CN108021762B - 一种渠底宽度的确定方法及装置 - Google Patents

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CN108021762B CN201711341168.9A CN201711341168A CN108021762B CN 108021762 B CN108021762 B CN 108021762B CN 201711341168 A CN201711341168 A CN 201711341168A CN 108021762 B CN108021762 B CN 108021762B
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Abstract

本发明提供了一种渠底宽度的确定方法及装置，该渠底宽度的确定方法包括：获取目标渠道的设计参数，其中所述设计参数包括：目标渠道的原始水力坡度、目标渠道的原始断面尺寸和目标渠道的控制区域面积参数；根据所述目标渠道的原始断面尺寸，获得所述目标渠道的原始渠道底宽；根据所述原始水力坡度、所述原始断面尺寸和控制区域面积参数对所述原始渠道底宽进行优化，并获得优化后的渠道底宽；对优化后的所述渠道底宽进行验证；当验证通过后，确定所述渠道底宽为目标渠道底宽。本发明实施例，通过获取目标渠道的设计参数，对渠道底宽进行优化，并对优化后的渠道底宽进行验证，使得优化后的渠道底宽能够有效保证长距离输水过程中渠道的末端势能。

Description

一种渠底宽度的确定方法及装置
技术领域
本发明涉及水利技术领域，特别涉及一种渠底宽度的确定方法及装置。
背景技术
通过灌溉渠系输配水进行地面灌溉是目前应用最为广泛的一种农田灌溉方式。灌溉渠系一般由多级灌溉渠道构成，基于对各级灌溉渠道的灌溉需求不同，各级渠道控制面积也不同，即其渠道长度不同和沿程损失不同。
其中在长距离输水过程中，由于渠道的输水距离较长，使得水流到达渠道末端时的末端势能较低，降低了灌溉效率。在现有技术中，为了保持末端势能，往往采取增加供水量的做法，但这造成了大量水资源的浪费。
发明内容
本发明实施例要解决的技术问题是提供一种渠底宽度的确定方法及装置，用以实现优化渠底宽度，保持渠道末端势能。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种渠底宽度的确定方法，包括：
获取目标渠道的设计参数，其中所述设计参数包括：目标渠道的原始水力坡度、目标渠道的原始断面尺寸和目标渠道的控制区域面积参数；
根据所述目标渠道的原始断面尺寸，获得所述目标渠道的原始渠底宽度；
根据所述原始水力坡度、所述原始断面尺寸和控制区域面积参数对所述原始渠底宽度进行优化，并获得优化后的渠底宽度；
对优化后的所述渠底宽度进行验证；
当验证通过后，确定所述渠底宽度为目标渠底宽度。
进一步的，所述的渠底宽度的确定方法还包括：
当验证未通过后，将优化后的所述渠底宽度作为原始渠底宽度，重新执行根据所述原始水力坡度、所述原始断面尺寸和控制区域面积参数对所述原始渠底宽度进行优化的步骤。
进一步的，根据所述原始水力坡度、所述原始断面尺寸和控制区域面积参数对所述原始渠底宽度进行优化，并获得优化后的渠底宽度的步骤包括：
根据所述原始水力坡度、所述原始断面尺寸和控制区域面积参数，通过遗传算法对所述原始渠底宽度进行优化，并获得优化后的渠底宽度。
进一步的，对优化后的所述渠底宽度进行验证的步骤包括：
根据目标渠道的原始水力坡度、目标渠道的原始断面尺寸和目标渠道的控制区域面积参数以及优化后的所述渠底宽度，获得优化后的所述目标渠道的沿程势能损失值；
根据所述目标渠道的设计参数，获得所述目标渠道的设计势能；
根据所述设计势能和所述沿程势能损失值，获得渠道末端势能；
当所述渠道末端势能与所述设计势能的相对误差小于或等于预设门限时，确定优化后的所述渠底宽度通过验证；
否则，判断优化后的所述渠底宽度未通过验证。
进一步的，根据目标渠道的原始水力坡度、目标渠道的原始断面尺寸和目标渠道的控制区域面积参数以及优化后的所述渠底宽度，获得优化后的所述目标渠道的沿程势能损失值的步骤包括：
根据谢才公式：
Figure GDA0003082567470000021
Figure GDA0003082567470000022
以及圣维南方程组：
Figure GDA0003082567470000023
Figure GDA0003082567470000024
计算获得沿程势能损失值z，其中V表示断面平均流速，C表示预设谢才系数，R表示水力半径，J表示水力坡度，J＝hf/l，hf表示流段L内的沿程水头损失，l表示流段L的流程距离，A表示过水断面面积，pw表示水流与固体边界接触部分的周长；
Q表示断面的流量，A＝W·h+h·tanθ；W表示渠底宽度，h表示水深，θ表示渠道斜边与竖直方向的夹角，s表示距水道某固定断面沿流程的距离，t表示时间，v表示过水断面的断面平均流速，g表示重力加速度，z表示过水断面的水位，z＝z0+hf，z0表示渠底高程；
其中，水流与固体边界接触部分的周长pw根据所述控制区域面积参数获得，过水断面面积A、水深h、渠道斜边与竖直方向的夹角θ、渠底高程z0均根据所述断面尺寸获得。
进一步的，所述预设门限为0.8％～1.7％。
根据本发明另一方面，本发明实施例还提供了一种渠底宽度的确定装置，包括：
第一获取模块，用于获取目标渠道的设计参数，其中所述设计参数包括：目标渠道的原始水力坡度、目标渠道的原始断面尺寸和目标渠道的控制区域面积参数；
第二获取模块，用于根据所述目标渠道的原始断面尺寸，获得所述目标渠道的原始渠底宽度；
优化模块，用于根据所述原始水力坡度、所述原始断面尺寸和控制区域面积参数对所述原始渠底宽度进行优化，并获得优化后的渠底宽度；
验证模块，用于对优化后的所述渠底宽度进行验证；
确定模块，用于当验证通过后，确定所述渠底宽度为目标渠底宽度。
进一步的，所述优化模块，还用于：
当验证未通过后，将优化后的所述渠底宽度作为原始渠底宽度，重新执行根据所述原始水力坡度、所述原始断面尺寸和控制区域面积参数对所述原始渠底宽度进行优化的步骤。
根据本发明另一方面，本发明实施例还提供了一种渠底宽度的确定装置，包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上所述的渠底宽度的确定方法的步骤。
根据本发明另一方面，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上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的渠底宽度的确定方法的步骤。
与现有技术相比，本发明实施例提供的一种渠底宽度的确定方法及装置，至少具有以下有益效果：
本发明实施例，通过获取目标渠道的设计参数，对渠底宽度进行优化，并对优化后的渠底宽度进行验证，使得优化后的渠底宽度能够有效保证长距离输水过程中渠道的末端势能。
附图说明
图1为本发明实施例的渠底宽度的确定方法的流程图之一；
图2为本发明实施例的渠底宽度的确定方法的流程图之二；
图3为本发明实施例的渠底宽度的确定装置的结构示意图；
图4为本发明实施例的优化前的目标渠道上第一位置的剖面图；
图5为本发明实施例的优化后的目标渠道上第一位置的剖面图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本发明的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。
应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。
在本发明的各种实施例中，应理解，下述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
应理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本申请所提供的实施例中，应理解，“与A相应的B”表示B与A相关联，根据A可以确定B。但还应理解，根据A确定B并不意味着仅仅根据A确定B，还可以根据A和/或其它信息确定B。
参见图1，本发明实施例提供了一种渠底宽度的确定方法，包括：
步骤101，获取目标渠道的设计参数，其中所述设计参数包括：目标渠道的原始水力坡度、目标渠道的原始断面尺寸和目标渠道的控制区域面积参数；
其中，获取的参数可以根据渠道设计时的设计资料获得，也可以根据实际测量等方式获得。
步骤102，根据所述目标渠道的原始断面尺寸，获得所述目标渠道的原始渠底宽度；
步骤103，根据所述原始水力坡度、所述原始断面尺寸和控制区域面积参数对所述原始渠底宽度进行优化，并获得优化后的渠底宽度；
其中步骤103可以包括：
根据所述原始水力坡度、所述原始断面尺寸和控制区域面积参数，通过遗传算法对所述原始渠底宽度进行优化，并获得优化后的渠底宽度。
其中所述遗传算法包括：
设置进化代数计数器t＝0，设置最大进化代数T，随机生成M个个体作为初始群体P(0)；
计算群体P(t)中各个个体的适应度；
将选择算子作用于群体；
将交叉算子作用于群体；
将变异算子作用于群体；
群体P(t)经过选择、交叉、变异运算之后，获得下一代群体P(t+1)；
若t＝T，则以进化过程中所得到的具有最大适应度个体作为最优解输出，并终止计算。
需要注意的是，对于优化的算法可以是遗传算法也可以是其他算法。
步骤104，对优化后的所述渠底宽度进行验证；
参见图2、图4和图5，其中步骤104可以包括：
步骤201，根据目标渠道的原始水力坡度、目标渠道的原始断面尺寸和目标渠道的控制区域面积参数以及优化后的所述渠底宽度，获得优化后的所述目标渠道的沿程势能损失值；
其中步骤201可以包括：
根据谢才公式：
Figure GDA0003082567470000061
Figure GDA0003082567470000062
以及圣维南方程组：
Figure GDA0003082567470000063
Figure GDA0003082567470000064
计算获得沿程势能损失值z，其中V表示断面平均流速，C表示预设谢才系数，R表示水力半径，J表示水力坡度，J＝hf/l，hf表示流段L内的沿程水头损失，l表示流段L的流程距离，A表示过水断面面积，pw表示水流与固体边界接触部分的周长；
Q表示断面的流量，A＝W·h+h·tanθ；W表示渠底宽度，h表示水深，θ表示渠道斜边与竖直方向的夹角，s表示距水道某固定断面沿流程的距离，t表示时间，v表示过水断面的断面平均流速，g表示重力加速度，z表示过水断面的水位，z＝z0+hf，z0表示渠底高程；
其中，水流与固体边界接触部分的周长pw根据所述控制区域面积参数获得，过水断面面积A、水深h、渠道斜边与竖直方向的夹角θ、渠底高程z0均根据所述断面尺寸获得。
步骤202，根据所述目标渠道的设计参数，获得所述目标渠道的设计势能；
步骤203，根据所述设计势能和所述沿程势能损失值，获得渠道末端势能；
步骤204，当所述渠道末端势能与所述设计势能的相对误差小于或等于预设门限时，确定优化后的所述渠底宽度通过验证；否则，判断优化后的所述渠底宽度未通过验证。
其中，渠道末端势能与设计势能的差值可以根据公式
Figure GDA0003082567470000071
计算获得，其中，ARE为相对误差；hd为所述优化后的渠道末端势能，单位m；h为设计势能，单位为m。
其中，所述预设门限为0.8％～1.7％，在一实施例中预设门限优选为1％。
步骤105，当验证通过后，确定所述渠底宽度为目标渠底宽度。
进一步的，所述的渠底宽度的确定方法还包括：当验证未通过后，将优化后的所述渠底宽度作为原始渠底宽度，重新执行根据所述原始水力坡度、所述原始断面尺寸和控制区域面积参数对所述原始渠底宽度进行优化的步骤。
其中，通过对优化后的渠底宽度再次优化，并利用再次优化后的渠底宽度再次进行验证，直至获得的渠道末端势能和设计势能之间的相对误差小于等于预设门限，此时获得的渠底宽度作为可行的渠底宽度，本发明实施例通过对渠道的端面尺寸，具体是对渠底宽度进行优化修改，有效保证了长距离输水过程中渠道末端势能，提高灌溉效率。
参见图4和图5，下面通过举例进行说明。本发明实施例通过设计参数等获得原始渠底宽度W1，并对其进行优化和验证，获得目标渠底宽度W2，通过不断的优化以保持得图5所示的渠道末端势能，能够有效提高灌溉效率。其中渠道末端势能是指渠道的末端水面与渠底之间的高度差，例如其为图4中的h1和图5中的h2。
参见图3，根据本发明另一方面，本发明实施例还提供了一种渠底宽度的确定装置，包括：
第一获取模块301，用于获取目标渠道的设计参数，其中所述设计参数包括：目标渠道的原始水力坡度、目标渠道的原始断面尺寸和目标渠道的控制区域面积参数；
第二获取模块302，用于根据所述目标渠道的原始断面尺寸，获得所述目标渠道的原始渠底宽度；
优化模块303，用于根据所述原始水力坡度、所述原始断面尺寸和控制区域面积参数对所述原始渠底宽度进行优化，并获得优化后的渠底宽度；
验证模块304，用于对优化后的所述渠底宽度进行验证；
确定模块305，用于当验证通过后，确定所述渠底宽度为目标渠底宽度。
进一步的，所述优化模块303，还用于：
当验证未通过后，将优化后的所述渠底宽度作为原始渠底宽度，重新执行根据所述原始水力坡度、所述原始断面尺寸和控制区域面积参数对所述原始渠底宽度进行优化的步骤。
进一步的，所述优化模块303具体用于：
根据所述原始水力坡度、所述原始断面尺寸和控制区域面积参数，通过遗传算法对所述原始渠底宽度进行优化，并获得优化后的渠底宽度。
进一步的，所述验证模块304包括：
第一获取单元，用于根据目标渠道的原始水力坡度、目标渠道的原始断面尺寸和目标渠道的控制区域面积参数以及优化后的所述渠底宽度，获得优化后的所述目标渠道的沿程势能损失值；
第二获取单元，用于根据所述目标渠道的设计参数，获得所述目标渠道的设计势能；
第三获取单元，用于根据所述设计势能和所述沿程势能损失值，获得渠道末端势能；
确定单元，用于当所述渠道末端势能与所述设计势能的相对误差小于或等于预设门限时，确定优化后的所述渠底宽度通过验证；否则，判断优化后的所述渠底宽度未通过验证。
进一步的，所述第一获取单元具体用于：
根据谢才公式：
Figure GDA0003082567470000081
Figure GDA0003082567470000082
以及圣维南方程组：
Figure GDA0003082567470000091
Figure GDA0003082567470000092
计算获得沿程势能损失值z，其中V表示断面平均流速，C表示预设谢才系数，R表示水力半径，J表示水力坡度，J＝hf/l，hf表示流段L内的沿程水头损失，l表示流段L的流程距离，A表示过水断面面积，pw表示水流与固体边界接触部分的周长；
Q表示断面的流量，A＝W·h+h·tanθ；W表示渠底宽度，h表示水深，θ表示渠道斜边与竖直方向的夹角，s表示距水道某固定断面沿流程的距离，t表示时间，v表示过水断面的断面平均流速，g表示重力加速度，z表示过水断面的水位，z＝z0+hf，z0表示渠底高程；
其中，水流与固体边界接触部分的周长pw根据所述控制区域面积参数获得，过水断面面积A、水深h、渠道斜边与竖直方向的夹角θ、渠底高程z0均根据所述断面尺寸获得。
进一步的，所述预设门限为0.8％～1.7％。
本发明实施例的渠底宽度的确定装置能够实现上述方法实施例中的各个过程，并具有相应的有益效果，为避免重复，这里不再赘述。
根据本发明另一方面，本发明实施例还提供了一种渠底宽度的确定装置，包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上所述的渠底宽度的确定方法的步骤。
根据本发明另一方面，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上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的渠底宽度的确定方法的步骤。
综上，本发明实施例，通过获取目标渠道的设计参数，对渠底宽度进行优化，并对优化后的渠底宽度进行验证，使得优化后的渠底宽度能够有效保证长距离输水过程中渠道的末端势能。
此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。
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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种渠底宽度的确定方法，其特征在于，包括：
获取目标渠道的设计参数，其中所述设计参数包括：目标渠道的原始水力坡度、目标渠道的原始断面尺寸和目标渠道的控制区域面积参数；
根据所述目标渠道的原始断面尺寸，获得所述目标渠道的原始渠底宽度；
根据所述原始水力坡度、所述原始断面尺寸和控制区域面积参数对所述原始渠底宽度进行优化，并获得优化后的渠底宽度；
对优化后的所述渠底宽度进行验证；
当验证通过后，确定所述渠底宽度为目标渠底宽度；
其中，所述对优化后的所述渠底宽度进行验证的步骤包括：
根据目标渠道的原始水力坡度、目标渠道的原始断面尺寸和目标渠道的控制区域面积参数以及优化后的所述渠底宽度，获得优化后的所述目标渠道的沿程势能损失值；
根据所述目标渠道的设计参数，获得所述目标渠道的设计势能；
根据所述设计势能和所述沿程势能损失值，获得渠道末端势能；
当所述渠道末端势能与所述设计势能的相对误差小于或等于预设门限时，确定优化后的所述渠底宽度通过验证；
否则，判断优化后的所述渠底宽度未通过验证。
2.根据权利要求1所述的渠底宽度的确定方法，其特征在于，还包括：
当验证未通过后，将优化后的所述渠底宽度作为原始渠底宽度，重新执行根据所述原始水力坡度、所述原始断面尺寸和控制区域面积参数对所述原始渠底宽度进行优化的步骤。
3.根据权利要求1所述的渠底宽度的确定方法，其特征在于，根据所述原始水力坡度、所述原始断面尺寸和控制区域面积参数对所述原始渠底宽度进行优化，并获得优化后的渠底宽度的步骤包括：
根据所述原始水力坡度、所述原始断面尺寸和控制区域面积参数，通过遗传算法对所述原始渠底宽度进行优化，并获得优化后的渠底宽度。
4.根据权利要求1所述的渠底宽度的确定方法，其特征在于，根据目标渠道的原始水力坡度、目标渠道的原始断面尺寸和目标渠道的控制区域面积参数以及优化后的所述渠底宽度，获得优化后的所述目标渠道的沿程势能损失值的步骤包括：
根据谢才公式：
Figure FDA0003082567460000021
Figure FDA0003082567460000022
以及圣维南方程组：
Figure FDA0003082567460000023
Figure FDA0003082567460000024
计算获得沿程势能损失值z，其中V表示断面平均流速，C表示预设谢才系数，R表示水力半径，J表示水力坡度，J＝hf/l，hf表示流段L内的沿程水头损失，l表示流段L的流程距离，A表示过水断面面积，pw表示水流与固体边界接触部分的周长；
Q表示断面的流量，A＝W·h+h·tanθ；W表示渠底宽度，h表示水深，θ表示渠道斜边与竖直方向的夹角，s表示距水道某固定断面沿流程的距离，t表示时间，v表示过水断面的断面平均流速，g表示重力加速度，z表示过水断面的水位，z＝z0+hf，z0表示渠底高程；
其中，水流与固体边界接触部分的周长pw根据所述控制区域面积参数获得，过水断面面积A、水深h、渠道斜边与竖直方向的夹角θ、渠底高程z0均根据所述断面尺寸获得。
5.根据权利要求1所述的渠底宽度的确定方法，其特征在于，所述预设门限为0.8％～1.7％。
6.一种渠底宽度的确定装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取目标渠道的设计参数，其中所述设计参数包括：目标渠道的原始水力坡度、目标渠道的原始断面尺寸和目标渠道的控制区域面积参数；
第二获取模块，用于根据所述目标渠道的原始断面尺寸，获得所述目标渠道的原始渠底宽度；
优化模块，用于根据所述原始水力坡度、所述原始断面尺寸和控制区域面积参数对所述原始渠底宽度进行优化，并获得优化后的渠底宽度；
验证模块，用于对优化后的所述渠底宽度进行验证；
确定模块，用于当验证通过后，确定所述渠底宽度为目标渠底宽度；
其中，所述验证模块包括：
第一获取单元，用于根据目标渠道的原始水力坡度、目标渠道的原始断面尺寸和目标渠道的控制区域面积参数以及优化后的所述渠底宽度，获得优化后的所述目标渠道的沿程势能损失值；
第二获取单元，用于根据所述目标渠道的设计参数，获得所述目标渠道的设计势能；
第三获取单元，用于根据所述设计势能和所述沿程势能损失值，获得渠道末端势能；
确定单元，用于当所述渠道末端势能与所述设计势能的相对误差小于或等于预设门限时，确定优化后的所述渠底宽度通过验证；否则，判断优化后的所述渠底宽度未通过验证。
7.根据权利要求6所述的渠底宽度的确定装置，其特征在于，所述优化模块，还用于：
当验证未通过后，将优化后的所述渠底宽度作为原始渠底宽度，重新执行根据所述原始水力坡度、所述原始断面尺寸和控制区域面积参数对所述原始渠底宽度进行优化的步骤。
8.一种渠底宽度的确定装置，其特征在于，包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述的渠底宽度的确定方法的步骤。
9.一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上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述的渠底宽度的确定方法的步骤。
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