CN112461496B - 一种水工及河工模型冲淤试验成果的可视化处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种水工及河工模型冲淤试验成果的可视化处理方法，根据原型河床高程确定水工或河工动床模型铺沙高程，动床模型区域河床铺沙完成后，定义测量原点并按网格状布置地形测点，然后利用地形测量仪器设备测出各个测点河床面高程，利用水流数学模型地形处理方法实现水工及河工模型冲淤试验成果可视化和便捷处理及统计分析，解决了常规水工及河工模型冲淤试验成果处理方法复杂，河床平面冲淤变化可视性差，地形纵剖面和横剖面图通常受到测量断面位置限制，不能绘制任意位置地形剖面图，所以冲淤量统计较困难，而且精度较差的技术问题。

Description

一种水工及河工模型冲淤试验成果的可视化处理方法

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，具体涉及一种水工及河工模型冲淤试验成果的可视化处理方法。

背景技术

河床是河道水流与其底部泥沙相互作用的产物，在相互作用过程中逐渐形成适应水流的河床形态，水流的变化影响河床的冲刷和淤积变化，河床的冲淤变化也反过来影响水流变化，对于挟沙水流来说，水流和河床是一对矛盾的统一体，相互制约和作用，这种演变过程会使河床发生纵向和横向的变化。大多数河床演变和河道整治影响的变形过程都非常复杂，往往很难直接用分析研究和计算方法求解，而利用模型试验则可能直接方便地观测到。因为河工模型试验可以模拟一定的空间与时间范围内天然河流的某些演变过程或预测修建工程后的发展趋势。因此，近一个世纪以来，这种解决工程问题的手段越来越多地被加以利用，模型试验的理论与技术也得到了一定的发展。如，天然河流和水库上、下游河床的冲淤变化问题、河道整治建筑物或桥墩附近的局部冲刷问题、海岸港口或河口整治的泥沙问题、水利枢纽和电站机组的泥沙防护问题、渠系的泥沙问题等，都可借助于河工模型试验进行研究。

常规水工及河工模型冲淤试验成果处理方法复杂，河床平面冲淤变化可视性差，地形纵剖面和横剖面图通常受到测量断面位置限制，不能绘制任意位置地形剖面图，所以冲淤量统计较困难，而且精度较差。

发明内容

(1)要解决的技术问题

1、在功能上，常规水工及河工模型冲淤试验成果处理方法复杂；河床平面冲淤变化可视性差；地形纵剖面和横剖面图通常受到测量断面位置限制，不能绘制任意位置地形剖面图；冲淤量统计较困难、且精度较差；

2、在结构上，常规水工及河工模型冲淤试验成果通常是借助文字、表格、视频、照片辅以CAD示意图进行成果展示，在统计冲淤量方面通常会通过收集模型沙并称重来实现。

(2)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种水工及河工模型冲淤试验成果的可视化处理方法，包括以下步骤：

(1)、根据原型河床高程确定水工或河工动床模型铺沙高程，动床模型区域河床铺沙完成后，定义测量原点并按网格状布置地形测点，然后利用地形测量仪器设备测出各个测点河床面高程，并记录每个测点的横、纵坐标和高程，测量数据输入计算机，经换算为原型对应的数据后，存储为后缀为“.xyz”格式文件，并命名为“初始地形数据”；

(2)、水工或河工动床模型冲淤试验完成后，再次利用地形测量仪器设备进行河床面高程测量，测量坐标原点应与初始地形测量时定义的原点保持一致，测点整体应与初始地形网各测点保持一致，对于局部变化较明显的区域，如冲坑、沙脊等区域测点可以加密；然后记录每个测点的横、纵坐标和高程，测量数据输入计算机，换算为原型对应的数据后，存储为后缀为“.xyz”格式文件，并命名为“冲淤地形数据”；

(3)、根据步骤(1)定义的坐标原点，提取动床区域边界控制点坐标，换算为原型对应的数据，录入计算机，存储为后缀为“.xyz”格式文件，并命名为“动床边界数据”；

(4)、利用丹麦DHI Mike软件，通过生成地形网格的办法，导入步骤(3)“动床边界数据”文件，新建一个以动床区域边界为网格边界的网格文件，网格尺度应与步骤(1)、步骤(2)中地形测点间距相同；

(5)、导入步骤(1)中的“初始地形数据”至mike网格文件，进行数据插分处理并形成mike地形文件，然后导出dfsu格式地形文件，并存储为“初始地形”；

(6)、利用步骤(2)中的“冲淤地形数据”，生成后缀为“.dfsu”格式的地形文件，并命名为“冲淤地形”；至此，即完成了水工或河工动床模型初始地形和冲淤地形的数字化，并实现了物模初始地形和冲淤地形的可视化处理；

(7)分别提取步骤(6)中的“冲淤地形”和步骤(5)中的“初始地形”网格数据，用“冲淤地形”网格数据减去“初始地形”网格数据，得出每个网格的冲淤变化值，另存，命名为“冲淤变化”的dfsu格式文件，此时即实现了河床平面冲淤变化可视化；

(8)分别记步骤(7)中每个网格的冲淤变化值为△Zi(i＝1……n，n为总网格个数)，通过丹麦DHI Mike软件统计对应每个网格面积为Si(i＝1……n，n为总网格个数)，则动床模型区域总冲淤变化量V＝∑Si·△Zi(i＝1……n，n为总网格个数)，即实现了水工及河工动床模型冲淤变化量的快捷统计；

(9)任意选取断面，提取断面两个端点坐标，利用丹麦DHI Mike软件，分别根据步骤(5)中“初始地形”和步骤(6)中的“冲淤地形”提取任意断面初始地形和冲淤地形数据，然后利用EXCEL等制表软件，即可绘制水工及河床动床模型任意断面地形剖面图。

(3)有益效果

本发明的有益效果：

1、在功能上，本发明实现水工及河工动床模型初始地形和冲淤地形以及河床平面冲淤变化可视化，并且使得任意断面地形剖面图绘制成为可能，此外还便于河床冲淤变化量统计；

2、在结构上，本发明则是引入数学模型地形处理方法，将物数模在地形冲淤试验成果后处理方面的优点进行了有效结合。

附图说明

附图用来提供对本发明专利的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1为实施例一中某水工模型动床模型区域及地形测点示意图；

图2为实施例一中某水工模型动床模型区域网格划分；

图3为实施例一中某水工模型防冲槽下游河道地形；

图4为实施例一中某水工模型动床模型试验后防冲槽下游河道地形；

图5为实施例一中某水工模型动床模型试验后防冲槽下游地形冲淤变化。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明实施例中的技术方案进行进一步清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例一

本实施例提供一种水工及河工模型冲淤试验成果的可视化处理方法，包括以下步骤：

本实施例根据原型河床高程确定水工或河工动床模型铺沙高程，动床模型区域河床铺沙完成后，定义测量原点并按网格状布置地形测点，如附图1，然后利用地形测量仪器设备测出各个测点河床面高程，并记录每个测点的横、纵坐标和高程，测量数据输入计算机，经换算为原型对应的数据后，存储为后缀为“.xyz”格式文件，并命名为“初始地形数据”，初始地形数据如以下列表1.1；

1.1某水工模型动床模型区域初始地形数据

水工或河工动床模型冲淤试验完成后，再次利用地形测量仪器设备进行河床面高程测量，测量坐标原点应与初始地形测量时定义的原点保持一致，测点整体应与初始地形网各测点保持一致，对于局部变化较明显的区域，如冲坑、沙脊等区域测点可以加密；然后记录每个测点的横、纵坐标和高程，测量数据输入计算机，换算为原型对应的数据后，存储为后缀为“.xyz”格式文件，并命名为“冲淤地形数据”，如以下列表2.1；

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2.1某水工模型动床模型区域冲淤地形数据

然后根据步骤(1)定义的坐标原点，提取动床区域边界控制点坐标，换算为原型对应的数据，录入计算机，存储为后缀为“.xyz”格式文件，并命名为“动床边界数据”，如以下列表3.1。

3.1某水工模型动床模型区域边界数据

再利用丹麦DHI Mike软件，通过生成地形网格的办法，导入步骤(3)“动床边界数据”文件，如附图2，新建一个以动床区域边界为网格边界的网格文件，网格尺度应与步骤(1)、步骤(2)中地形测点间距相同；导入步骤(1)中的“初始地形数据”至mike网格文件，进行数据插分处理并形成mike地形文件，然后导出dfsu格式地形文件，并存储为“初始地形”，如附图3；利用步骤(2)中的“冲淤地形数据”，生成后缀为“.dfsu”格式的地形文件，并命名为“冲淤地形”，如附图4；至此，即完成了水工或河工动床模型初始地形和冲淤地形的数字化，并实现了物模初始地形和冲淤地形的可视化处理；分别提取步骤(6)中的“冲淤地形”和步骤(5)中的“初始地形”网格数据，用“冲淤地形”网格数据减去“初始地形”网格数据，得出每个网格的冲淤变化值，另存，命名为“冲淤变化”的dfsu格式文件，如附图5，此时即实现了河床平面冲淤变化可视化；分别记步骤(7)中每个网格的冲淤变化值为△Zi(i＝1……n，n为总网格个数)，通过丹麦DHI Mike软件统计对应每个网格面积为Si(i＝1……n，n为总网格个数)，则动床模型区域总冲淤变化量V＝∑Si·△Zi(i＝1……n，n为总网格个数)，即实现了水工及河工动床模型冲淤变化量的快捷统计；任意选取断面，提取断面两个端点坐标，最后利用丹麦DHI Mike软件，分别根据步骤(5)中“初始地形”和步骤(6)中的“冲淤地形”提取任意断面初始地形和冲淤地形数据，然后利用EXCEL等制表软件，即可绘制水工及河床动床模型任意断面地形剖面图。

以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (1)

1.一种水工及河工模型冲淤试验成果的可视化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、根据原型河床高程确定水工或河工动床模型铺沙高程，动床模型区域河床铺沙完成后，定义测量原点并按网格状布置地形测点，然后利用地形测量仪器设备测出各个测点河床面高程，并记录每个测点的横、纵坐标和高程，测量数据输入计算机，经换算为原型对应的数据后，存储为后缀为“.xyz”格式文件，并命名为“初始地形数据”；

(2)、水工或河工动床模型冲淤试验完成后，再次利用地形测量仪器设备进行河床面高程测量，测量坐标原点应与初始地形测量时定义的原点保持一致，测点整体应与初始地形网各测点保持一致，然后记录每个测点的横、纵坐标和高程，测量数据输入计算机，换算为原型对应的数据后，存储为后缀为“.xyz”格式文件，并命名为“冲淤地形数据”；

(3)、根据步骤(1)定义的坐标原点，提取动床区域边界控制点坐标，换算为原型对应的数据，录入计算机，存储为后缀为“.xyz”格式文件，并命名为“动床边界数据”；

(4)、利用丹麦DHI Mike软件，通过生成地形网格的办法，导入步骤(3)“动床边界数据”文件，新建一个以动床区域边界为网格边界的网格文件，网格尺度应与步骤(1)、步骤(2)中地形测点间距相同；

(5)、导入步骤(1)中的“初始地形数据”至mike网格文件，进行数据插分处理并形成mike地形文件，然后导出dfsu格式地形文件，并存储为“初始地形”；

(6)、利用步骤(2)中的“冲淤地形数据”，生成后缀为“.dfsu”格式的地形文件，并命名为“冲淤地形”；

(7)、分别提取步骤(6)中的“冲淤地形”和步骤(5)中的“初始地形”网格数据，用“冲淤地形”网格数据减去“初始地形”网格数据，得出每个网格的冲淤变化值，另存，命名为“冲淤变化”的dfsu格式文件；

(8)、分别记步骤(7)中每个网格的冲淤变化值为△Zi(i＝1……n，n为总网格个数)，通过丹麦DHI Mike软件统计对应每个网格面积为Si(i＝1……n，n为总网格个数)，则动床模型区域总冲淤变化量V＝∑Si·△Zi(i＝1……n，n为总网格个数)；

(9)、任意选取断面，提取断面两个端点坐标，利用丹麦DHI Mike软件，分别根据步骤(5)中“初始地形”和步骤(6)中的“冲淤地形”提取任意断面初始地形和冲淤地形数据，然后利用EXCEL制表软件绘制水工及河床动床模型任意断面地形剖面图。