段式平底拋物線形明渠最經濟斷面。Bhattacharjya(2006)建立了一個非線性優化模型來設計一個考慮渠道臨界流條件的最經濟斷面，優化算法采用的是序列二次規劃法。李旺林等人(2011)采用Matlab編制程序，然后求解中國南水北調工程的最經濟斷面。(2007)

眾所周知，求解最優經濟斷面是一個復雜的過程，首先應該建立一個使斷面成本最小的最優化模型，然后編制計算機程序，利用特定的最優化算法得到結果。最經濟斷面的目標函數是成本最小，約束條件是過流能力(也就是Manning公式)。不論目標函數還是約束條件都是非線性函數。很明顯，最優經濟斷面的求解過于復雜，除了做研究，一般的設計工程師往往難以完成建模及求解，這在一定程度上阻礙了最經濟斷面的普及和應用，因此簡化求解方法變得非常重要。

研究人員已經推導出了明渠水力最優斷面的通用求解微分方程。但是，到目前為止，還沒有人嘗試過研究明渠最經濟斷面的通用公式。因此，是否也可以推導出最經濟斷面的通用公式，是一個值得研究的問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提出了一種求解輸水渠道經濟斷面的簡易方法，能夠使輸水渠道的最經濟斷面求解變得更加簡單。

本發明解決其技術問題采取的技術方案是：

本發明實施例提供的一種求解輸水渠道經濟斷面的簡易方法，其特征是，包括以下過程：

輸水明渠最經濟斷面的通用微分方程推導；

輸水渠道經濟斷面的求解。

作為本實施例一種可能的實現方式，所述輸水渠道經濟斷面的求解過程包括梯形明渠最經濟斷面的簡易求解過程和/或拋物線形明渠最經濟斷面的直接求解過程。

作為本實施例一種可能的實現方式，所述輸水明渠最經濟斷面的通用微分方程推導過程包括以下步驟：

步驟11，建立輸水明渠最經濟斷面模型

均勻流的流量計算采用曼寧公式表示：