CN113392447A - 基于调洪演算的溶洞过流能力计算方法、装置和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水文地质技术领域，具体涉及一种基于调洪演算的溶洞过流能力计算方法、装置和存储介质。对溶洞进口进行历史洪水调查，基于调查确定所述历史洪水的重现期N、洪痕高程H1和淹没时长T；计算溶洞库容曲线；依据溶洞库容曲线初步拟定溶洞泄流曲线；基于调洪演算进行试算，不断调整溶洞泄流曲线，直至调洪演算得到的水位高程与历史洪水的洪痕高程H1一致，且淹没时间为T小时为止；将此时溶洞泄流曲线的泄流能力作为溶洞过流能力输出。该方法可使新建在下游河段水库的设计洪水满足需求。在避免引起水库溃坝风险的同时，防止水库规模偏大，投资过大。
Description
技术领域
本发明涉及水文地质技术领域，具体涉及一种基于调洪演算的溶洞过 流能力计算方法、装置和存储介质。
背景技术
西南地区岩溶发育，溶洞及泉眼分布较多，较多河流来水量由自身地 表集雨面积径流加上泉眼来水量组成。泉眼来水量多由外流域地表径流经 溶洞氽入地下暗河后经泉眼流出。泉眼流量一般较为稳定且水质较优，是 一种宝贵的水资源。为充分利用本流域及外流域水资源，满足当地居民生 活生产及农业灌溉的用水需求，可在下游新建调蓄水库。
泉眼水来水量可通过在溶洞出口下游新建拦河堰等方式建立长期流量 观测资料，然而由于溶洞具有一定的滞洪作用，暴雨条件下其洪峰流量较 难通过观测求得，使得水库坝址无法通过常规的暴雨洪水或水文比拟法合 理确定设计洪水，导致坝址设计洪水偏小(不考虑外流域控制集雨面积的 洪水)或偏大(单纯叠加外流域控制集雨面积的洪水)。前者可能引起水库 溃坝风险；后者可能导致水库规模偏大，增加投资。
因此，为满足下游水库防洪设计要求，合理确定水库规模，设计一种 能准确估算溶洞过流能力的方法是有必要的。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种基于调洪演算的溶 洞过流能力计算方法、装置和存储介质，能够较为准确估算溶洞过流能力， 使水库设计洪水满足设计要求。
本发明一种基于调洪演算的溶洞过流能力计算方法，其技术方案为： 包括
对溶洞河段进行历史洪水调查，基于所述调查确定所述历史洪水的重 现期N、洪痕高程H1和淹没时长T；
计算溶洞库容曲线；
依据所述溶洞库容曲线初步拟定溶洞泄流曲线；
基于调洪演算进行试算，不断调整溶洞泄流曲线，直至调洪演算得到 的水位高程与历史洪水的洪痕高程H1一致，且淹没时间为T小时为止；
将此时溶洞泄流曲线的泄流能力作为溶洞过流能力输出。
较为优选的，所述计算溶洞库容曲线包括
对溶洞周边地形进行实测，得到该地形等高线的地形图；
基于所述地形图，得到溶洞库容数学模型；
对所述溶洞库容数学模型进行求解，得到第i～i+1根等高线之间的库容 V；
基于所述V计算出各等高线的库容，得到溶洞库容曲线。
采用实测所得到的溶洞周边地形图，能较好的通过等高线反映溶洞形 状特征，更为真实。
较为优选的，所述溶洞库容数学模型基于等高线容积计算得到，所述 述溶洞库容数学模型为
其中，Ai为第i根等高线的面积，Ai+1为第i+1根等高线的面积，Δhi为第i～i+1根等高线之间的高程差。
较为优选的，第i根等高线的库容＝第i-1根等高线的库容+第i-1～i根 等高线之间的库容。
采用等高线容积法，计算精度较高，该计算模型建立在把溶洞体按不 同高程面微分成n层梯形体，整体库容由n层梯形体体积累计求得。
较为优选的，初步拟定的所述溶洞泄流曲线为Q＝K×(H-H0)2，其中， Q为某个水位下对应的泄流量，H为某个水位高程，H0为溶洞底高程，K 为待调试系数。
泄流能力Q可参考隧洞过流能力计算，主要受进口断面地板高程起算 的总水头即(H-H0)的影响。溶洞过流的暗河系统较为复杂，无明显规则， 本公式用K值作为调试系数，来替代影响Q的其他因素，能够获得较好的 调试效果。
较为优选的，基于调洪演算进行试算，不断调整溶洞泄流曲线包括
输入初步拟定的溶洞泄流曲线、重现期为N的洪水的设计洪水过程线 和溶洞库容曲线，基于调洪公式进行试算，不断调整K值。
通过不停的调洪演算试试，以一场历史洪水的痕迹作为验证，并已另 外几场历史洪水的调洪成果进行复核来确定K值，进而确定溶洞泄流曲线。
较为优选的，所述调洪公式为
其中，Q1、Q2分别为时段初、末的入溶洞洪水流量，
为计算时段的平均入 库流量，q1、q2分别为计算时段初、末的出流量，q为计算时段中的平均下泄流 量，V1、V2分别为计算时段初、末的溶洞蓄水量，ΔV为V2、V1之差，Δt为计 算时段。
将溶洞作为一个有库容的小水库，洪水经溶洞后于泉水出口排出。有 入流量和出流量，出流量大小受溶洞泄流能力决定。入流量大于同时段的 出流量时，剩余水量蓄滞在溶洞库内，引起溶洞库容增加，水位抬升。该 调洪公式中合理的考虑了入流量和出流量的影响，准确性高。
较为优选的，所述重现期为N的洪水的设计洪水过程线通过以下方式 获取：
根据当地《中小流域暴雨洪水计算手册》，采用暴雨资料推算本流域及外流 域岩溶区地表各频率设计洪水流量，并进行成果对比分析及合理性分析，选定合 理的洪水流量成果；
根据推荐雨型推求设计暴雨过程，逐时扣除初损和稳定入渗量得到设计净雨 过程和净雨历时，按照《中小流域暴雨洪水计算手册》中的汇流参数计算时段单 位线，将各时段单位线按线性叠加得到设计地面径流过程线；
在求得的设计地面径流过程线上，加上由稳定入渗量形成的地下径流过程和 深层地下水补给的基流量，得到重现期为N的洪水的设计洪水过程线。
中小流域无水文站，无法通过水文比拟法计算设计洪水，根据当地《中 小流域暴雨洪水计算手册》采用气象站实测暴雨资料或暴雨等值线能推求出设 计洪水。
本发明还提供了一种基于调洪演算的溶洞过流能力计算装置/终端设 备，其技术方案为：包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述 处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以上方法的 步骤。
本发明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执行时实现以上方法的步骤。
本发明的有益效果为：采用实测地形图计算求得的溶洞库容曲线并初 步拟定溶洞泄流曲线，进行调洪演算试算，并不断调整溶洞泄流曲线，直 到调洪演算得到最高洪水位与调查的历史洪痕基本一致，且淹没时间与调 查的淹没时常相当，以此时的泄流曲线作为溶洞的过流能力。能够准确分 析出溶洞过流能力的强弱。从而在溶洞滞洪能力较弱，在下游坝址处计算 设计洪水时，可直接叠加外流域控制集雨面积同频率的设计洪水；在溶洞滞洪能力较强，在下游坝址处计算设计洪水时，可叠加外流域控制集雨面 积同频率的设计洪水经溶洞调洪演算后所对应的溶洞出流量。使坝址处的 设计洪水满足需求。在避免引起水库溃坝风险的同时，防止水库规模偏大， 投资过大。
附图说明
图1为本发明基于调洪演算的溶洞过流能力计算方法流程示意图；
图2为本发明适用溶洞示意图；
图3为本发明基于调洪演算的溶洞过流能力计算终端设备示意图。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以 下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的 具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以 直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于” 另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、 “左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示 的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请 和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定 的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示 相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第 二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中， “多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在实施本方案流程前，还包括
(1)外流域岩溶区边界确定
1)地表水文地质调查
调查流域的岩溶地质条件：调查地层、地质构造的分布、类型、特点及对岩 溶含水介质的控制和影响，重点查明碳酸盐岩的分布和特点、岩溶含水层类型及 其水平和垂直分布特征、控制地下河、岩溶泉及蓄水构造形成的地貌地质条件。
调查区域岩溶发育规律：调查各种岩溶形态的特点及空间分布，表层岩溶带、 地下岩溶管道、裂隙和洞穴的类型、结构、形态特征及分布规律，地下河系发育 特征，以及岩溶发育的主控特征。
调查岩溶流域的边界、结构，进行岩溶地下水系统划分。
调查结果：
①外流域岩溶区形成峰丛洼地、岩溶盆地等典型溶蚀地貌；溶洞、地下河等 多种岩溶形态较发育，该区域整体属强岩溶发育区。
②外流域岩溶区干谷、溶蚀盆地多顺岩层走向展布；溶洞亦多顺岩层走向呈 串珠状展布。受层间相对隔水岩层及断裂影响，区内岩溶以顺层向发育为主，局 部形成小范围切层，切层区多见地表明流。
③外流域岩溶区地表水汇入水库坝址所在的本流域。
2)地下水连通试验
通过连通试验验证外流域岩溶区地表水补排关系。
连通示踪试验原理：示踪试验的基本原理是水动力弥散，水动力弥散是质点 的运移。设地下水是稳定的一维流，由于示踪剂弥散的结果，它逐渐分散并占据 着一定的范围，在地下水中分布，理论上应为一顺水流方向拉长的椭圆形。在示 踪剂弥散范围的中心，浓度最高，前后逐渐降低。
示踪剂的选择：示踪剂的选择原则：①极易溶于水，在地下水中背景值含量 极低；②无毒、无臭、无味，不破坏地下水生态系统；③不易被土壤和围岩吸附， 不易沉淀，化学性质稳定，不与其它环境物质发生物理和化学反应，不易被生物 降解，不挥发；④不易被地下水中其它物质干扰，易被检测识别，且成本相对较 低。
可选择荧光素钠作为示踪剂。
投放点的选取：按外流域岩溶区地形特征，选择相应的投放点，投放点应投 放至明流中，距离溶洞不宜太近。
连通试验表明：外流域岩溶区地表明流经溶洞汇入暗河后，于岩溶系统出口 排泄，后汇入水库内。
3)测流
可在泉水出口下游设置薄壁堰测流。
流量观测结果表明：岩溶水受岩溶水下渗、岩溶湖、局部岩溶管道狭窄等因 素影响，流量更为均一；枯季流量为170～200L/s。可根据相应流域岩溶分区表 中划分，查得示例流域属亚热带温润气候型中山峰丛高位岩溶谷盆亚区(据地质 矿产部岩溶地质研究所)，地下水最枯径流模量经验值为6～10升/秒·km2(地 表集雨面积约为21.7km2),对应枯季流量为130～217L/s，与地表测流数据基本 吻合。
综上所述，可确定外流域岩溶区的来水边界与地表分水岭一致，其集雨面积 可近似等于地表集雨面积；另外，外流域岩溶区地表明流经溶洞汇入暗河后，仅 于泉水出口排泄，后形成明流汇入水库内。
图1示出了本申请较佳实施例(图1示出了本申请第一实施例)提供的基于 调洪演算的溶洞过流能力计算方法流程示意图，为了便于说明，仅示出了与本实 施例相关的部分，详述如下：
S101，对溶洞河段进行历史洪水调查，基于所述调查确定所述历史洪水 的重现期N、洪痕高程H1和淹没时长T；
通过走访当地居民对溶洞进行历史洪水调查。
示例1“张三，男，年龄68岁，描述溶洞涨洪水的时候非常大。82年那场 洪水是他见过最大的，水位最高时，溶洞边的土坎子都被淹没(即H1＝1380.4m)， 淹的时间大概2、3个小时的样子，基本上河里面水开始减小后了，洞子周围水 就退下去了，遭淹了的粮食后面还有收成。平常溶洞基本不得被淹，水直接流进 去。16年的洪水也很大，但是没得82年大”；
示例2“李某某，女，年龄38岁，不记得哪年的水最大了，记得16年涨了 大水，水大的时候，溶洞那个洞子边上的土还是要遭淹，但是淹不到土坎上面， 大概还离土坎有半米的高度(高程1379.9m)，淹没大概2小时(即T为2小时) 以后水就落下去了。平常涨小洪水的时候水都淹不上来，基本就淹没洞底五六米 的样子(高程1375m～1376m)”。
后经走访坝址周边多位居民证实，1982年洪水为近60年来首大洪水。结合 受访者年龄认为1982年洪水为区域首大洪水，其重现期约为60年一遇，即N＝60； 2016年洪水为区域次大洪水，其重现期约为30年一遇。
该历史洪水调查结果为：
重现期为60年一遇，洪痕高程为1380.4m，淹没时长2-3h。
此外，还出现过重现期为30年一遇，洪痕高程为1379.9m，淹没时长2h； 重现期为2年一遇(常年洪水)，洪痕高程为1375m～1376m。具体依据实际调 查结果为准。
S102，计算溶洞库容曲线；
对溶洞周边地形进行实测，得到其等高线的地形图。采用等高线容积法，计 算精度较高，把洞体按不同高程面微分成n层梯形体，整体库容由n层梯形体体 积积分求得。考虑梯形体的不规则性，其等高线容积法计算溶洞库容数学模型为：
其中，V——第i～i+1根等高线之间的库容，m3，Ai——第i根等高线的面 积，m2，Δhi——第i～i+1根等高线之间的高程差，m。
基于所述V计算出各等高线的库容，得到溶洞库容曲线，第i根等高线的库 容＝第i-1根等高线的库容+第i-1～i根等高线之间的库容。
具体的，第0根等高线的库容为0万m3，高程为溶洞底高程；第1根等高 线的库容为0万m3+0、1两根等高线之间的库容，第2根等高线的库容为第1根 等高线的库容+1、2两根等高线之间的库容，以此类推，可以得到每条等高线的 库容，从而得到溶洞库容曲线。
溶洞进口库容曲线示例如下，例中1370m为溶洞底高程。
| 高程(m) | 1370 | 1375 | 1377 | 1380 | 1382 | 1385 |
| 库容(万m<sup>3</sup>) | 0.00 | 0.02 | 0.13 | 0.69 | 3.81 | 25.65 |
S103，依据所述溶洞库容曲线初步拟定溶洞泄流曲线；
溶洞进口库容曲线，外流域岩溶区地表60年一遇设计洪水过程线(入 流量过程)，以及初步拟定的溶洞的泄流曲线。
溶洞泄流曲线初拟：
Q＝K×(H-H0)2
式中：Q——某个水位下对应的泄流量，m3；H——某个水位高程，m；H0——溶洞底高程，m；K为可变常量。
例：溶洞泄流能力(K＝1.5，此为最终拟合确定的K值)
| 水位(m) | 1370 | 1372 | 1374 | 1376 | 1378 | 1380 | 1382 | 1384 |
| 泄流量(m<sup>3</sup>/s) | 0 | 6 | 24 | 54 | 96 | 150 | 216 | 294 |
S104，基于调洪演算进行试算，不断调整溶洞泄流曲线，直至调洪演 算得到的水位高程与历史洪水的洪痕高程H1一致，且淹没时间为T小时为 止；
基于调洪演算进行试算，不断调整溶洞泄流曲线包括：
输入初步拟定的溶洞泄流曲线、重现期为N的洪水的设计洪水过程线 和溶洞库容曲线，基于调洪公式进行试算，不断调整K值。
调洪公式为
其中，Q1、Q2分别为时段初、末的入溶洞洪水流量，
为计算时段的平均入 库流量，q1、q2分别为计算时段初、末的出流量，q为计算时段中的平均下泄流 量，V1、V2分别为计算时段初、末的溶洞蓄水量，ΔV为V2、V1之差，Δt为计 算时段。
重现期为N的洪水的设计洪水过程线通过以下方式获取：
依据当地《中小流域暴雨洪水计算手册》，采用暴雨资料推算本流域及 外流域岩溶区地表各频率设计洪水流量，其常规计算方法为推理公式法和 瞬时单位线法，并进行成果对比分析及合理性分析，选定合理的洪水流量 成果，洪水过程线。例如下：
本流域和外流域各频率洪水流量成果
根据推荐雨型推求设计暴雨过程，逐时扣除初损和稳定入渗量得到设 计净雨过程和净雨历时，按照《手册》中的汇流参数计算时段单位线，将 各时段单位线按线性叠加即得设计地面径流过程。在求得的设计地面径流 过程线上，加上由稳定入渗量形成的地下径流过程和深层地下水补给的基 流量，由此得到设计洪水过程线成果。例如下：
外流域岩溶区地表60年一遇(P＝1.667％)设计洪水过程线
外流域岩溶区地表30年一遇(P＝3.33％)设计洪水过程线
外流域岩溶区地表2年一遇(P＝50％)设计(常年)洪水过程线
调节K值，直至调洪演算得到的水位高程与历史洪水的洪痕高程H1一 致，且淹没时间为T小时为止。
例：溶洞泄流能力(K＝1.5，此为最终拟合确定的K值)
| 水位(m) | 1370 | 1372 | 1374 | 1376 | 1378 | 1380 | 1382 | 1384 |
| 泄流量(m<sup>3</sup>/s) | 0 | 6 | 24 | 54 | 96 | 150 | 216 | 294 |
例：60年一遇洪水溶洞调洪演算成果表
| 时段(t) | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | … |
| 入流量(m<sup>3</sup>/s) | 0 | 11 | 52.4 | 117 | 121 | 93.4 | 113 | 147 | 166 | 115 | 85.1 | … |
| 出流量(m<sup>3</sup>/s) | 0 | 10.9 | 52.3 | 115 | 123 | 92.5 | 113 | 146 | 164 | 119 | 84.1 | … |
| 溶洞水位(m) | 1370 | 1372.7 | 1375.9 | 1378.76 | 1379.05 | 1377.85 | 1378.68 | 1379.85 | 1380.44 | 1380.22 | 1377.49 | … |
| 溶洞库容(万m<sup>3</sup>) | 0 | 0.018 | 0.054 | 0.432 | 0.432 | 0.234 | 0.396 | 0.576 | 1.116 | 0.738 | 0.18 | … |
由调洪演算成果可知，60年一遇洪水溶洞最高壅水位1380.44m，与调查到 的1982年历史洪痕(1380.4m)一致，水位较高(水位1380m以上)时间约为2h， 与土坎被淹时间基本一致，与历史洪水调查相符。
S105，将此时溶洞泄流曲线的泄流能力作为溶洞过流能力输出。
可输入溶洞进口库容曲线，外流域岩溶区地表30年一遇设计洪水过程线， 以及上述拟合好的溶洞泄流曲线进行调洪演算；可再次输入溶洞进口库容曲线， 外流域岩溶区地表2年一遇设计洪水过程线，以及上述拟合好的溶洞泄流曲线进 行调洪演算。通过另外两次调洪演算，对溶洞泄流曲线进行复核。
例：30年一遇洪水溶洞调洪演算成果表
| 时段(t) | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | … |
| 入流量(m<sup>3</sup>/s) | 0 | 39.7 | 100 | 107 | 84.1 | 99.6 | 130 | 147 | 103 | 76.1 | 36 | … |
| 出流量(m<sup>3</sup>/s) | 0 | 39.6 | 98.6 | 108 | 84.1 | 99 | 129 | 147 | 105 | 75.5 | 36.7 | … |
| 溶洞库水位(m) | 1370.00 | 1375.14 | 1378.11 | 1378.49 | 1377.49 | 1378.13 | 1379.29 | 1379.92 | 1378.38 | 1377.10 | 1377.68 | … |
| 溶洞库容(万m<sup>3</sup>) | 0 | 0.018 | 0.288 | 0.36 | 0.18 | 0.288 | 0.576 | 0.756 | 0.396 | 0.144 | 0.126 | … |
例：2年一遇(常年)洪水溶洞调洪演算成果表
| 时段(t) | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | … |
| 入流量(m<sup>3</sup>/s) | 0 | 0.511 | 6.21 | 13 | 20.4 | 29.6 | 39.1 | 42.4 | 40.5 | 34.6 | 27 | … |
| 出流量(m<sup>3</sup>/s) | 0 | 0.433 | 6.25 | 13 | 20.4 | 29.6 | 39 | 42.5 | 40.4 | 34.7 | 26.9 | … |
| 溶洞库水位(m) | 1370.00 | 1370.54 | 1372.04 | 1372.94 | 1373.69 | 1374.44 | 1375.10 | 1375.32 | 1375.19 | 1376.00 | 1374.24 | … |
| 溶洞库容(万m<sup>3</sup>) | 0 | 0.014 | 0.021 | 0.014 | 0.014 | 0.014 | 0.032 | 0.032 | 0.032 | 0.025 | 0.018 | … |
由调洪演算成果可知，30年一遇洪水溶洞最高壅水位1379.92m，与调查到 的2016年历史洪痕(1379.9m)一致，水位较高(水位1379m以上)时间约为2h， 与历史洪水调查相符。2年一遇(常年)洪水溶洞最高壅水位1375.32m，位于调 查到的常年历史洪痕(1375m～1376)区间之内，与历史洪水调查相符。
因此，经调洪演算试算及多个历史洪水调查验证，拟合的溶洞泄流曲线可作 为溶洞泄流能力。
基于本方案计算得到的溶洞过流能力，进行洪水设计的应用如下，如 下游水库校核洪水为1000一遇，根据拟合出的泄流曲线，采用外流域岩溶区 P＝0.1％洪水对溶洞进行调洪演算，根据调洪演算成果可以看出，P＝0.1％洪水溶洞 最高壅水水位1382.68m，最大库容6.95万m3，最大滞洪流量247m3/s-241m3/s ＝8m3/s。根据1000一遇洪水调洪成果，溶洞削峰能力仅8m3/s，滞洪率低于5％ (8/247)，认为溶洞具有很好的消落能力，对洪水蓄滞能力较弱。下游水库1000 一遇洪水洪峰流量＝本流域设计洪水234m3/s+外流域设计洪水247m3/s＝481m3/s。
例：1000年一遇洪水溶洞调洪演算成果表
设计洪水叠加：
1)某频率下的溶洞出流量与入流量的比值即为滞洪率，若低于5％， 可认为溶洞滞洪能力弱：坝址处设计洪水＝本流域设计洪水+外流域控制集 雨面积同频率的设计洪水。
2)若滞洪率大于于5％，可认为溶洞具有一定的滞洪能力强：坝址处 设计洪水＝本流域设计洪水+外流域控制集雨面积同频率的设计洪水经溶洞 调洪演算后所对应的溶洞出流量。
本方法适用对象如图2所示，其需要满足：
(1)外流域岩溶区地形较为封闭。
(2)溶洞与泉水出口之间通过连通试验证明岩溶地区地表径流通过溶 洞仅从唯一泉水出口流出。
(3)溶洞处历史洪水调查相对准确。
应理解，上述实施例中各步骤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，而不应对本申请实施例的实施过程 构成任何限定。
图3是本申请一实施例提供的基于调洪演算的溶洞过流能力计算装置/ 终端设备的示意图。如图3所示，该实施例的基于调洪演算的溶洞过流能 力计算装置/终端设备6包括：处理器60、存储器61以及存储在所述存储 器61中并可在所述处理器60上运行的计算机程序62，例如基于调洪演算 的溶洞过流能力计算程序。所述处理器60执行所述计算机程序62时实现 上述各个基于调洪演算的溶洞过流能力计算方法实施例中的步骤，例如图1 所示的步骤101至104。或者，所述处理器60执行所述计算机程序62时实 现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图3所示模块51至54的 功能。
示例性的，所述计算机程序62可以被分割成一个或多个模块/单元，所 述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器61中，并由所述处理器60 执行，以完成本申请。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能 的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序62在所述 基于调洪演算的溶洞过流能力计算装置/终端设备6中的执行过程。例如， 所述计算机程序62可以被分割成同步模块、汇总模块、获取模块、返回模块(虚拟装置中的模块)，各模块具体功能如下：
所述基于调洪演算的溶洞过流能力计算装置/终端设备6可以是桌上型 计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述基于调洪演算 的溶洞过流能力计算装置/终端设备可包括，但不仅限于，处理器60、存储 器61。本领域技术人员可以理解，图3仅仅是基于调洪演算的溶洞过流能 力计算装置/终端设备6的示例，并不构成对基于调洪演算的溶洞过流能力 计算装置/终端设备6的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组 合某些部件，或者不同的部件，例如所述基于调洪演算的溶洞过流能力计 算装置/终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器60可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还 可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、 专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程 门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器 件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。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。
所述存储器61可以是所述基于调洪演算的溶洞过流能力计算装置/终 端设备6的内部存储单元，例如基于调洪演算的溶洞过流能力计算装置/终 端设备6的硬盘或内存。所述存储器61也可以是所述基于调洪演算的溶洞 过流能力计算装置/终端设备6的外部存储设备，例如所述基于调洪演算的 溶洞过流能力计算装置/终端设备6上配备的插接式硬盘，智能存储卡 (Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(FlashCard)等。进一步地，所述存储器61还可以既包括所述基于调洪演算的溶 洞过流能力计算装置/终端设备6的内部存储单元也包括外部存储设备。所 述存储器61用于存储所述计算机程序以及所述基于调洪演算的溶洞过流能 力计算装置/终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器61还可以用于 暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅 以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需 要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部 结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。 实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个 单元单独物理存在，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，也可以采用软件功能单元的形式 实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并 不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程， 可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没 有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的 各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件 的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方 案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使 用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范 围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和 方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施 例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，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讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的， 作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地 方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的 部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请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存在，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，也可以采用软 件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产 品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的 理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算 机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可 读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实 施例的步骤。。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程 序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。 所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体 或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读 存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是， 所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的 要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计 算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管 参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当 理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其 中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方 案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请 的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于调洪演算的溶洞过流能力计算方法，其特征在于：包括
对溶洞进口进行历史洪水调查，基于所述调查确定所述历史洪水的重现期N、洪痕高程H1和淹没时长T；
计算溶洞库容曲线；
依据所述溶洞库容曲线初步拟定溶洞泄流曲线；
基于调洪演算进行试算，不断调整溶洞泄流曲线，直至调洪演算得到的水位高程与历史洪水的洪痕高程H1一致，且淹没时间为T小时为止；
将此时溶洞泄流曲线的泄流能力作为溶洞过流能力输出。
2.根据权利要求1所述的基于调洪演算的溶洞过流能力计算方法，其特征在于：所述计算溶洞库容曲线包括
对溶洞周边地形进行实测，得到该地形等高线的地形图；
基于所述地形图，得到溶洞库容数学模型；
对所述溶洞库容数学模型进行求解，得到第i～i+1根等高线之间的库容V；
基于所述V计算出各等高线的库容，得到溶洞库容曲线。
3.根据权利要求2所述的基于调洪演算的溶洞过流能力计算方法，其特征在于：所述溶洞库容数学模型基于等高线容积计算得到，所述述溶洞库容数学模型为
其中，Ai为第i根等高线的面积，Ai+1为第i+1根等高线的面积，Δhi为第i～i+1根等高线之间的高程差。
4.根据权利要求2所述的基于调洪演算的溶洞过流能力计算方法，其特征在于：第i根等高线的库容＝第i-1根等高线的库容+第i-1～i根等高线之间的库容。
5.根据权利要求1所述的基于调洪演算的溶洞过流能力计算方法，其特征在于：初步拟定的所述溶洞泄流曲线为Q＝K×(H-H0)2，其中，Q为某个水位下对应的泄流量，H为某个水位高程，H0为溶洞底高程，K为待调试系数。
6.根据权利要求5所述的基于调洪演算的溶洞过流能力计算方法，其特征在于：基于调洪演算进行试算，不断调整溶洞泄流曲线包括
输入初步拟定的溶洞泄流曲线、重现期为N的洪水的设计洪水过程线和溶洞库容曲线，基于调洪公式进行试算，不断调整K值。
7.根据权利要求6所述的基于调洪演算的溶洞过流能力计算方法，其特征在于：所述调洪公式为
其中，Q1、Q2分别为时段初、末的入溶洞洪水流量，
为计算时段的平均入库流量，q1、q2分别为计算时段初、末的出流量，q为计算时段中的平均下泄流量，V1、V2分别为计算时段初、末的溶洞蓄水量，ΔV为V2、V1之差，Δt为计算时段。
8.根据权利要求6所述的基于调洪演算的溶洞过流能力计算方法，其特征在于，所述重现期为N的洪水的设计洪水过程线通过以下方式获取：
根据当地《中小流域暴雨洪水计算手册》，采用暴雨资料推算本流域及外流域岩溶区地表各频率设计洪水流量，并进行成果对比分析及合理性分析，选定合理的洪水流量成果；
根据推荐雨型推求设计暴雨过程，逐时扣除初损和稳定入渗量得到设计净雨过程和净雨历时，按照《中小流域暴雨洪水计算手册》中的汇流参数计算时段单位线，将各时段单位线按线性叠加得到设计地面径流过程线；
在求得的设计地面径流过程线上，加上由稳定入渗量形成的地下径流过程和深层地下水补给的基流量，得到重现期为N的洪水的设计洪水过程线。
9.一种基于调洪演算的溶洞过流能力计算装置/终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8任一项所述方法的步骤。
10.一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，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至9任一项所述方法的步骤。
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