[發明專利]山區路域涵洞設計流量的計算方法、裝置、終端及介質

有效

• 申請號: 202011279656.3
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112861204B
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發明（設計）人: 凌建明;任亮;滿立;錢勁松
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/28;G06F16/29;G06Q50/08;G06Q50/26;G06F113/08
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 倪靜;許亦琳

本發明提供基于徑流仿真的山區路域涵洞設計流量的計算方法、裝置、終端及介質，基于芝加哥雨型法計算規定重現期下的設計降雨時程數據；計算應用于徑流仿真的流域水文模型參數；基于DEM的涵洞匯水區劃分及水文空間參數計算；基于設計降雨情景與流域水文模型，進行涵洞匯水區徑流過程仿真；基于徑流仿真計算山區路域涵洞設計流量。本發明提出了涵洞設計流量安全閾值的概念；實現涵洞匯水區范圍及水文空間參數的準確劃分、計算；可自動、準確地計算過涵流量峰值，減少了人的非理性因素；細化了降雨時程變化對仿真結果的影響；可全面考慮多種下墊面因素對“降雨－徑流”過程的影響，且水文模型參數唯一，便于采集、標定。

技術領域

本發明涉及道路與鐵路工程領域，特別是涉及基于徑流仿真的山區路域涵洞設計流量的計算方法、裝置、終端及介質。

背景技術

山區公路與鐵道的路基水毀與水損壞問題日益凸現，涵洞作為路域橫向排水的主要水力結構，其泄洪能力不足可致洪水淹沒涵洞并沖刷路基邊坡，引發次生災害；而過度保守的設計又造成公路建設資金的浪費。過涵設計流量作為涵洞結構水力計算的決定性指標，其準確計算是實現涵洞安全耐久、經濟合理的基礎。

在我國現有涵洞排水設計規范中，對于路域水文分析以經驗計算理論為主，無法表征下墊面及降雨的影響機理，下墊面的空間參數與降雨過程被高度概化，且計算過程中人的非理性因素干擾較大；基于二維圖紙的公路匯水區域劃分方法也較為隨意，其水文空間參數計算誤差較大，進而導致流域排水能力設計失真。

因此，本領域亟需一種更有效的山區路域涵洞設計流量的計算方法。

申請內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供，用于解決現有技術中的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明的第一方面提供一種基于徑流仿真的山區路域涵洞設計流量的計算方法，包括：基于芝加哥雨型法計算規定重現期下的設計降雨時程數據；計算應用于徑流仿真的流域水文模型參數；基于DEM的涵洞匯水區劃分及水文空間參數計算；基于設計降雨情景與流域水文模型，進行涵洞匯水區徑流過程仿真；基于徑流仿真計算山區路域涵洞設計流量。

于本發明的第一方面的一些實施例中，所述基于芝加哥雨型法計算規定重現期下的設計降雨時程數據，包括：基于暴雨強度公式構建芝加哥雨型法，并通過引入雨峰位置系數來描述暴雨峰值發生的時刻；利用所述芝加哥雨型法將降雨歷時時間序列分為峰前和峰后兩部分，并分別計算雨峰前瞬時降雨強度和雨峰后降雨強度；基于計算所得的峰前瞬時強度、峰后瞬時強度、雨峰位置系數，計算芝加哥雨型各時段的累積降雨量及平均降雨量，進而得到各時段的平均降雨強度，并確定規定重現期下降雨歷時的雨量歷時數據。

于本發明的第一方面的一些實施例中，所述計算應用于徑流仿真的流域水文模型參數，包括：采用SCS水文模型作為所述應用于徑流仿真的流域水文模型，并確定土壤水文組與土地利用狀況；在確定土壤水文組、地表植被類型、土地管理措施和水文狀況后，查找對應土壤中等濕潤狀況；根據土壤含水量調節CN值；基于網絡地圖服務分別加載土壤分類及土地利用圖層，進行面積加權計算以得到涵洞匯水區內總體CN值。

于本發明的第一方面的一些實施例中，所述基于DEM的涵洞匯水區劃分及水文空間參數計算，包括：基于數字攝影測量和遙感方法，獲取山區公路完整路域的高精度高程點數據，并據以建模形成柵格型DEM模型；將DEM數據加載至網絡地圖服務中，對現有DEM中存在的平坦和閉合區域進行填洼處理，并采用最大坡降單流向算法計算水流方向及匯流累積量，并與實際河溝地貌相匹配來動態調整集水閾值，以形成符合實際情景的水系網；在流經網絡圖層上疊加該公路路線走向，路線與水系相互切割處為涵洞重點布設位置，以此為出水口，利用反向搜索技術確定涵洞控制匯水區的邊界；利用網絡地圖服務中的GIS模塊自動計算并提取匯水區的水文空間參數。