CN107798172A

CN107798172A - 一种灌排两用渠道断面设计方法、装置及设备

Info

Publication number: CN107798172A
Application number: CN201710899911.6A
Authority: CN
Inventors: 王天祎; 王志兴; 周光涛; 肖伟华; 宋长虹; 王启东; 曹波; 侯保灯; 王影桃; 杨恒
Original assignee: HEILONGJIANG PROV WATER CONSERVANCY AND HYDROPOWER SURVEY AND DESIGN INST; China Institute of Water Resources and Hydropower Research
Current assignee: HEILONGJIANG PROV WATER CONSERVANCY AND HYDROPOWER SURVEY AND DESIGN INST; China Institute of Water Resources and Hydropower Research
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2018-03-13
Anticipated expiration: 2037-09-28
Also published as: CN107798172B

Abstract

本发明提供一种灌排两用渠道断面设计方法、装置及设备。灌排两用渠道断面设计方法，包括：步骤S10、计算渠道的排水能力，以判断是否满足灌排两用渠道的排水要求；步骤S20、当所述渠道不能满足所述灌排两用渠道的排水要求时，调整渠道的渠底高程和设计水位，以使渠道满足所述灌排两用渠道的排水要求；步骤S30、基于调整后的渠底高程，设计所述灌排两用渠道的断面尺寸，以使得渠道流量和水位满足灌溉要求。根据本发明实施例的灌排两用渠道断面设计方法，通过将现有渠道改造成为灌溉与排水两用渠道，并在改造过程中还对灌排两用渠道断面进行设计，从而以最经济的方式最大程度保障灌区灌溉要求。

Description

一种灌排两用渠道断面设计方法、装置及设备

技术领域

本发明涉及水利工程技术领域，尤其涉及一种灌排两用渠道断面设计方法、装置、设备及计算机可读存储介质。

背景技术

现有一些水田发展较快的地区，其水源以地下水灌溉为主，这种灌溉用水保障程度低。因此需要发展以地表水源为主的大、中型灌区，但是按照以往的渠系布置原则，大部分新建骨干灌溉渠道占地较大，难以实施，而且，新建灌溉渠道也不利于节约成本。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种灌排两用渠道断面设计方法、装置、设备及计算机可读存储介质，能够针对现有渠道，对灌溉与排水两用渠道断面进行设计，以改造成为灌溉与排水两用渠道。

为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种灌排两用渠道断面设计方法，包括步骤：

步骤S10、计算渠道的排水能力，以判断是否满足灌排两用渠道的排水要求；

步骤S20、当所述渠道不能满足所述灌排两用渠道的排水要求时，调整渠道的渠底高程和设计水位，以使渠道满足所述灌排两用渠道的排水要求；

步骤S30、基于调整后的渠底高程，设计所述灌排两用渠道的断面尺寸，以使得渠道流量和水位满足灌溉要求。

根据本发明的一些实施例，所述步骤S10中，根据所述渠道的断面通过均匀流公式计算其排水能力，所述断面包括梯形断面、复式断面，对应的均匀流公式分别为梯形断面明渠均匀流公式和复式断面明渠均匀流公式。

根据本发明的一些实施例，所述步骤S20中，如果水能够畅排到承泄区，调整渠道的渠底高程和设计水位并采用明渠均匀流公式来计算调整后的渠道的排水能力；如果雍水入承泄区，调整渠道的渠底高程和设计水位并采用棱柱体渠槽非均匀流公式对现有渠道计算其排水能力。

根据本发明的一些实施例，所述步骤S30中，设计所述灌排两用渠道的断面尺寸包括：维持现有渠道渠底高程不变，并加高渠顶高程以扩大现有渠道断面面积。

根据本发明的一些实施例，所述步骤S30中还包括：在所述灌排两用渠道中增加水位流量的控制建筑物。

根据本发明的一些实施例，所述步骤S30中，使用明渠非均匀流公式设计所述灌排两用渠道的断面尺寸。

根据本发明的另一些实施例，所述明渠非均匀流公式为棱柱体渠槽非均匀流公式。

根据本发明的再一些实施例，所述步骤S30的计算中，使用经济断面的计算方法进行复核。

第二方面，本发明实施例提供一种灌排两用渠道断面设计装置，包括：

判断模块，所述判断模块用于计算渠道的排水能力，以判断是否满足灌排两用渠道的排水要求；

第一计算模块，所述第一计算模块用于当所述渠道不能满足所述灌排两用渠道的排水要求时，调整渠道的渠底高程和设计水位，以使渠道满足所述灌排两用渠道的排水要求；

第二计算模块，所述第二计算模块用于基于调整后的渠底高程，设计所述灌排两用渠道的断面尺寸，以使得渠道流量和水位满足灌溉要求。

第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：处理器；和存储器，在所述存储器中存储有计算机程序指令，

其中，在所述计算机程序指令被所述处理器运行时，使得所述处理器执行以下步骤：

第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时，使得所述处理器执行以下步骤：

本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果之一：

根据本发明实施例的灌排两用渠道断面设计方法，通过在现有渠道的技术上进行改进，将现有的渠道改造为灌溉与排水两用渠道，即灌排两用渠道。在改造过程中对灌排两用渠道断面进行设计，具体地，先计算渠道的排水能力，以判断是否满足灌排两用渠道的排水要求，当渠道不能满足灌排两用渠道的排水要求时，调整渠道的渠底高程和设计水位，以使渠道满足灌排两用渠道的排水要求，然后基于调整后的渠底高程，设计灌排两用渠道的断面尺寸，以使得渠道流量和水位满足灌溉要求。在设计过程中，可以使用经济断面的计算方法进行复核，从而以最经济的方式最大程度保障灌区灌溉要求。

附图说明

图1为本发明实施例的灌排两用渠道断面设计方法的流程图；

图2为本发明实施例的灌排两用渠道断面设计装置的示意图；

图3为本发明实施例的电子设备的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明实施例的灌排两用渠道断面设计方法，包括以下步骤S10至步骤S30：

步骤S10、计算渠道的排水能力，以判断是否满足灌排两用渠道的排水要求。

步骤S20、当所述渠道不能满足所述灌排两用渠道的排水要求时，调整渠道的渠底高程和设计水位，以使渠道满足所述灌排两用渠道的排水要求。

一般地，将渠道改为灌排两用渠道需要满足上下级排水水位要求，这要求渠道的渠底高程和设计水位相对较低，一般都低于平均地面高程。灌排两用渠道要满足灌溉的上下级水位要求的时候，需要灌溉的设计水位要足够的高，如此灌排两用渠道基本属于深挖方且高填方渠道，才能够既能够满足灌溉的水位要求，又能够满足排水的水位要求。

一般情况下灌溉仅能满足上级水位要求，不能够满足下级水位要求，需要设立泵站提水满足下级水位要求。因此，为了更好的满足灌溉水位要求，可以在灌排两用渠道中增加例如节制闸等水位流量的控制建筑物，以使渠道流量和水位达到灌溉要求。

具体地，上述实施例中所涉及到的计算可通过以下计算公式或计算方法实现：

如果，水能够畅排到承泄区。例如，当所述渠道为梯形断面时，采用式(1-1)和式(1-2)的梯形断面明渠均匀流公式进行计算。

式(1-1)和式(1-2)中，Q－渠道设计流量(单位：m³/s)；W－渠道过水断面面积(单位：m²)；R－水力半径(单位：m)；i－水力比降，在均匀流中与渠底比降一致；c－谢才系数。n—渠道糙率；m—渠道边坡，n和m可根据规范要求确定。

再例如，当所述渠道为复式断面时，可采用复式断面明渠均匀流公式进行计算。复式断面明渠一般由一个深度为h₁的深槽及两侧的滩槽组成，滩面比降与渠底比降相同，两侧滩面高程相同。复式断面明渠均匀流的水力计算可有2种计算方法。

第一种方法：整体式过水断面计算方法。

该方法计算公式与单式断面基本相同，不同之处仅为过水断面面积ω及湿周χ按相应的式断面式(2-1)及式(2-2)计算：

ω＝(b₁+m₁h₁)h₁+[(b₁+2m₁h₁)+(b_2左+b_2右)+(h-h₁)m₂](h-h₁) (2-1)

以上式中：b₁为渠底(深槽底)宽，单位：m；h₁为渠底至滩面的深槽深度，单位：m；m₁为深槽边坡系数；h为渠底至水面的水深，单位：m；b_2左为左滩面宽，单位：m；b_2右为右滩面宽，单位：m；m₂为滩槽边坡系数。

当深槽部分的糙率与滩槽部分的糙率不同时，式糙率n采用综合糙率n综，其值可按式(2-3)～式(2-5)计算：

以上式中：n_综为综合糙率；n₁为深槽部分的糙率；n₂为滩槽部分的糙率；χ₁为深槽的湿周，单位：m；χ₂为滩槽的湿周，单位：m；其余符号意义同前。

第二种方法：分断面计算方法，即分为深槽及滩槽两个过水断面计算：

计算公式如式(2-6)至式(2-16)：

Q＝Q₁+Q₂ (2-6)

ω₁＝(b₁+m₁h₁)h₁+(b₁+2m₁h₁)(h-h₁) (2-9)

ω₂＝[(b_2左+b_2右)+m₂(h-h₁)](h-h₁) (2-10)

以上式中：Q为全断面流量，单位：m³/s；Q₁为深槽部分流量，m³/s；Q₂为滩槽部分流量，单位：m³/s；ω₁为深槽过水断面面积，单位：m²；ω₂为滩槽过水断面面积,单位：m²；R₁为深槽水力半径，单位：m；R₂为滩槽水力半径，单位：m；χ₁为深槽湿周，单位：m；χ₂为滩槽湿周，单位：m；i为渠底比降；C₁为深槽谢才系数，单位：m^0.5/s；C₂为滩槽谢才系数，单位：m^0.5/s；n为糙率；其余符号意义同前。

上述2种方法的计算结果有一定出入。当滩面过水深较浅(h-h₁<0.5m)时，按第一种方法(整体式过水断面)计算的渠槽输水能力偏小(甚至小于水深h＝h₁时的输水能力)时，应按第二种方法(分断面)计算。按第二种方法(分断面)计算的渠槽输水能力略偏大，除滩面过水深较浅(h-h₁<0.5m)时应采用分断面计算的结果外，一般可采用第一种方法(整体式过水断面)的计算结果或两种方法计算结果的平均值。

进一步地，可以采用式(3-1)至式(3-14)的棱柱体渠槽非均匀流公式对现有渠道进行计算。

以上式(3-1)至式(3-14)中：l为水面线计算段长度，单位：m；h₂为计算段起始断面水深，单位：m；h₁为计算段末端断面水深，单位：m；h₀为正常水深，单位：m；为平均水深，单位：m；为考虑沿程摩阻损失的系数平均值；为平均谢才系数，单位：m^0.5/s；为平均水力半径，单位：m；ω为平均过水断面，单位：m²；为平均湿周，单位：m；b渠槽底宽，单位：m；为平均水面宽，单位：m；m为渠槽边坡系数；i为渠槽纵坡；α为动能修正系数，一般采用1.05～1.1；x为水力指数；K₀为相当于正常水深h₀的流量模数，单位：m³/s；为平均流量模数。

上述有关公式中的各种水力要素平均值，均根据式(3-9)计算的平均水深计算。

式(3-1)中的φ(η2)及φ(η1)为与水力指数x及比值η₂、η₁有关的函数。

当η<1时：

当η>1时：

上述公式(3-13)和(3-14)为级数，计算至前6项之和即可满足精度要求。

具体地，当需要复核时，例如，可以使用以下方法对现有的梯形渠道实用经济断面进行计算。

(1)梯形渠道水力最佳断面水力要素计算公式：

b₀＝2[(1+m²)^1/2-m]h₀ (4-2)

A₀＝b₀h₀+mh₀ ² (4-3)

x₀＝b₀+2(1+m²)^1/2h (4-4)

R₀＝A₀/x₀ (4-5)

V₀＝Q/A₀ (4-6)

式中：h₀——水力最佳断面水深(单位：m)；n——渠床糙率；Q——渠道设计流量(单位：m³/s)；m——渠道内边坡系数；i——渠底比降；b₀——水力最佳断面底宽(单位：m)；A₀——水力最佳断面的过水断面面积(单位：m²)；x₀——水力最佳断面湿周(m)；R₀——水力最佳断面的水力半径(m)；V₀——水力最佳断面流速(单位：m/s)。

(2)梯形渠道实用经济断面与水力最佳断面的水力要素关系式：

α＝V₀/V＝A/A₀＝(R₀/R)^2/3＝(A₀x/Ax₀)^2/3 (4-7)

(h/h₀)²-2α^2.5(h/h₀)+α＝0 (4-8)

β＝b/h＝[α/(h/h₀)²][2(1+m²)^1/2-m]-m (4-9)

式中：α——水力最佳断面流速(或过水断面面积)与实用经济断面流速(或过水断面面积)的比值；h——实用经济断面水深(单位：m)；V——实用经济断面流速(单位：m/s)；A——实用经济断面的过水断面面积(单位：m²)；x——实用经济断面湿周(单位：m)；R——实用经济断面的水力半径(单位：m)；b——实用经济断面底宽(单位：m)；β——实用经济断面底宽与水深的比值。

α、β和m、h/h₀关系见表1。

表1α、β和m、h/h₀关系

(3)计算步骤：

1)已知Q、n、m、i，按公式(4-1)计算h₀值；

2)按公式(4-2)计算b₀值；

3)按公式(4-3)～(4-5)计算A₀、x₀、R₀值；

4)按公式(4-6)计算V₀值。

5)由表查出与α＝1.00、1.01、1.02、1.03、1.04相应的h/h₀值，以及与α、m相应的β值，并分别计算相应的h和b值；

6)按公式(4-7)分别计算与α＝1.00、1.01、1.02、1.03、1.04相应的V、A、R值；

7)将以上5组α、h/h₀、β、h、b、V、A、R值列入表2：

表2α、h/h₀、β、h、b、V、A、R的值

值	α	h/h₀	β	h	b	V	A	R
									序号	(1)	(2)	(3)	(4)	(5)	(6)	(7)	(8)

8)根据表列数据绘制b＝f(h)和V＝f(h)渠道特性曲线；

9)根据渠段地形、地质等条件，由渠道特性曲线图上选定设计所需的h、b、V值；

10)计算与设计选定的h、b值相应的A、x、R值。

综上所述，根据本发明实施例的灌排两用渠道断面设计方法，通过在现有渠道的技术上进行改进，将现有的渠道改造为灌溉与排水两用渠道，即灌排两用渠道。在改造过程中对灌排两用渠道断面进行设计，使灌排两用渠道既能满足排水要求又能够满足灌溉要求，从而以最经济的方式最大程度保障灌区灌溉要求。

如图2所示，本发明实施例的灌排两用渠道断面设计装置100，包括：

判断模块110，所述判断模块110用于计算渠道的排水能力，以判断是否满足灌排两用渠道的排水要求；

第一计算模块120，所述第一计算模块120用于当所述渠道不能满足所述灌排两用渠道的排水要求时，调整渠道的渠底高程和设计水位，以使渠道满足所述灌排两用渠道的排水要求；

第二计算模块130，所述第二计算模块130用于基于调整后的渠底高程，设计所述灌排两用渠道的断面尺寸，以使得渠道流量和水位满足灌溉要求。

如图3所示，本发明实施例提供了一种电子设备200，包括：处理器210和存储器220，在所述存储器220中存储有计算机程序指令，其中，在所述计算机程序指令被所述处理器运行时，使得所述处理器210执行以下步骤：

进一步地，如图3所示，电子设备还包括网络接口230、输入设备240、硬盘250、和显示设备260。

上述各个接口和设备之间可以通过总线架构互连。总线架构可以是可以包括任意数量的互联的总线和桥。具体由处理器210代表的一个或者多个中央处理器(CPU)，以及由存储器220代表的一个或者多个存储器的各种电路连接在一起。总线架构还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其它电路连接在一起。可以理解，总线架构用于实现这些组件之间的连接通信。总线架构除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线，这些都是本领域所公知的，因此本文不再对其进行详细描述。

所述网络接口230，可以连接至网络(如因特网、局域网等)，从网络中获取相关数据，并可以保存在硬盘1405中。

所述输入设备240，可以接收操作人员输入的各种指令，并发送给处理器210以供执行。所述输入设备240可以包括键盘或者点击设备(例如，鼠标，轨迹球(trackball)、触感板或者触摸屏等。

所述显示设备260，可以将处理器210执行指令获得的结果进行显示。

所述存储器220，用于存储操作系统运行所必须的程序和数据，以及处理器210计算过程中的中间结果等数据。

可以理解，本发明实施例中的存储器220可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(RAM)，其用作外部高速缓存。本文描述的装置和方法的存储器220旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。

在一些实施方式中，存储器220存储了如下的元素，可执行模块或者数据结构，或者他们的子集，或者他们的扩展集：操作系统280和应用程序270。

其中，操作系统280，包含各种系统程序，例如框架层、核心库层、驱动层等，用于实现各种基础业务以及处理基于硬件的任务。应用程序270，包含各种应用程序，例如浏览器(Browser)等，用于实现各种应用业务。实现本发明实施例方法的程序可以包含在应用程序270中。

上述处理器210，当调用并执行所述存储器220中所存储的应用程序和数据，具体的，可以是应用程序270中存储的程序或指令时，获取全景图像；对所述全景图像进行预处理，获得待处理子图像；将所述待处理子图像输入到多路径卷积神经网络中，获得所述待处理子图像的深层特征图；对所述深层特征图进行池化处理；将经过池化处理后的深层特征图输入到全连接模型中，将所述全连接模型的输出作为重定位后的位置信息。

本发明上述实施例揭示的方法可以应用于处理器210中，或者由处理器210实现。处理器210可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器210中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器210可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件，可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块b组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器220，处理器210读取存储器220中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

可以理解的是，本文描述的这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现。对于硬件实现，处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑设备(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、通用处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本申请所述功能的其它电子单元或其组合中。

对于软件实现，可通过执行本文所述功能的模块(例如过程、函数等)来实现本文所述的技术。软件代码可存储在存储器中并通过处理器执行。存储器可以在处理器中或在处理器外部实现。

另外，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时，使得所述处理器执行以下步骤：

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露方法和装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理包括，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述收发方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种灌排两用渠道断面设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的灌排两用渠道断面设计方法，其特征在于，所述步骤S10中，根据所述渠道的断面通过均匀流公式计算其排水能力，所述断面包括梯形断面、复式断面，对应的均匀流公式分别为梯形断面明渠均匀流公式和复式断面明渠均匀流公式。

3.根据权利要求1所述的灌排两用渠道断面设计方法，其特征在于，所述步骤S20中，如果水能够畅排到承泄区，调整渠道的渠底高程和设计水位并采用明渠均匀流公式来计算调整后的渠道的排水能力；如果雍水入承泄区，调整渠道的渠底高程和设计水位并采用棱柱体渠槽非均匀流公式对现有渠道计算其排水能力。

4.根据权利要求1所述的灌排两用渠道断面设计方法，其特征在于，所述步骤S30中，设计所述灌排两用渠道的断面尺寸包括：维持现有渠道渠底高程不变，并加高渠顶高程以扩大现有渠道断面面积。

5.根据权利要求4所述的灌排两用渠道断面设计方法，其特征在于，所述步骤S30中还包括：在所述灌排两用渠道中增加水位流量的控制建筑物。

6.根据权利要求1所述的灌排两用渠道断面设计方法，其特征在于，所述步骤S30中，使用明渠非均匀流公式设计所述灌排两用渠道的断面尺寸。

7.根据权利要求6所述的灌排两用渠道断面设计方法，其特征在于，所述明渠非均匀流公式为棱柱体渠槽非均匀流公式。

8.根据权利要求1所述的灌排两用渠道断面设计方法，其特征在于，所述步骤S30的计算中，使用经济断面的计算方法进行复核。

9.一种灌排两用渠道断面设计装置，其特征在于，包括：

10.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器；和存储器，在所述存储器中存储有计算机程序指令，

11.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时，使得所述处理器执行以下步骤：