CN108319745B - 渠道非恒定流计算方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种渠道非恒定流计算方法及装置，属于农田灌溉领域。该方法包括：获取目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角；对目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角进行优化，得到优化后的目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角；根据优化后的目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角，计算目标渠道的非恒定流。解决了现有的关于渠道非恒定流的计算方法无法同时保证计算精度和计算效率，难适用于工程需要的问题；达到了通过简单的计算过程得到精确的计算结果，提高计算效率，适应工程需要的效果。

Description

渠道非恒定流计算方法及装置
技术领域
本申请涉及农田灌溉领域，特别涉及一种渠道非恒定流计算方法及装置。
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，即其渠道中水流量的大小不同，所以，为了实现高效灌溉并同时达到节水的目的，对于渠道流量的测量十分重要。
现有技术通常使用流量计测量渠道流量或者利用水工建筑物测量渠道流量。在利用流量计测量的过程中，虽然其测量方便快捷，但是为了实现精确测量，通常使用昂贵的超声波流速仪。
由于现有的关于渠道非恒定流的计算方法无法同时保证计算精度和计算效率，因此现有的计算方法难适用于工程需要。
发明内容
为了解决现有的关于渠道非恒定流的计算方法无法同时保证计算精度和计算效率，难适用于工程需要的问题，本申请提供一种渠道非恒定流计算方法及装置。所述技术方案如下：
根据本申请实施例的第一方面，提供一种渠道非恒定流计算方法，所述方法包括：
获取目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及所述渠道横断面的坡度夹角；
对所述目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角进行优化，得到优化后的所述目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角；
根据优化后的所述目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角，计算所述目标渠道的非恒定流。
根据本申请实施例的第二方面，提供一种渠道非恒定流计算装置，所述装置包括：
获取目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及所述渠道横断面的坡度夹角；
对所述目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角进行优化，得到优化后的所述目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角；
根据优化后的所述目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角，计算所述目标渠道的非恒定流。
本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
通过对目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角进行优化，并根据优化后的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角，计算目标渠道的非恒定流，由于本申请中所公开的渠道非恒定流的计算方法能通过简单的计算过程得到精确的计算结果；解决了现有的关于渠道非恒定流的计算方法无法同时保证计算精度和计算效率，难适用于工程需要的问题；达到了通过简单的计算过程得到精确的计算结果，提高计算效率，适应工程需要的效果。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并于说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种渠道非恒定流计算方法的流程图；
图2是根据一示例性实施例示出的渠道的梯形横断面的示意图；
图3是根据一示例性实施例示出的三种不同方法计算的所述目标渠道的渠道内的水深的变化过程的示意图；
图4是根据一示例性实施例示出的一种渠道非恒定流计算装置的框图。
其中，附图标记分别表示：
B为渠道顶宽，
h为目标渠道的目标渠道的渠道内的水深，
W为目标渠道的渠道横断面的底宽，
θ为目标渠道的渠道横断面的坡度夹角。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
图1是根据一示例性实施例示出的一种渠道非恒定流计算方法的流程图，如图1所示，该渠道非恒定流计算方法包括以下步骤。
步骤101，获取目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角。
在实际应用中，从渠道的工程设计报告中获取目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角，该渠道的工程设计报告用于记录理想条件下该渠道需要满足相关参数。
步骤102，对目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角进行优化，得到优化后的目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角。
利用遗传算法对目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角进行优化，得到优化后的目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽。
步骤103，根据优化后的目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角，计算目标渠道的非恒定流。
具体的，根据优化后的目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽、渠道横断面的坡度夹角，以及渠道非恒定流公式，计算渠道的非恒定流。
其中，渠道非恒定流公式为：
Figure BDA0001512677890000031
Figure BDA0001512677890000041
Figure BDA0001512677890000042
Figure BDA0001512677890000043
其中，h为目标渠道的渠道内的水深，单位m；α为渠道形状几何参数的第一函数，u为目标渠道中水的流速，单位m/s；β为渠道形状几何参数的第二函数，无单位；S为渠道形状几何参数的第三函数，无单位；sign为符号函数，无单位；n为目标渠道的渠道糙率系数，无单位；ζ为目标渠道的渠道内的水位高度，单位m；W为目标渠道的渠道横断面的底宽，单位m；θ为目标渠道的渠道横断面的坡度夹角，单位°；b为目标渠道的渠底相对高程，单位m。
图2是根据一示例性实施例示出的渠道的梯形横断面的示意图。如图2所示，B为渠道顶宽，h为目标渠道的目标渠道的渠道内的水深，W为目标渠道的渠道横断面的底宽，θ为目标渠道的渠道横断面的坡度夹角。
其中，目标渠道的非恒定流为目标渠道的目标渠道的渠道内的水深和流量过程信息。
可选的，通过基于算子分裂的特征线法及有限差分法求解渠道非恒定流公式，得到目标渠道的目标渠道的渠道内的水深及流量过程信息。
综上所述，本申请实施例中提供的渠道非恒定流计算方法，通过对目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角进行优化，并根据优化后的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角，计算目标渠道的非恒定流，由于本申请中所公开的渠道非恒定流的计算方法能通过简单的计算过程得到精确的计算结果；解决了现有的关于渠道非恒定流的计算方法无法同时保证计算精度和计算效率，难适用于工程需要的问题；达到了通过简单的计算过程得到精确的计算结果，提高计算效率，适应工程需要的效果。
图3是根据一示例性实施例示出的三种不同方法计算的目标渠道的渠道内的水深的变化过程的示意图。如图3所示，通过扩散波方程计算目标渠道的渠道内的水深计算效率高，但精度低；通过全水动力学方法计算目标渠道的渠道内的水深精度高，但计算效率低，通过本申请所公开的计算渠道非恒定流的方法计算目标渠道的渠道内的水深可以同时保证高精度和高计算效率。
下述为本申请装置实施例，可以用于执行本申请方法实施例。对于本申请装置实施例中未披露的细节，请参照本申请方法实施例。
图4是根据一示例性实施例示出的一种渠道非恒定流计算装置的框图，如图4所示，该渠道非恒定流计算装置包括但不限于：获取模块201、优化模块202和计算模块203。
获取模块201，用于获取目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角；
优化模块202，用于对目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角进行优化，得到优化后的目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角；
计算模块203，用于根据优化后的目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角，计算目标渠道的非恒定流。
在一种可能的实现方式中，该优化模块202，还用于：
利用遗传算法对目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角进行优化，得到优化后的目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽。
在一种可能的实现方式中，该计算模块203，包括：
计算单元，用于根据优化后的目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽、渠道横断面的坡度夹角，以及渠道非恒定流公式，计算渠道的非恒定流；
其中，该渠道非恒定流公式为：
Figure BDA0001512677890000061
Figure BDA0001512677890000062
Figure BDA0001512677890000063
Figure BDA0001512677890000064
其中，h为目标渠道的渠道内的水深，α为渠道形状几何参数的第一函数，u为所述目标渠道中水的流速，β为渠道形状几何参数的第二函数，S为渠道形状几何参数的第三函数，sign为符号函数，n为目标渠道的渠道糙率系数，ζ为目标渠道的渠道内的水位高度，W为目标渠道的渠道横断面的底宽，θ为目标渠道的渠道横断面的坡度夹角，b为目标渠道的渠底相对高程。
在一种可能的实现方式中，该目标渠道的非恒定流为目标渠道的目标渠道的渠道内的水深和流量过程信息。
在一种可能的实现方式中，该计算模块203，还包括：
求解单元，用于通过基于算子分裂的特征线法及有限差分法求解渠道非恒定流公式，得到目标渠道的目标渠道的渠道内的水深及流量过程信息。
综上所述，本申请实施例中提供的渠道非恒定流计算装置，通过对目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角进行优化，并根据优化后的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角，计算目标渠道的非恒定流，由于本申请中所公开的渠道非恒定流的计算方法能通过简单的计算过程得到精确的计算结果；解决了现有的关于渠道非恒定流的计算方法无法同时保证计算精度和计算效率，难适用于工程需要的问题；达到了通过简单的计算过程得到精确的计算结果，提高计算效率，适应工程需要的效果。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种渠道非恒定流计算方法，其特征在于，所述方法包括：
获取目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及所述渠道横断面的坡度夹角；
对所述目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角进行优化，得到优化后的所述目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角；
根据优化后的所述目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角，计算所述目标渠道的非恒定流，
其中，所述渠道非恒定流公式为：
Figure FDA0002504783480000011
Figure FDA0002504783480000012
Figure FDA0002504783480000013
Figure FDA0002504783480000014
其中，所述h为所述目标渠道的渠道内的水深，所述α为渠道形状几何参数的第一函数，所述u为所述目标渠道中水的流速，所述β为渠道形状几何参数的第二函数，所述S为渠道形状几何参数的第三函数，所述sign为符号函数，所述n为所述目标渠道的渠道糙率系数，ζ为所述目标渠道的渠道内的水位高度，所述W为所述目标渠道的渠道横断面的底宽，所述θ为所述目标渠道的渠道横断面的坡度夹角，所述b为所述目标渠道的渠底相对高程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角进行优化，得到优化后的所述目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角，包括：
利用遗传算法对所述目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角进行优化，得到优化后的所述目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标渠道的非恒定流为所述目标渠道的渠道内的水深和流量过程信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述计算所述渠道的非恒定流，包括：
通过基于算子分裂的特征线法及有限差分法求解所述渠道非恒定流公式，得到所述目标渠道的渠道内的水深及流量过程信息。
5.一种渠道非恒定流计算装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及所述渠道横断面的坡度夹角；
优化模块，用于对所述目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角进行优化，得到优化后的所述目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角；
计算模块，用于根据优化后的所述目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角，计算所述目标渠道的非恒定流，其中，所述渠道非恒定流公式为：
Figure FDA0002504783480000021
Figure FDA0002504783480000031
Figure FDA0002504783480000032
Figure FDA0002504783480000033
其中，所述h为所述目标渠道的渠道内的水深，所述α为渠道形状几何参数的第一函数，所述u为所述目标渠道中水的流速，所述β为渠道形状几何参数的第二函数，所述S为渠道形状几何参数的第三函数，所述sign为符号函数，所述n为所述目标渠道的渠道糙率系数，ζ为所述目标渠道的渠道内的水位高度，所述W为所述目标渠道的渠道横断面的底宽，所述θ为所述目标渠道的渠道横断面的坡度夹角，所述b为所述目标渠道的渠底相对高程。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述优化模块，还用于：
利用遗传算法对所述目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽，以及渠道横断面的坡度夹角进行优化，得到优化后的所述目标渠道的渠道内的水位高度、渠道横断面的底宽。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述目标渠道的非恒定流为所述目标渠道的渠道内的水深和流量过程信息。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述计算模块，还包括：
求解单元，用于通过基于算子分裂的特征线法及有限差分法求解所述渠道非恒定流公式，得到所述目标渠道的渠道内的水深及流量过程信息。
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