[发明专利]一种河渠水面曲线的计算方法及其计算系统

摘要

本发明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。

主权项

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。