CN112861204A - 山区路域涵洞设计流量的计算方法、装置、终端及介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供基于径流仿真的山区路域涵洞设计流量的计算方法、装置、终端及介质，基于芝加哥雨型法计算规定重现期下的设计降雨时程数据；计算应用于径流仿真的流域水文模型参数；基于DEM的涵洞汇水区划分及水文空间参数计算；基于设计降雨情景与流域水文模型，进行涵洞汇水区径流过程仿真；基于径流仿真计算山区路域涵洞设计流量。本发明提出了涵洞设计流量安全阈值的概念；实现涵洞汇水区范围及水文空间参数的准确划分、计算；可自动、准确地计算过涵流量峰值，减少了人的非理性因素；细化了降雨时程变化对仿真结果的影响；可全面考虑多种下垫面因素对“降雨－径流”过程的影响，且水文模型参数唯一，便于采集、标定。

Description

山区路域涵洞设计流量的计算方法、装置、终端及介质
技术领域
本发明涉及道路与铁路工程领域，特别是涉及基于径流仿真的山区路域涵洞设计流量的计算方法、装置、终端及介质。
背景技术
山区公路与铁道的路基水毁与水损坏问题日益凸现，涵洞作为路域横向排水的主要水力结构，其泄洪能力不足可致洪水淹没涵洞并冲刷路基边坡，引发次生灾害；而过度保守的设计又造成公路建设资金的浪费。过涵设计流量作为涵洞结构水力计算的决定性指标，其准确计算是实现涵洞安全耐久、经济合理的基础。
在我国现有涵洞排水设计规范中，对于路域水文分析以经验计算理论为主，无法表征下垫面及降雨的影响机理，下垫面的空间参数与降雨过程被高度概化，且计算过程中人的非理性因素干扰较大；基于二维图纸的公路汇水区域划分方法也较为随意，其水文空间参数计算误差较大，进而导致流域排水能力设计失真。
因此，本领域亟需一种更有效的山区路域涵洞设计流量的计算方法。
申请内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供，用于解决现有技术中的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明的第一方面提供一种基于径流仿真的山区路域涵洞设计流量的计算方法，包括：基于芝加哥雨型法计算规定重现期下的设计降雨时程数据；计算应用于径流仿真的流域水文模型参数；基于DEM的涵洞汇水区划分及水文空间参数计算；基于设计降雨情景与流域水文模型，进行涵洞汇水区径流过程仿真；基于径流仿真计算山区路域涵洞设计流量。
于本发明的第一方面的一些实施例中，所述基于芝加哥雨型法计算规定重现期下的设计降雨时程数据，包括：基于暴雨强度公式构建芝加哥雨型法，并通过引入雨峰位置系数来描述暴雨峰值发生的时刻；利用所述芝加哥雨型法将降雨历时时间序列分为峰前和峰后两部分，并分别计算雨峰前瞬时降雨强度和雨峰后降雨强度；基于计算所得的峰前瞬时强度、峰后瞬时强度、雨峰位置系数，计算芝加哥雨型各时段的累积降雨量及平均降雨量，进而得到各时段的平均降雨强度，并确定规定重现期下降雨历时的雨量历时数据。
于本发明的第一方面的一些实施例中，所述计算应用于径流仿真的流域水文模型参数，包括：采用SCS水文模型作为所述应用于径流仿真的流域水文模型，并确定土壤水文组与土地利用状况；在确定土壤水文组、地表植被类型、土地管理措施和水文状况后，查找对应土壤中等湿润状况；根据土壤含水量调节CN值；基于网络地图服务分别加载土壤分类及土地利用图层，进行面积加权计算以得到涵洞汇水区内总体CN值。
于本发明的第一方面的一些实施例中，所述基于DEM的涵洞汇水区划分及水文空间参数计算，包括：基于数字摄影测量和遥感方法，获取山区公路完整路域的高精度高程点数据，并据以建模形成栅格型DEM模型；将DEM数据加载至网络地图服务中，对现有DEM中存在的平坦和闭合区域进行填洼处理，并采用最大坡降单流向算法计算水流方向及汇流累积量，并与实际河沟地貌相匹配来动态调整集水阈值，以形成符合实际情景的水系网；在流经网络图层上叠加该公路路线走向，路线与水系相互切割处为涵洞重点布设位置，以此为出水口，利用反向搜索技术确定涵洞控制汇水区的边界；利用网络地图服务中的GIS模块自动计算并提取汇水区的水文空间参数。
于本发明的第一方面的一些实施例中，所述基于设计降雨情景与流域水文模型，进行涵洞汇水区径流过程仿真，包括：将基于DEM划分的涵洞所控汇水区的矢量文件及数据加载至WMS系统中嵌入的水文仿真模块；在水文仿真模块中，将规定降雨重现期及2h降雨历时所对应的设计降雨情景雨量时程数据，作为径流仿真的边界输入条件；在水文仿真模块中，采用SCS水文模型作为降水损耗模型；选用SCS单位线法作为直接径流模型；在设计降雨情景下，对涵洞控制汇水区的设计降雨-地表径流过程进行水文仿真，模拟步长设置为1min，绘制径流流量/降雨强度与时间之间的关系图，求取涵洞的径流强度峰值。
于本发明的第一方面的一些实施例中，所述基于径流仿真计算山区路域涵洞设计流量，包括：基于涵洞控制汇水区的过程仿真，过涵径流强度峰值作为设计流量安全阈值，以进行规定重现期对应的设计降雨情境下的临界安全排洪；根据水毁风险可能性与危害性综合确定设计安全系数，基于设计流量安全阈值与设计安全系数之间相乘结果，确定具有规定安全度的山区涵洞设计流量。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明的第二方面提供一种基于径流仿真的山区路域涵洞设计流量的计算装置，包括：设计降雨时程数据计算模块，用于基于芝加哥雨型法计算规定重现期下的设计降雨时程数据；流域水文模型参数计算模块，用于计算应用于径流仿真的流域水文模型参数；参数计算模块，用于基于DEM的涵洞汇水区划分及水文空间参数计；仿真模块，用于基于设计降雨情景与流域水文模型，进行涵洞汇水区径流过程仿真；流量设计模块，用于基于径流仿真计算山区路域涵洞设计流量。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明的第三方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述基于径流仿真的山区路域涵洞设计流量的计算方法。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明的第四方面提供一种电子终端，包括：处理器及存储器；所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行所述基于径流仿真的山区路域涵洞设计流量的计算方法。
如上所述，本发明的基于径流仿真的山区路域涵洞设计流量的计算方法、装置、终端及介质，具有以下有益效果：
(1)本发明提出了涵洞设计流量安全阈值的概念，其内涵为：在规定降雨重现期对应的降雨情境下的过涵流量峰值，为涵洞设计流量的安全临界值，结合涵洞设计安全系数，可实现具有定量安全度的山区涵洞设计流量计算。
(2)本发明将流域水文仿真技术引入涵洞设计流量分析中，基于DEM与GIS水文仿真平台，可实现涵洞汇水区范围及水文空间参数的准确划分、计算；对“设计降雨-地表径流”水文过程进行模拟仿真，可自动、准确地计算过涵流量峰值，减少了人的非理性因素。
(3)本发明应用芝加哥雨型法，计算设计降雨情景下的雨量时程数据。以芝加哥雨型法为核心方法，基于当地的暴雨强度公式与雨峰位置系数，合成规定降雨重现期下的雨量时程数据。符合当地实际，作为径流仿真的降雨边界输入，细化了降雨时程变化对仿真结果的影响。
(4)本发明提出了以SCS水文模型应用于涵洞控制汇水区的径流过程仿真，其特征在于：可全面考虑多种下垫面因素对“降雨－径流”过程的影响，且水文模型参数唯一，便于采集、标定。
附图说明
图1显示为本发明一实施例中的山区路域涵洞设计流量的计算方法流程示意图。
图2显示为本发明一实施例中的100年一遇重现期下的降雨时程数据的示意图。
图3显示为本发明一实施例中的山区路域2m分辨率数字高程模型DEM示意图。
图4显示为本发明一实施例中的2m分辨率DEM的涵洞汇水区划分示意图。
图5显示为本发明一实施例中涵洞A、B径流强度峰值仿真结果示意图。
图6显示为本发明一实施例中山区路域涵洞设计流量的计算装置的结构示意图。
图7显示为本发明一实施例中电子终端的结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，在下述描述中，参考附图，附图描述了本发明的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本发明的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本发明的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本发明。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“固持”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
考虑到现有涵洞排水设计规范无法表征下垫面及降雨的影响机理，下垫面的空间参数与降雨过程被高度概化，且计算过程中人的非理性因素干扰较大；基于二维图纸的公路汇水区域划分方法也较为随意，其水文空间参数计算误差较大，进而导致流域排水能力设计失真。因此，本发明提出了一种基于流径仿真的山区路域涵洞设计流量的计算方案，采用流域水文仿真技术，针对规定的降雨重现期，在涵洞控制汇水区内进行设计降雨情景下的径流过程模拟分析，提取径流峰值作为设计流量安全阈值，结合设计安全系数，实现涵洞设计流量指标值的精准计算，为涵洞水力结构计算、评估提供水文依据。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，通过下述实施例并结合附图，对本发明实施例中的技术方案的进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定发明。
实施例一：
如图1所示，展示了本发明一实施例中基于径流仿真的山区路域涵洞设计流量的计算方法的流程示意图。本实施例中山区路域涵洞设计流量的计算方法主要包括如下各个步骤。
步骤S1：基于芝加哥雨型法，计算规定重现期下的设计降雨时程数据。本步骤主要通过如下各个子步骤来实现。
步骤S11：基于暴雨强度公式构建芝加哥雨型法，并通过引入雨峰位置系数来描述暴雨峰值发生的时刻。
具体的，所述芝加哥雨型法是以暴雨强度公式为基础设计的典型降雨过程，通过引入雨峰位置系数r来描述暴雨峰值发生的时刻。通过当地数十年的雨量数据，统计不同历时雨峰位置系数r平均值的加权平均，r位于0～1之间；按规定涵洞防洪要求的降雨重现期，建立一定重现期下暴雨强度公式。为便于理解，图2展示了本发明一实施例中的100年一遇重现期下的降雨时程数据的示意图。暴雨强度公式如公式1所示：
Figure BDA0002780339510000051
步骤S12：利用所述芝加哥雨型法将降雨历时时间序列分为峰前和峰后两部分，并分别计算雨峰前瞬时降雨强度和雨峰后降雨强度。
具体的，雨峰前瞬时降雨强度的计算公式如公式2所示：
Figure BDA0002780339510000052
Figure BDA0002780339510000053
其中，I(tb)为峰前瞬时强度，tb为相应的历时，I(ta)为峰后瞬时强度，ta为相应历时。
步骤S13：基于计算所得的峰前瞬时强度、峰后瞬时强度、雨峰位置系数，计算芝加哥雨型各时段的累积降雨量及平均降雨量，进而得到各时段的平均降雨强度，并确定规定重现期下降雨历时的雨量历时数据。其中，降雨数据间隔以分钟为时间尺度，可作为径流仿真的降雨边界输入，细化了降雨时程变化对径流仿真结果的影响。
步骤S2：计算应用于径流仿真的流域水文模型参数。本实施例中应用于径流仿真的流域水文模型参数的计算主要包括如下各个步骤。
步骤S21：采用SCS水文模型作为所述应用于径流仿真的流域水文模型，并确定土壤水文组与土地利用状况。
应用于径流仿真的流域水文模型采用SCS水文模型，首先确定土壤水文组与土地利用状况。为了描述土壤的水文状况，SCS水文模型将土壤依照产流能力从低到高分为A、B、C、D四类，详细分类标准可表1；根据现场地质勘查资料，对应确定水文土壤类型。同时调查目标区域的植被类型、土地管理措施和水文状况(分为好、中、差三类)，具体分类见美国《国家工程手册》(第九章)。
表1水文土壤组
Figure BDA0002780339510000061
步骤S22：在确定土壤水文组、地表植被类型、土地管理措施和水文状况后，查找对应土壤中等湿润状况。
具体的，在确定了土壤水文组、地表植被类型、土地管理措施和水文状况几个要素之后，根据现有的CN检索表，查找该土壤－覆被组合对应的初始CN值(对应土壤中等湿润状况，又称CN2)。美国《国家工程手册》(第九章)中给出了不同土壤-覆被条件下详细的CN2值检索表，部分示例见表2。综合上述土壤、植被、水文等因素，初始CN值查表可知。
表2初始CN值
Figure BDA0002780339510000062
步骤S23：根据土壤含水量调节CN值。
具体的，根据土壤含水量调节CN值，为考虑土壤湿度对地表产流能力的影响，简化起见，通常将土壤前期湿润状况划分为干旱、中等湿润和湿润三种状态，依次对应三种CN：CN1、CN2和CN3。CN1和CN3一般以上述查表得到的CN2为基础，通过下列调节函数(公式4、5)计算得到CN1和CN3。
Figure BDA0002780339510000071
CN3＝CN2·exp[0.00673·(100-CN2)]；(公式5)
步骤S24：基于网络地图服务分别加载土壤分类及土地利用图层，进行面积加权计算以得到涵洞汇水区内总体CN值。
具体的，根据上述计算理论，当汇水区土壤－覆被组合复杂多样，基于WMS中的GIS模块，以此分别加载土壤分类及土地利用图层，可进行面积加权平均计算涵洞汇水区内总体CN值。在涵洞控制汇水区面积较小、下垫面变异性不大的情况下，可以看作同一土壤－覆被组合，确定单一组合下的汇水区总体CN值。
其中，WMS网络地图服务利用具有地理空间位置信息的数据制作地图，将地图定义为地理数据可视的表现，能够根据用户的请求返回相应的地图，包括PNG、GIF、JPEG等栅格形式或者SVG或WEB CGM等矢量形式。GIS模块是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层、空中和地下空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术模块。
步骤S3：基于DEM的涵洞汇水区划分及水文空间参数计算。本实施例中基于DEM的涵洞汇水区划分及水文空间参数计算主要包括如下各个步骤。为便于理解，图3展示了本发明一实施例中的山区路域2m分辨率数字高程模型DEM；图4展示了本发明一实施例中的2m分辨率DEM的涵洞汇水区划分。
步骤S31：基于数字摄影测量和遥感方法，获取山区公路完整路域的高精度高程点数据，并据以建模形成栅格型DEM模型。具体的，针对于路域较大范围的地表高程数据，采用数字摄影测量和遥感方法，快速获取山区公路完整路域的高精度高程点数据，建模形成格栅型DEM模型。
步骤S32：将DEM数据加载至网络地图服务中，对现有DEM中存在的平坦和闭合区域进行填洼处理，并采用最大坡降单流向算法计算水流方向及汇流累积量，并与实际河沟地貌相匹配来动态调整集水阈值，以形成符合实际情景的水系网。
具体的，可将DEM数据加载至WMS/ArcGIS中，对现有DEM中存在着的平坦和闭合区域进行填洼处理，采用最大坡降单流向算法——D8算法计算水流方向及汇流累积量。与实际河沟地貌相匹配，动态调整集水阈值，形成符合实际情景的水系网络。
步骤S33：在流经网络图层上叠加该公路路线走向，路线与水系相互切割处为涵洞重点布设位置，以此为出水口，利用反向搜索技术确定涵洞控制汇水区的边界。
步骤S34：利用网络地图服务中的GIS模块自动计算并提取汇水区的水文空间参数。也即，利用WMS/ArcGIS中GIS模块的地形数据分析功能，自动计算并提取汇水区的水文空间参数。
步骤S4：基于设计降雨情景与流域水文模型，进行涵洞汇水区径流过程仿真。本实施例中基于设计降雨情景与流域水文模型，进行涵洞汇水区径流过程仿真主要包括如下各个步骤。
步骤S41：将基于DEM划分的涵洞所控汇水区的矢量文件及数据加载至WMS系统中嵌入的水文仿真模块。举例来说，水文仿真模块可选用HEC-HMS，HEC-HMS是美国陆军工程兵团水文工程中心开发的流域性洪水模拟系统，是一个具有物理概念的半分布式次降雨径流的形成过程，将其划分为净雨过程、直接径流过程、基流和河道汇流4个计算部分，主要用于树状流域径流过程的模拟。
步骤S42：在水文仿真模块中，将规定降雨重现期及2h降雨历时所对应的设计降雨情景雨量时程数据，作为径流仿真的边界输入条件。
步骤S43：在水文仿真模块中，采用SCS水文模型作为降水损耗模型。优选的是，为安全考虑，以土壤湿润对应的径流曲线数CN值作为模型参数，表征下垫面因素对“降雨-径流”过程的影响。
步骤S44：选用SCS单位线法作为直接径流模型。其中，大量实验研究表明SCS单位线法适于较小流域(一般小于8km2)的径流模拟。
步骤S45：在设计降雨情景下，对涵洞控制汇水区的设计降雨-地表径流过程进行水文仿真，模拟步长设置为1min，绘制径流流量/降雨强度与时间之间的关系图，求取涵洞的径流强度峰值。为便于理解，图5展示了本发明一实施例中的涵洞A、B径流强度峰值仿真结果示意图。
步骤S5：基于径流仿真的山区路域涵洞设计流量计算。本实施例中基于径流仿真的山区路域涵洞设计流量计算，主要包括如下各步骤。
步骤S51：基于涵洞控制汇水区的“设计降雨-地表径流”过程仿真，以过涵径流强度峰值作为设计流量安全阈值，以实现规定重现期对应的设计降雨情境下的临界安全排洪。
步骤S52：根据水毁风险可能性与危害性综合确定设计安全系数，基于“设计流量安全阈值”与“设计安全系数”两者相乘，确定具有规定安全度的山区涵洞设计流量。
应理解的是，本实施例提供的基于径流仿真的山区路域涵洞设计流量的计算方法可应用于控制器，例如ARM(Advanced RISC Machines)控制器、FPGA(Field ProgrammableGate Array)控制器、SoC(System on Chip)控制器、DSP(Digital Signal Processing)控制器、或者MCU(Micorcontroller Unit)控制器等；也可应用于台式电脑、笔记本电脑、平板电脑、智能手机、智能电视、个人数字助理(Personal Digital Assistant，简称PDA)等个人电脑；还可应用于服务器，所述服务器可以根据功能、负载等多种因素布置在一个或多个实体服务器上，也可以由分布的或集中的服务器集群构成。
如图6所示，展示了本发明一实施例中基于径流仿真的山区路域涵洞设计流量的计算装置的结构示意图。本实施例的计算装置600包括：设计降雨时程数据计算模块601、流域水文模型参数计算模块602、参数计算模块603、仿真模块604、流量设计模块605。
设计降雨时程数据计算模块60用于基于芝加哥雨型法计算规定重现期下的设计降雨时程数据；流域水文模型参数计算模块602用于计算应用于径流仿真的流域水文模型参数；参数计算模块603用于基于DEM的涵洞汇水区划分及水文空间参数计算；仿真模块604用于基于设计降雨情景与流域水文模型，进行涵洞汇水区径流过程仿真；流量设计模块605用于基于径流仿真计算山区路域涵洞设计流量。
需说明的是，本实施例中基于径流仿真的山区路域涵洞设计流量的计算装置与上文实施例中的计算方法类似，故而不再赘述。
应理解以上装置的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现；还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。例如，流量设计模块可以为单独设立的处理元件，也可以集成在上述装置的某一个芯片中实现，此外，也可以以程序代码的形式存储于上述装置的存储器中，由上述装置的某一个处理元件调用并执行以上流量设计模块的功能。其它模块的实现与之类似。此外这些模块全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
例如，以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)，或，一个或多个微处理器(digital signal processor，简称DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。
实施例三：
如图7所示，展示了本发明一实施例中的电子终端的结构示意图。本发明实施例提供的再一种电子终端的结构示意图。本实例提供的电子终端，包括：处理器71、存储器72、通信器73；存储器72通过系统总线与处理器71和通信器73连接并完成相互间的通信，存储器72用于存储计算机程序，通信器73用于和其他设备进行通信，处理器71用于运行计算机程序，使电子终端执行如上基于径流仿真的山区路域涵洞设计流量的计算方法的各个步骤。
上述提到的系统总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，简称EISA)总线等。该系统总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。通信接口用于实现数据库访问装置与其他设备(例如客户端、读写库和只读库)之间的通信。存储器可能包含随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称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。
实施例四：
本实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述基于径流仿真的山区路域涵洞设计流量的计算方法。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
综上所述，本发明提供基于径流仿真的山区路域涵洞设计流量的计算方法、装置、终端及介质，本发明提出了涵洞设计流量安全阈值的概念，其内涵为：在规定降雨重现期对应的降雨情境下的过涵流量峰值，为涵洞设计流量的安全临界值，结合涵洞设计安全系数，可实现具有定量安全度的山区涵洞设计流量计算；将流域水文仿真技术引入涵洞设计流量分析中，基于DEM与GIS水文仿真平台，可实现涵洞汇水区范围及水文空间参数的准确划分、计算；对“设计降雨-地表径流”水文过程进行模拟仿真，可自动、准确地计算过涵流量峰值，减少了人的非理性因素；并应用芝加哥雨型法，计算设计降雨情景下的雨量时程数据。以芝加哥雨型法为核心方法，基于当地的暴雨强度公式与雨峰位置系数，合成规定降雨重现期下的雨量时程数据。符合当地实际，作为径流仿真的降雨边界输入，细化了降雨时程变化对仿真结果的影响；还提出了以SCS水文模型应用于涵洞控制汇水区的径流过程仿真，其特征在于：可全面考虑多种下垫面因素对“降雨－径流”过程的影响，且水文模型参数唯一，便于采集、标定。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种基于径流仿真的山区路域涵洞设计流量的计算方法，其特征在于，包括：
基于芝加哥雨型法计算规定重现期下的设计降雨时程数据；
计算应用于径流仿真的流域水文模型参数；
基于DEM的涵洞汇水区划分及水文空间参数计算；
基于设计降雨情景与流域水文模型，进行涵洞汇水区径流过程仿真；
基于径流仿真计算山区路域涵洞设计流量。
2.根据权利要求1所述的山区路域涵洞设计流量的计算方法，其特征在于，所述基于芝加哥雨型法计算规定重现期下的设计降雨时程数据，包括：
基于暴雨强度公式构建芝加哥雨型法，并通过引入雨峰位置系数来描述暴雨峰值发生的时刻；
利用所述芝加哥雨型法将降雨历时时间序列分为峰前和峰后两部分，并分别计算雨峰前瞬时降雨强度和雨峰后降雨强度；
基于计算所得的峰前瞬时强度、峰后瞬时强度、雨峰位置系数，计算芝加哥雨型各时段的累积降雨量及平均降雨量，进而得到各时段的平均降雨强度，并确定规定重现期下降雨历时的雨量历时数据。
3.根据权利要求1所述的山区路域涵洞设计流量的计算方法，其特征在于，所述计算应用于径流仿真的流域水文模型参数，包括：
采用SCS水文模型作为所述应用于径流仿真的流域水文模型，并确定土壤水文组与土地利用状况；
在确定土壤水文组、地表植被类型、土地管理措施和水文状况后，查找对应土壤中等湿润状况；
根据土壤含水量调节CN值；
基于网络地图服务分别加载土壤分类及土地利用图层，进行面积加权计算以得到涵洞汇水区内总体CN值。
4.根据权利要求1所述的山区路域涵洞设计流量的计算方法，其特征在于，所述基于DEM的涵洞汇水区划分及水文空间参数计算，包括：
基于数字摄影测量和遥感方法，获取山区公路完整路域的高精度高程点数据，并据以建模形成栅格型DEM模型；
将DEM数据加载至网络地图服务中，对现有DEM中存在的平坦和闭合区域进行填洼处理，并采用最大坡降单流向算法计算水流方向及汇流累积量，并与实际河沟地貌相匹配来动态调整集水阈值，以形成符合实际情景的水系网；
在流经网络图层上叠加该公路路线走向，路线与水系相互切割处为涵洞重点布设位置，以此为出水口，利用反向搜索技术确定涵洞控制汇水区的边界；
利用网络地图服务中的GIS模块自动计算并提取汇水区的水文空间参数。
5.根据权利要求1所述的山区路域涵洞设计流量的计算方法，其特征在于，所述基于设计降雨情景与流域水文模型，进行涵洞汇水区径流过程仿真，包括：
将基于DEM划分的涵洞所控汇水区的矢量文件及数据加载至WMS系统中嵌入的水文仿真模块；
在水文仿真模块中，将规定降雨重现期及2h降雨历时所对应的设计降雨情景雨量时程数据，作为径流仿真的边界输入条件；
在水文仿真模块中，采用SCS水文模型作为降水损耗模型；
选用SCS单位线法作为直接径流模型；
在设计降雨情景下，对涵洞控制汇水区的设计降雨-地表径流过程进行水文仿真，模拟步长设置为1min，绘制径流流量/降雨强度与时间之间的关系图，求取涵洞的径流强度峰值。
6.根据权利要求1所述的山区路域涵洞设计流量的计算方法，其特征在于，所述基于径流仿真计算山区路域涵洞设计流量，包括：
基于涵洞控制汇水区的过程仿真，过涵径流强度峰值作为设计流量安全阈值，以进行规定重现期对应的设计降雨情境下的临界安全排洪；
根据水毁风险可能性与危害性综合确定设计安全系数，基于设计流量安全阈值与设计安全系数之间相乘结果，确定具有规定安全度的山区涵洞设计流量。
7.一种基于径流仿真的山区路域涵洞设计流量的计算装置，其特征在于，包括：
设计降雨时程数据计算模块，用于基于芝加哥雨型法计算规定重现期下的设计降雨时程数据；
流域水文模型参数计算模块，用于计算应用于径流仿真的流域水文模型参数；
参数计算模块，用于基于DEM的涵洞汇水区划分及水文空间参数计算；
仿真模块，用于基于设计降雨情景与流域水文模型，进行涵洞汇水区径流过程仿真；
流量设计模块，用于基于径流仿真计算山区路域涵洞设计流量。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述基于径流仿真的山区路域涵洞设计流量的计算方法。
9.一种电子终端，其特征在于，包括：处理器及存储器；
所述存储器用于存储计算机程序；
所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行如权利要求1至6中任一项所述基于径流仿真的山区路域涵洞设计流量的计算方法。
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