基于一维水动力模型的空腹拱桥壅水智能分析方法技术

本发明专利技术涉及一种基于一维水动力模型的空腹拱桥壅水智能分析方法。本发明专利技术的目的是提供一种基于一维水动力模型的空腹拱桥壅水智能分析方法，以准确、科学地确定空腹拱桥主孔及拱桥桥洞在不同洪水流量下的过流能力。本发明专利技术的技术方案是：S1、确定模拟区域；S2、将模拟区域数据化；S3、根据数据化的模拟区域，得到模拟区域的一维水动力模型，其中空腹拱桥的概化采用若干涵洞加堰的形式；S4、通过历史洪水数据对含空腹拱桥概化水工建筑物的一维水动力模型进行验证及参数修正；S5、根据设计的不同入流条件，通过经验证及参数修正的一维水动力模型得到相应的各影响对象附近的洪水位。本发明专利技术适用于防洪工程、涉水建筑物防洪影响评价领域。

【技术实现步骤摘要】
基于一维水动力模型的空腹拱桥壅水智能分析方法
本专利技术涉及一种基于一维水动力模型的空腹拱桥壅水智能分析方法。适用于防洪工程、涉水建筑物防洪影响评价领域。
技术介绍
目前，利用一维水动力模型计算桥梁壅水的方法已广泛应用于防洪工程、涉水建筑物防洪影响评价等工程的设计和相关评价专题论证。但现有技术中的桥梁壅水计算方法存在以下缺陷：水力学公式计算桥梁壅水，需通过给定水位计算出桥梁过水面积收缩系数、建桥前后断面平均流速、建桥前后河道净宽等参数，该方法对平板桥的壅水计算效果较好，但无法准确概化非矩形过水断面桥梁建桥前后的河道净宽，因此无法准确模拟空腹拱桥的壅水特性。专利申请号为201710231961.7的中国专利“一种基于河流能量的桥梁对河流阻水影响判别方法”，提供了一种基于河流能量的桥梁对河流阻水影响判别方法，但是由于该方法建立在桥梁阻水比、弗劳德数指标，对于非矩形过水断面桥梁无法直接计算出不同流量和水位条件下桥梁阻水比和弗劳德数，因此该专利采用的方法无法准确计算不同流量及水位条件下空腹拱桥的壅水特性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种基于一维水动力模型的空腹拱桥壅水智能分析方法，以准确、科学地确定空腹拱桥主孔及拱桥桥洞在不同洪水流量下的过流能力。本专利技术所采用的技术方案是：一种基于一维水动力模型的空腹拱桥壅水智能分析方法，其特征在于：S1、确定模拟区域；S2、将模拟区域数据化；S3、根据数据化的模拟区域，得到模拟区域的一维水动力模型，其中空腹拱桥的概化采用若干涵洞加堰的形式；S4、通过历史洪水数据对含空腹拱桥概化水工建筑物的一维水动力模型进行验证及参数修正；S5、根据设计的不同入流条件，通过经验证及参数修正的一维水动力模型得到相应的各影响对象附近的洪水位。步骤S1包括：分析空腹拱桥的位置及所在河道规模，确定其上下游水位影响范围，并适当延长到水流较为顺直河段，即构成模拟区域。步骤S2包括：获取模拟区域的地形、地物条件，将模拟区域内地形、地貌、地物、水体和水利条件数据化，生成包含模拟区域内地形和水工结构物的地形散点，再将散点地形转换成MIKE11支持的断面文件。步骤S3包括：在MIKE11中导入步骤S2建立的断面文件，生成模拟区域的基本数值模型，对模拟区域的基本数值模型建立河网文件，再在河网模型中设置水工结构物、水位流量边界、底部阻力参数、初始参数以及求解格式，得出模拟区域的一维水动力模型，其中空腹拱桥的概化采用若干个涵洞加堰的形式。步骤S4包括：将步骤S3中建立的一维水动力模型中的断面条件修改为历史洪水条件下的断面条件；将历史资料中记载的入流流量、出流水位输入修改后的一维水动力模型中，得出在历史资料记载的条件下的模拟洪水位；将模拟洪水位与历史资料记载的实际洪水位进行对比，若模拟洪水位与历史资料记载的实际洪水位相比，若不满足精度要求，则通过调整断面综合糙率和涵洞概化桥梁的水头损失系数，直到模拟结果满足精度要求。步骤S5包括：将经过步骤S4验证及参数修正后的一维水动力模型中的断面条件修改回所述步骤S3中确定的断面；设计不同的入流条件，输入到MIKE11中，MIKE11在验证及参数修正后的一维水动力模型下，得到空腹拱桥上下游关注对象附近的洪水位。所述一维非恒定流数值模型的一维水动力模型方程组如下：式中：B为水面宽，Z为水位，Q为流量，q为旁侧入流，v为断面平均流速，g为重力加速度，A为过水断面面积，K为过水断面的流量模数。一种基于一维水动力模型的空腹拱桥壅水智能分析装置，其特征在于：，包括：模拟区域确定模块，用于确定模拟区域；数据化模块，用于将模拟区域数据化；建模模块，用于根据数据化的模拟区域，得到模拟区域的一维水动力模型，其中空腹拱桥的概化采用若干涵洞加堰的形式；模型验证及修正模块，用于通过历史洪水数据对含空腹拱桥概化水工建筑物的一维水动力模型进行验证及参数修正；模型计算模块，用于根据设计的不同入流条件，通过经验证及参数修正的一维水动力模型得到相应的各影响对象附近的洪水位。一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现所述的基于一维水动力模型的空腹拱桥壅水智能分析方法的步骤。所述计算机程序被处理器执行时实现所述的基于一维水动力模型的空腹拱桥壅水智能分析方法的步骤。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过采用一维水动力模型，能够连续快速模拟多种工况下关注对象上下游的洪水位。本专利技术在一维水动力模型中以涵洞加堰的形式引入水工结构物，并将空腹拱桥的主桥拱和敞肩拱用若干个涵洞加以概化，桥面用堰的形式进行概化，从而可以方便地将不同水位情况下空腹拱桥的过水特性参数引入到一维水动力模型中，并对洪水位产生影响。因此，本专利技术在不同流量时，可准确模拟出空腹拱桥上下游关注对象的洪水位，进而可以分析出空腹拱桥的壅水特性。附图说明图1为实施例的流程图。图2为实施例的空腹拱桥横断面概化示意图。图3为实施例开槽后空腹拱桥横断面概化示意图。图中：1、主桥拱；2、桥肩拱；3、闭合圈；4、涵洞；5、河道断面；6、泄槽。具体实施方式如图1所示，本实施例为一种基于一维水动力模型的空腹拱桥壅水智能分析方法，具体包括以下步骤：S1、确定模拟区域：分析空腹拱桥的位置及所在河道规模，确定其上下游水位影响范围，并适当延长到水流较为顺直河段，即构成模拟区域。S2、将模拟区域数据化：(通过勘察及搜集资料)获取模拟区域的地形、地物条件，将模拟区域内地形、地貌、地物、水体和水利条件数据化，生成包含模拟区域内地形和水工结构物的地形散点；再(通过工程软件工具包)将散点地形转换成MIKE11支持的断面文件。MIKE11是水力工程领域常用的一维水动力模拟软件。它独有的水工建筑物模块，可以将涵洞、堰坝、闸门、桥梁的不同形态的水工建筑物加入河道模型，进而分析水工建筑物的控制、泄流、壅水的等具体问题。S3、建立一维水动力模型，并以若干个涵洞加堰的形式概化空腹拱桥：在MIKE11中导入步骤S2建立的断面文件，生成模拟区域的基本数值模型，对模拟区域的基本数值模型建立河网文件，再在河网模型中设置水工结构物(涵洞、堰坝)、水位流量边界、底部阻力参数、初始参数以及求解格式，得出模拟区域的一维水动力模型。本实施例将位于河道上的空腹拱桥概化为涵洞加堰的形式来模拟过水特性，其中涵洞可以模拟不同类型的桥孔，包括矩形、城门洞性、半圆形、倒梯形等，且涵洞数量可以任意增加；堰模拟桥面过水特性。本例中一维非恒定流数值模型的一维水动力模型方程组如下：式中：B为水面宽，Z为水位，Q为流量，q为旁侧入流，v为断面平均流速，g为重力加速度，A为过水断面面积，K为过水断面的流量模数。S4、通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于一维水动力模型的空腹拱桥壅水智能分析方法，其特征在于：/nS1、确定模拟区域；/nS2、将模拟区域数据化；/nS3、根据数据化的模拟区域，得到模拟区域的一维水动力模型，其中空腹拱桥的概化采用若干涵洞加堰的形式；/nS4、通过历史洪水数据对含空腹拱桥概化水工建筑物的一维水动力模型进行验证及参数修正；/nS5、根据设计的不同入流条件，通过经验证及参数修正的一维水动力模型得到相应的各影响对象附近的洪水位。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于一维水动力模型的空腹拱桥壅水智能分析方法，其特征在于：
S1、确定模拟区域；
S2、将模拟区域数据化；
S3、根据数据化的模拟区域，得到模拟区域的一维水动力模型，其中空腹拱桥的概化采用若干涵洞加堰的形式；
S4、通过历史洪水数据对含空腹拱桥概化水工建筑物的一维水动力模型进行验证及参数修正；
S5、根据设计的不同入流条件，通过经验证及参数修正的一维水动力模型得到相应的各影响对象附近的洪水位。


2.根据权利要求1所述的基于一维水动力模型的空腹拱桥壅水智能分析方法，其特征在于，步骤S1包括：
分析空腹拱桥的位置及所在河道规模，确定其上下游水位影响范围，并适当延长到水流较为顺直河段，即构成模拟区域。


3.根据权利要求1所述的基于一维水动力模型的空腹拱桥壅水智能分析方法，其特征在于，步骤S2包括：
获取模拟区域的地形、地物条件，将模拟区域内地形、地貌、地物、水体和水利条件数据化，生成包含模拟区域内地形和水工结构物的地形散点，再将散点地形转换成MIKE11支持的断面文件。


4.根据权利要求3所述的基于一维水动力模型的空腹拱桥壅水智能分析方法，其特征在于，步骤S3包括：
在MIKE11中导入步骤S2建立的断面文件，生成模拟区域的基本数值模型，对模拟区域的基本数值模型建立河网文件，再在河网模型中设置水工结构物、水位流量边界、底部阻力参数、初始参数以及求解格式，得出模拟区域的一维水动力模型，其中空腹拱桥的概化采用若干个涵洞加堰的形式。


5.根据权利要求1所述的基于一维水动力模型的空腹拱桥壅水智能分析方法，其特征在于，步骤S4包括：
将步骤S3中建立的一维水动力模型中的断面条件修改为历史洪水条件下的断面条件；
将历史资料中记载的入流流量、出流水位输入修改后的一维水动力模型中，得出在历史资料记载的条件下的模拟洪水位；
将模拟洪水位与历史资料记载的实际洪水位进行对比，若模拟...

【专利技术属性】
技术研发人员：张善亮，富强，邬雪松，周雨婷，李春雷，戴俣俣，吴子晔，蔡俊，夏智渊，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，泰顺县水利局，
类型：发明
国别省市：浙江;33