一种河渠水面曲线的计算方法及其计算系统技术方案

本发明专利技术提供的一种河渠水面曲线的计算方法及其计算系统，通过设置数据获取模块、数据库模块、自动计算模块、输出模块，对河流或渠道的断面参数进行处理，建立河流或渠道的数据库，利用计算机自动计算技术，通过设定必要的误差判断，实现河渠水面曲线的自动推算，计算效率、精算精度均可控制，实现了水面曲线计算的自动化、便捷化控制，利于工程人员的使用，提高了工程应用的广泛性。

【技术实现步骤摘要】
一种河渠水面曲线的计算方法及其计算系统
本专利技术涉及一种水面曲线计算方法和计算系统，更具体而言，是涉及一种水利工程用河道或渠道的水面曲线计算方法和计算系统。
技术介绍
河渠水面曲线的设计计算，是水利水电工程计算的重要部分。目前，计算河渠水面曲线的常用方法有试算法、迭代法和图解法等，可较精确计算出河渠的水面曲线，但计算过程较为复杂，工作量大。计算机技术的推广应用为河渠水面曲线的计算提供了新的思路，但这些求解多依托试算法，逐个断面求解，求解效率和精度都受到很大的影响。随着求解工具的逐步提升，有必要研究开发一套适用于河渠水面曲线计算的、通用性强的河渠水面曲线，从而指导河渠水面曲线的计算。
技术实现思路
本专利技术针对上述技术问题，提供了一种河渠水面曲线的计算方法以及计算系统。本专利技术提供一种河渠水面曲线的计算方法，其特征在于；至少包括如下计算步骤：第1步，获取河道或渠道的断面尺寸；所述断面尺寸至少包括底宽、左侧边坡、右侧边坡、各断面底面高程、各断面之间的距离，当河道或渠道的断面为复式断面或不规则的梯形断面时，按照过流面积相等的原则将复式断面或不规则的梯形断面换算为规则梯形，并将换算后的规则梯形断面的底宽、左侧边坡、右侧边坡、底面高程记录为该断面的参数；其中过流面积相等原则是指在河道的设计水位附近，换算后的规则梯形的面积等于复式断面或不规则的梯形断面的面积；第2步，对获取的河道或渠道的断面尺寸进行存储，形成河道或渠道的参数数据库；所述参数数据库可选择为excel存储模式，便于调取；第3步，根据河道或渠道的过水流量计算最末端断面的水深，该断面的水深根据该断面的断面尺寸计算，由流量、断面尺寸可计算出该断面的水深；该流量为河渠水面曲线计算时的选定的河渠过流量；第4步，赋初值，按照第2步中的参数数据库，对除最末端断面的其余断面赋水深初值，该初始值选择大于0的数；第5步，采用自动计算，计算河道或渠道的其余断面的水深，所述自动计算的计算模式采用如下计算方式：第5.1步，根据第1步得到的各断面参数，计算各断面之间的纵坡，并根据各断面参数、河道或渠道的过水流量、最末端断面的水深、除最末端断面的其余断面赋水深初值分别计算断面的过水面积、湿周、水力半径、流量模数、断面平均流速，继而计算各断面的断面比能和水力坡降；第5.2步，根据第5.1步计算的各断面的断面比能和水力坡降，从最末端断面开始依次计算，计算相邻两个断面之间的断面比能的差值和相邻两个断面之间的平均水力坡降；所述相邻两个断面之间的平均水力坡降为相邻两个断面之间的水力坡降的平均值，计算相邻两个断面的纵坡与相邻两个断面之间的平均水力坡降之间的差值，对所取断面的所述相邻两个断面之间的断面比能的差值、所述的相邻断面的纵坡与相邻两个断面之间的平均水力坡降之间的差值的个数均等于断面的个数减1；第5.3步，从最末端断面开始，先计算倒数第二个末端断面的水深，采用相邻两个断面之间的断面比能的差值除以所述的相邻断面的纵坡与相邻两个断面之间的平均水力坡降之间的差值，这两个差值相除之后取绝对值后与该相邻两个断面之间的距离进行比较，当取绝对值后与该相邻两个断面之间的距离误差大于设定误差值时，进入第5.4步，若小于设定误差值时，则该断面，即倒数第二个断面的水深初值即为该断面的计算水深；第5.4步，当取绝对值后与该相邻两个断面之间的距离误差大于设定误差值时，倒数第二个断面的水深初值进行调整，并将调整后的水深带入第5.2步计算倒数第二个断面的断面比能和水力坡降，之后继续进行第5.3步，直到所述距离误差小于设定误差值；在5.3-5.4步中，所述相邻两个断面即为倒数第一个断面与倒数第二个断面；第5.5步，按照第5.3-5.4步，依次进行各断面的水深推求，直到推求出第一个断面的水深；第6步，输出结果：将计算得到的最后一个断面的水深和所推求得到的其余断面的水深存储，并输出得到计算结果，该计算结果即为各断面的河道或渠道的水面曲线。作为优选，所述获取河道或渠道的断面尺寸具体包括：根据所述河道或渠道进行断面划分，对划分的断面进行测量，所述测量至少包括高程测量和水平距离测量，对于各个断面的测点应不少于获取所述河道或渠道断面尺寸的最少测点个数。作为优选，所述测量采用GPS测量，获取数据包括高程数据以及水平的坐标数据。作为优选，所述获取河道或渠道的断面尺寸具体包括：直接从河道或渠道的测量图中读取。作为优选，所述直接从河渠水面曲线的测量图中读取为对CAD文件的河道或渠道测量图中智能读取高程坐标、间距坐标。作为优选，第2步中，所述河道或渠道的参数数据库的存储为计算机存储，满足计算程序的自动调取。作为优选，第3步中，所述最末端断面的水深的计算采用水力学中的恒定均匀流计算方式。作为优选，第5.4步中，所述调整采用迭代算法，所述迭代算法为当误差大于设定误差值时，倒数第二个断面的水深加上或减去设定的水深间距，当采用的是加上所述设定的水深间距时，第4步赋初值时，初值取值范围应低于该断面的实际最小水深；当采用的是减去所述设定的水深间距时，第4步赋初值时，初值取值范围应高于该断面的实际最大水深。作为优选，所述设定的水深间距为0.05m。作为优选，第5.4步中，所述调整采用迭代算法，所述迭代算法为当误差大于设定误差值时，倒数第二个断面的水深为给定值，所述给定值等于倒数第一个断面的断面比能减去第一计算值后再减去第二计算值，所述第一计算值为相邻断面的纵坡与相邻两个断面之间的平均水力坡降之间的差值乘以该相邻两个断面之间的距离，所述第二计算值为倒数第二个断面的流速的平方除以2倍的重力加速度，该调整中所述相邻断面即为倒数第一个断面与倒数第二个断面。作为优选，该计算方法的计算工具为Matlab、VB、C语言或C++等。作为优选，该计算方法还包括时间计算模块，对整个河渠水面曲线的计算时间进行计算。作为优选，该计算方法还包括对计算的河渠水面曲线进行显示。本专利技术还提供一种应用如前文所述的一种河渠水面曲线的计算方法的计算系统，包括数据获取模块、数据库模块、自动计算模块、输出模块，其特征在于：所述数据获取模块用于获取河道或渠道的断面尺寸；所述断面尺寸至少包括底宽、左侧边坡、右侧边坡、各断面底面高程、各断面之间的距离，当河道或渠道的断面为复式断面或不规则的梯形断面时，按照过流面积相等的原则将复式断面或不规则的梯形断面换算为规则梯形，并将换算后的规则梯形断面的底宽、左侧边坡、右侧边坡、底面高程记录为该断面的参数；其中过流面积相等原则是指在河道的设计水位附近，换算后的规则梯形的面积等于复式断面或不规则的梯形断面的面积；所述数据库模块用于对获取的河道或渠道的断面尺寸进行存储，以形成数据库存储模块；所述数据库存储包括存储至少底宽、左侧边坡、右侧边坡、各断面底面高程、各断面之间的距离，所述存储库模块还至少包括存储所述断面的水深，所述水深存储至少包括存储初始水深和存储计算水深，其中最末端断面的初始水深为按照水力学明渠恒定均匀流计算的水深，所述水力学明渠恒定均匀流计算的流量为河渠的过流量，其余断面初始水深为除最末端断面的其余断面赋水深初值，所述其余断面赋水深初值选择为大于0的数；所述自动计算模块读取所述数据库模块，并根据所述数据库存储的河道或渠道的断面尺寸以及存储初始水深，自动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种河渠水面曲线的计算方法，其特征在于；至少包括如下计算步骤：第1步，获取河道或渠道的断面尺寸；所述断面尺寸至少包括底宽、左侧边坡、右侧边坡、各断面底面高程、各断面之间的距离，当河道或渠道的断面为复式断面或不规则的梯形断面时，按照过流面积相等的原则将复式断面或不规则的梯形断面换算为规则梯形，并将换算后的规则梯形断面的底宽、左侧边坡、右侧边坡、底面高程记录为该断面的参数；其中过流面积相等原则是指在河道的设计水位附近，换算后的规则梯形的面积等于复式断面或不规则的梯形断面的面积；所述获取河道或渠道的断面尺寸具体至少包括：根据所述河道或渠道进行断面划分，对划分的断面进行测量，所述测量至少包括高程测量和水平距离测量，对于各个断面的测点应不少于获取所述河道或渠道断面尺寸的最少测点个数；所述测量采用GPS测量或者除GPS测量之外的其它测量工具，获取数据包括高程数据以及水平的坐标数据；或者所述获取河道或渠道的断面尺寸为直接从河道或渠道的测量图中读取，所述直接从河渠水面曲线的测量图中读取为对CAD文件的河道或渠道测量图中智能读取高程坐标、间距坐标；第2步，对获取的河道或渠道的断面尺寸进行存储，形成河道或渠道的参数数据库；所述参数数据库可选择为excel存储模式，便于调取；所述河道或渠道的参数数据库的存储为计算机存储，满足计算程序的自动调取第3步，根据河道或渠道的过水流量计算最末端断面的水深，该断面的水深根据该断面的断面尺寸计算，由流量、断面尺寸可计算出该断面的水深；该流量为河渠水面曲线计算时的选定的河渠过流量；第4步，赋初值，按照第2步中的参数数据库，对除最末端断面的其余断面赋水深初值，该初始值选择大于0的数；第5步，采用自动计算，计算河道或渠道的其余断面的水深，所述自动计算的计算模式采用如下计算方式：第5.1步，根据第1步得到的各断面参数，计算各断面之间的纵坡，并根据各断面参数、河道或渠道的过水流量、最末端断面的水深、除最末端断面的其余断面赋水深初值分别计算断面的过水面积、湿周、水力半径、流量模数、断面平均流速，继而计算各断面的断面比能和水力坡降；第5.2步，根据第5.1步计算的各断面的断面比能和水力坡降，从最末端断面开始依次计算，计算相邻两个断面之间的断面比能的差值和相邻两个断面之间的平均水力坡降；所述相邻两个断面之间的平均水力坡降为相邻两个断面之间的水力坡降的平均值，计算相邻两个断面的纵坡与相邻两个断面之间的平均水力坡降之间的差值，对所取断面的所述相邻两个断面之间的断面比能的差值、所述的相邻断面的纵坡与相邻两个断面之间的平均水力坡降之间的差值的个数均等于断面的个数减1；第5.3步，从最末端断面开始，先计算倒数第二个末端断面的水深，采用相邻两个断面之间的断面比能的差值除以所述的相邻断面的纵坡与相邻两个断面之间的平均水力坡降之间的差值，这两个差值相除之后取绝对值后与该相邻两个断面之间的距离进行比较，当取绝对值后与该相邻两个断面之间的距离误差大于设定误差值时，进入第5.4步，若小于设定误差值时，则该断面，即倒数第二个断面的水深初值即为该断面的计算水深；第5.4步，当取绝对值后与该相邻两个断面之间的距离误差大于设定误差值时，倒数第二个断面的水深初值进行调整，并将调整后的水深带入第5.2步计算倒数第二个断面的断面比能和水力坡降，之后继续进行第5.3步，直到所述距离误差小于设定误差值；在5.3‑5.4步中，所述相邻两个断面即为倒数第一个断面与倒数第二个断面；第5.5步，按照第5.3‑5.4步，依次进行各断面的水深推求，直到推求出第一个断面的水深；其中，在第5.4步中，所述调整采用迭代算法，所述迭代算法为当误差大于设定误差值时，倒数第二个断面的水深加上或减去设定的水深间距，当采用的是加上所述设定的水深间距时，第4步赋初值时，初值取值范围应低于该断面的实际最小水深；当采用的是减去所述设定的水深间距时，第4步赋初值时，初值取值范围应高于该断面的实际最大水深；或者第5.4步中，所述调整采用迭代算法，所述迭代算法为当误差大于设定误差值时，倒数第二个断面的水深为给定值，所述给定值等于倒数第一个断面的断面比能减去第一计算值后再减去第二计算值，所述第一计算值为相邻断面的纵坡与相邻两个断面之间的平均水力坡降之间的差值乘以该相邻两个断面之间的距离，所述第二计算值为倒数第二个断面的流速的平方除以2倍的重力加速度，该调整中所述相邻断面即为倒数第一个断面与倒数第二个断面；第6步，输出结果：将计算得到的最后一个断面的水深和所推求得到的其余断面的水深存储，并输出得到计算结果，该计算结果即为各断面的河道或渠道的水面曲线。...

【技术特征摘要】
1.一种河渠水面曲线的计算方法，其特征在于；至少包括如下计算步骤：第1步，获取河道或渠道的断面尺寸；所述断面尺寸至少包括底宽、左侧边坡、右侧边坡、各断面底面高程、各断面之间的距离，当河道或渠道的断面为复式断面或不规则的梯形断面时，按照过流面积相等的原则将复式断面或不规则的梯形断面换算为规则梯形，并将换算后的规则梯形断面的底宽、左侧边坡、右侧边坡、底面高程记录为该断面的参数；其中过流面积相等原则是指在河道的设计水位附近，换算后的规则梯形的面积等于复式断面或不规则的梯形断面的面积；所述获取河道或渠道的断面尺寸具体至少包括：根据所述河道或渠道进行断面划分，对划分的断面进行测量，所述测量至少包括高程测量和水平距离测量，对于各个断面的测点应不少于获取所述河道或渠道断面尺寸的最少测点个数；所述测量采用GPS测量或者除GPS测量之外的其它测量工具，获取数据包括高程数据以及水平的坐标数据；或者所述获取河道或渠道的断面尺寸为直接从河道或渠道的测量图中读取，所述直接从河渠水面曲线的测量图中读取为对CAD文件的河道或渠道测量图中智能读取高程坐标、间距坐标；第2步，对获取的河道或渠道的断面尺寸进行存储，形成河道或渠道的参数数据库；所述参数数据库可选择为excel存储模式，便于调取；所述河道或渠道的参数数据库的存储为计算机存储，满足计算程序的自动调取第3步，根据河道或渠道的过水流量计算最末端断面的水深，该断面的水深根据该断面的断面尺寸计算，由流量、断面尺寸可计算出该断面的水深；该流量为河渠水面曲线计算时的选定的河渠过流量；第4步，赋初值，按照第2步中的参数数据库，对除最末端断面的其余断面赋水深初值，该初始值选择大于0的数；第5步，采用自动计算，计算河道或渠道的其余断面的水深，所述自动计算的计算模式采用如下计算方式：第5.1步，根据第1步得到的各断面参数，计算各断面之间的纵坡，并根据各断面参数、河道或渠道的过水流量、最末端断面的水深、除最末端断面的其余断面赋水深初值分别计算断面的过水面积、湿周、水力半径、流量模数、断面平均流速，继而计算各断面的断面比能和水力坡降；第5.2步，根据第5.1步计算的各断面的断面比能和水力坡降，从最末端断面开始依次计算，计算相邻两个断面之间的断面比能的差值和相邻两个断面之间的平均水力坡降；所述相邻两个断面之间的平均水力坡降为相邻两个断面之间的水力坡降的平均值，计算相邻两个断面的纵坡与相邻两个断面之间的平均水力坡降之间的差值，对所取断面的所述相邻两个断面之间的断面比能的差值、所述的相邻断面的纵坡与相邻两个断面之间的平均水力坡降之间的差值的个数均等于断面的个数减1；第5.3步，从最末端断面开始，先计算倒数第二个末端断面的水深，采用相邻两个断面之间的断面比能的差值除以所述的相邻断面的纵坡与相邻两个断面之间的平均水力坡降之间的差值，这两个差值相除之后取绝对值后与该相邻两个断面之间的距离进行比较，当取绝对值后与该相邻两个断面之间的距离误差大于设定误差值时，进入第5.4步，若小于设定误差值时，则该断面，即倒数第二个断面的水深初值即为该断面的计算水深；第5.4步，当取绝对值后与该相邻两个断面之间的距离误差大于设定误差值时，倒数第二个断面的水深初值进行调整，并将调整后的水深带入第5.2步计算倒数第二个断面的断面比能和水力坡降，之后继续进行第5.3步，直到所述距离误差小于设定误差值；在5.3-5.4步中，所述相邻两个断面即为倒数第一个断面与倒数第二个断面；第5.5步，按照第5.3-5.4步，依次进行各断面的水深推求，直到推求出第一个断面的水深；其中，在第5.4步中，所述调整采用迭代算法，所述迭代算法为当误差大于设定误差值时，倒数第二个断面的水深加上或减去设定的水深间距，当采用的是加上所述设定的水深间距时，第4步赋初值时，初值取值范围应低于该断面的实际最小水深；当采用的是减去所述设定的水深间距时，第4步赋初值时，初值取值范围应高于该断面的实际最大水深；或者第5.4步中，所述调整采用迭代算法，所述迭代算法为当误差大于设定误差值时，倒数第二个断面的水深为给定值，所述给定值等于倒数第一个断面的断面比能减去第一计算值后再减去第二计算值，所述第一计算值为相邻断面的纵坡与相邻两个断面之间的平均水力坡降之间的差值乘以该相邻两个断面之间的距离，所述第二计算值为倒数第二个断面的流速的平方除以2倍的重力加速度，该调整中所述相邻断面即为倒数第一个断面与倒数第二个断面；第6步，输出结果：将计算得到的最后一个断面的水深和所推求得到的其余断面的水深存储，并输出得到计算结果，该计算结果即为各断面的河道或渠道的水面曲线。2.如权利要求1所述的一种河渠水面曲线的计算方法，其特征在于：第3步中，所述最末端断面的水深的计算采用水力学中的恒定均匀流计算方式。3.如权利要求1所述的一种河渠水面曲线的计算方法，其特征在于：所述设定的水深间距为0.05m。...

【专利技术属性】
技术研发人员：王朋，武汉清，连源财，王鹏波，吕德蒙，张波，
申请(专利权)人：河南创辉水利水电工程有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41