[发明专利]一种河渠水面曲线的计算方法及其计算系统

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提供了一种河渠水面曲线的计算方法以及计算系统。

本发明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。