CN115659733A - 一种区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算方法与装置 - Google Patents
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Abstract
一种区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算方法，包括选定目标大型输水渠道，收集目标大型输水渠道空间结构特征、水力特征与研究区的空间地理数据，选择目标大型输水渠道的典型支渠开展静水试验测量渠床渗漏系数，获得目标大型输水渠道离散后的渠系网络，生成渠段空间拓扑关系，获取研究区空间地理二维数组，生成渠道水分动态计算输入文件，根据研究区空间地理二维数组和渠道水分动态计算输入文件，构建地表水‑地下水耦合模型，根据有限差分法计算地表沟渠网络水分动态，渠系渗漏量结果统计，本发明通过局部位置的典型支渠开展静水试验测量渠床渗漏系数和大型输水渠道的空间特征，以准确推算大型渠道不同位置渗漏差异与整体渗漏特征。
Description
技术领域
本发明涉及输水渠道渗漏特征评估技术领域，具体涉及一种区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算方法与装置。
背景技术
我国北方农业灌区水资源短缺，灌溉农业发展极度依赖地表引水，因而修建了大量的引水渠系。然而大量的地表引水量通过渠系渗漏作用损失，从而造成了大量的水资源浪费，降低了农业用水效率，抬升了区域地下水位并导致农业灌区的次生盐渍化现象。
渠系输水损失量的准确评估是提高农业灌区水资源利用效率的基础。目前对于渠道渗漏详细特征的研究，较多集中在小型渠道。小型渠道可以采用静水法试验以准确实测其渗漏规律。然而对于区域尺度的大型渠道，由于其较大的尺寸难以开展静水试验。为了掌握大型渠道的渗漏特征，目前多采用基于水量均衡的动水法估算得到，但是动水法误差较大，甚至测量误差可能大于实际渗漏量。此外，现有的采用数值模型计算渠道渗漏的方案，主要集中在垂直于渠道方向的二维渠道剖面的渗漏量研究，难以反应渠道不同位置的渗漏差异与渠道整体的渗漏特征。
综上，目前对于大型输水渠道渗漏特征的评估，仍依赖于粗糙的水量均衡分析和个别剖面的水动力过程计算，难以综合考虑大型渠道不同位置渗漏差异与整体渗漏特征。
发明内容
为了解决现有区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算方法中存在的问题，本发明提出了一种区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算方法与装置。
一种区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算方法，包括：
步骤1、选定目标大型输水渠道，收集目标大型输水渠道空间结构特征、水力特征与研究区的空间地理数据；
步骤2、选择目标大型输水渠道的典型支渠开展静水试验测量渠床渗漏系数；
步骤3、获得目标大型输水渠道离散后的渠系网络，生成渠段空间拓扑关系，结合研究区的空间地理数据，获取研究区空间地理二维数组；
步骤4、根据渠段空间拓扑关系与目标大型输水渠道空间结构特征、水力特征，生成渠道水分动态计算输入文件；
步骤5、根据研究区空间地理二维数组和渠道水分动态计算输入文件，构建地表水-地下水耦合模型，根据有限差分法计算地表沟渠网络水分动态；
步骤6、渠系渗漏量结果统计。
进一步地，所述步骤1中，目标大型输水渠道空间结构特征、水力特征包括目标大型输水渠道的空间拓扑结构、目标大型输水渠道断面变化情况、渠床衬砌情况、糙率、人工控制结构的操作规律、以及目标大型输水渠道水位变化规律；
研究区的空间地理数据包括：渠系网络的shapefile空间矢量文件、研究区范围的shapefile空间矢量文件、研究区地表高程raster空间栅格文件、研究区地下水位raster空间栅格文件、研究区水文地质参数raster空间栅格文件。
进一步地，所述步骤2中，典型渠道要求衬砌状况与目标大型输水渠道一致，典型渠道土质情况与大型输水渠道一致。
进一步地，典型支渠开展静水试验测量渠床渗漏系数的具体过程为：选择一段至少30m长的典型支渠两端封堵起来，向测试段的典型支渠供水，试验分为定水位和变水位两个阶段，通过观察典型支渠中的水位变化来计算目标大型输水渠道的渗漏量，获得目标大型输水渠道的稳定渗漏速率。
进一步地，在步骤3中，构建有限差分网格，获得离散后的渠系网络，离散后的渠系网络的最小单位称为渠段，通过遍历分析求得不同渠段之间的空间拓扑关系，包括上下游连接、各渠段与有限差分网格对应关系、渠段长度信息，并根据有限差分网格与研究区的空间地理数据，获得研究区地表高程、研究区地下水位、研究区空间分区地理数据的二维数组。
进一步地，基于步骤3所获得的渠段空间拓扑关系与步骤1所收集的目标大型输水渠道空间结构特征、水力特征，生成渠道水分动态计算输入文件，输入文件包括每个渠段拓扑信息的reach_data表，降雨、蒸发、侧向流入额外数据的table_value表，应力期控制的stress_ctrl表，应力期数据的stress_data表，渠道断面数据的geometry_data表，渠道断面额外参数的external_geometry_data表，人工操作结构信息的structure_data表，人工操作结构额外参数的exteranl_structure_data表。
进一步地，所述步骤5中，根据步骤3获取的研究区地表高程数据、研究区地下水位数据和研究区水文地质参数数据与步骤4获得的渠道水分动态计算输入文件，基于MODFLOW-SWR构建地表水-地下水耦合模型，其中，地表水分动态采用扩散波方程描述，地下水分动态根据实测数据生成，根据有限差分方法进行计算，以准确获得渠道水分动态。
一种区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算装置，包括：
数据收集模块，用于选定目标大型输水渠道，收集目标大型输水渠道空间结构特征、水力特征与研究区的空间地理数据；
渠床渗漏系数获取模块，用于选择目标大型输水渠道的典型支渠开展静水试验测量渠床渗漏系数；
渠系网络获取模块，用于获得目标大型输水渠道离散后的渠系网络，生成渠段空间拓扑关系，结合研究区的空间地理数据，获取研究区空间地理二维数组；
渠道水分动态计算输入文件生成模块，用于根据渠段空间拓扑关系与目标大型输水渠道空间结构特征、水力特征，生成渠道水分动态计算输入文件；
地表沟渠网络水分动态计算模块，用于根据研究区空间地理二维数组和渠道水分动态计算输入文件，构建地表水-地下水耦合模型，根据有限差分法计算地表沟渠网络水分动态；
渠系渗漏量结果统计模块，用于渠系渗漏量结果统计。
一种区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算设备，包括处理器和用于存储能够在处理器上运行的计算机程序的存储器，处理器用于运行计算机程序时，执行任一项所述的区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算方法的步骤。
一种计算机存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现任一项所述的区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算方法的步骤。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
本发明提供的一种区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算方法与装置，能够提供一套完善的考虑地表水和地下水联合作用的渠系渗漏计算方法以及大型渠道渗漏计算流程，通过局部位置的典型支渠开展静水试验测量渠床渗漏系数和大型渠道的空间特征，以准确获得大型渠道不同位置渗漏差异与整体渗漏特征，解决现有的区域尺度大型渠道渗漏量难以准确评估的问题，提高区域大型渠道渗漏量准确评估的实用性与易于推广性。
附图说明
图1为本发明实施例中涉及的区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算方案与装置流程图；
图2为本发明实施例中涉及的内蒙古河套灌区皂火渠灌域空间地理位置与渠道空间拓扑结构示意图；
图3为本发明实施例中涉及的皂火渠向直口渠分水的人工控制结构操作规律与区域降雨蒸发量示意图；
图4为本发明实施例渠系网络与其他空间地理数据处理流程示意图。
图5为本发明实施例渠系网络数据计算结构表格示意图。
图6为本发明实施例所得到的皂火渠空间分布的不同时刻单位长度渠道渗漏量结果。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
一种区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算方法，如图1所示，包括：
步骤1、选定目标大型输水渠道，收集目标大型输水渠道空间结构特征、水力特征与研究区的空间地理数据；
步骤2、选择目标大型输水渠道的典型支渠开展静水试验测量渠床渗漏系数；
步骤3、获得目标大型输水渠道离散后的渠系网络，生成渠段空间拓扑关系，结合研究区的空间地理数据，获取研究区空间地理二维数组；
步骤4、根据渠段空间拓扑关系与目标大型输水渠道空间结构特征、水力特征，生成渠道水分动态计算输入文件；
步骤5、根据研究区空间地理二维数组和渠道水分动态计算输入文件，构建地表水-地下水耦合模型，根据有限差分法计算地表沟渠网络水分动态；
步骤6、渠系渗漏量结果统计。
本发明提供的一种区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算方法与装置，能够提供一套完善的考虑地表水和地下水联合作用的渠系渗漏计算方法以及大型渠道渗漏计算流程，通过局部位置的典型支渠开展静水试验测量渠床渗漏系数和大型渠道的空间特征，以准确获得大型渠道不同位置渗漏差异与整体渗漏特征，解决现有的区域尺度大型渠道渗漏量难以准确评估的问题，提高区域大型渠道渗漏量准确评估的实用性与易于推广性。
在目前大型渠道渗漏量的估算中，主要是基于水量均衡推算。也就是通过渠道上下游的进出水量，根据水量均衡方程估算渗漏量，误差通常在10％以上，且不能反应渠道不同位置的渗漏差异。本发明提出了一种区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算方法与装置，该方法极大提高了大型输水渠道水分渗漏量估算的精度，并且可以得到随时间变化的渠道不同位置渗漏量变化规律，提供了一套从试验开展到结果分析的完善工具与工作流程，显著提高了对于大型渠道输水渗漏估算的应用难度。
与传统基于水量均衡的动水法估算大型渠道渠系输水渗漏损失的方法不同，本发明所提出的方案基于完善的区域观测资料、地表水-地下水联合作用与关键参数的现场监测试验，以计算获得区域尺度时空变化的渠道水渗漏特征。本发明提出的方法基于完善的数学物理基础，具有较好可靠性，可以有效指导渠道节水改造工程。
在步骤1中，目标大型输水渠道的空间结构特征、水力特征包括目标大型输水渠道的空间拓扑结构、目标大型输水渠道断面变化情况、渠床衬砌情况、糙率、人工控制结构的操作规律、以及目标大型输水渠道水位变化规律；
研究区的空间地理数据包括：渠系网络的shapefile空间矢量文件、研究区范围的shapefile空间矢量文件、研究区地表高程raster空间栅格文件、研究区地下水位raster空间栅格文件、研究区水文地质参数raster空间栅格文件。
在步骤2中，典型渠道要求衬砌状况与目标大型输水渠道一致，典型渠道土质情况与目标大型输水渠道一致。
具体地，典型支渠开展静水试验测量渠床渗漏系数的具体过程为：选择一段至少30m长的典型支渠两端封堵起来，向测试段的典型支渠供水，试验分为定水位和变水位两个阶段，通过观察典型支渠中的水位变化来计算目标大型输水渠道的渗漏量，获得目标大型输水渠道的稳定渗漏速率。
目标大型输水渠道的渗漏量采用地表水和地下水水位差的函数来定义，通过目标大型输水渠道水水位、地下水水位与渠道断面湿周求得渠床渗漏参数，对于大型输水渠道，其渗漏量计算公式为，
QAQ＝C(h-H) (1)
其中，QAQ是渗透速率，单位为L3T-1；C是渠床的水力传导度，单位为L2T-1；H是渠段对应的地下水单元的水位，单位为L；h是渠段的地表水水位，单位为L；
水力传导度采C用以下公式计算：
C＝KCANALχl (2)
其中，KCANAL是渠床渗漏系数，单位为T-1；χ是湿周，单位为L；l是渠段的长度，单位为L，根据公式(2)反推能够得到渠床渗漏系数KCANAL。
在步骤3中，构建有限差分网格，获得离散后的渠系网络，离散后的渠系网络的最小单位称为渠段，通过遍历分析求得不同渠段之间的空间拓扑关系，包括上下游连接、各渠段与有限差分网格对应关系、渠段长度信息，并根据有限差分网格与研究区的空间地理数据，获得研究区地表高程、研究区地下水位、研究区空间分区地理数据的二维数组。
具体地，根据研究区范围的shapefile空间矢量文件，构建有限差分网格，将代表渠系网络的shapefile空间矢量文件与有限差分网格进行空间连接计算，获得离散后的渠系网络，其中，离散后的渠系网络的最小单位称为渠段。
有限差分网格按照用户指定参数构建，用户指定参数为网格大小、旋转角度与空间坐标，使有限差分网络与实际的研究区范围尽量匹配。
在获取研究区空间地理二维数组的过程中，有限差分网格与研究区地表高程raster文件、研究区地下水位raster文件和研究区水文地质参数raster文件连接，获得研究区地表高程、研究区地下水位、研究区空间分区地理数据的二维数组。
将渠段空间拓扑关系数据与研究区地表高程、研究区地下水位、研究区空间分区地理数据的二维数组储存备用。
在步骤4中，基于步骤3所获得的渠段空间拓扑关系与步骤1所收集的目标大型输水渠道空间结构特征、水力特征，生成渠道水分动态计算输入文件，输入文件包括每个渠段拓扑信息的reach_data表，降雨、蒸发、侧向流入额外数据的table_value表，应力期控制的stress_ctrl表，应力期数据的stress_data表，渠道断面数据的geometry_data表，渠道断面额外参数的external_geometry_data表，人工操作结构信息的structure_data表，人工操作结构额外参数的exteranl_structure_data表。步骤4可以采用构建的渠道数据处理工具自动化完成。
在步骤5中，根据步骤3获取的研究区地表高程数据、研究区地下水位数据和研究区水文地质参数数据与步骤4获得的渠道水分动态计算输入文件，基于MODFLOW-SWR构建地表水-地下水耦合模型。渠道中的水分运动采用扩散波方程描述：
其中，A表示渠道横截面面积，单位为L2；Q是渠道单位时间的流量，单位为L3T-1；x指沿渠道方向，单位为L；t为时间，单位为T单位为；qPR为渠道单位长度降雨量，单位为L2T-1；qLAT为渠道单位长度侧向流入流出量，单位为L2T-1；qEV为渠道单位长度蒸发量，单位为L2T-1；qAQ为渠道单位长度渗漏量，单位为L2T-1；g为重力加速度，单位为LT-2；Sf为摩阻坡度；h为渠道水位，单位为L。
采用曼宁公式用来表示沿程水头损失，
其中，n为曼宁系数，单位为LT-1/3；R为水力半径，单位为L；R＝A/χ，χ是湿周，单位为L。
地下水采用三维地下水运动方程描述，
其中，i＝1–3分别表示x、y和z方向；Kij表示饱和水力传导度张量，单位为LT-1；H表示压力水头，单位为L；W为单位体积的源/汇的通量，单位为L3T-1；Ss为多孔介质的储水系数，单位为L-1；t表示时间，单位为T。
在步骤6中，根据地表沟渠网络水分动态，获得考虑地表水与地下水动态耦合的区域尺度渠系渗漏量时空分布结果，统计获得渠道渗漏总水量，分析渠道渗漏量所发生的关键位置。
综上所述，在目前大型渠道渗漏量的估算中，主要是基于水量均衡推算。也就是通过渠道上下游的进出水量，根据水量均衡方程估算渗漏量，误差通常在10％以上，且不能反应渠道不同位置的渗漏差异。
本发明提供的一种区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算方法，对整条目标大型输水渠道构建模型，并将各个主要因素，包括地下水位、渠床渗漏系数、渠道水位都体现在地表水-地下水耦合模型中，可以计算出渠道水位不同位置、不同时间的变化过程，基于此算出的渠道渗漏量更准确，精度更高。
步骤1、选定目标大型输水渠道，收集目标大型输水渠道空间结构特征、水力特征与研究区的空间地理数据。
本发明的一个实施例中，以内蒙古河套灌区皂火渠灌域为典型研究区，研究区地理位置示意图如图2所示。
收集到的标大型输水渠道空间结构特征与水力特征包括，渠道空间拓扑结构如图2所示。渠道没有衬砌，糙率为0.02，皂火渠中水量分配给70个直口渠，如图2所示。皂火渠在2017年向所有直口渠分水的人工控制结构的操作规律如图3所示。皂火渠根据断面变化从上游至下游可以划分为6段。第一段长度为7090m，渠道断面底宽29.2m，边坡系数为1：1.7，第二段长度为14574m，渠道断面底宽19.48m，边坡系数为1：1.67，第三段长度为11095m，渠道断面底宽16.06m，边坡系数为1：1.25，第四段长度为8468m，渠道断面底宽10.52m，边坡系数为1：1.1，第五段长度为8031m，渠道断面底宽9.00m，边坡系数为1：1.5，第六段长度为5763m，渠道断面底宽7.68m，边坡系数为1：1.23。
研究区的空间地理数据文件包括：
研究区范围region.shp，shapefile文件，面要素类型；
皂火渠系reach.shp，shapefile文件，线要素类型；
研究区地表高程文件，栅格文件；
研究区每5天的地下水位变化文件，栅格文件；
步骤2、选择目标大型输水渠道的典型支渠开展静水试验测量渠床渗漏系数。
大型输水渠道由于断面尺寸过大难以开展静水试验，如皂火渠，渠底最宽处达29.2m，开展静水试验封堵渠道并供给充足水量的工作量极大，且皂火渠常年输水难以中断。
选择研究区内的典型支渠开展渗漏试验。本研究所选择的支渠位置如图2所示。所选择支渠底宽为0.584m，坡度为1：1.6。选择30m长的支渠渠道封堵两端开展静水试验。地下水埋深为2.2m，渠道水深为0.35m。静水试验开始后渗漏即达到稳定状态，单位长度的稳定渗漏速率为0.0456m3/(m·d)。单位渠道长度的累计入渗速率(Ci)与测试时间(t)的关系为Ci＝0.019t，因此，可以计算得到土质渠道的渠床渗漏系数为1.2089×10-6 1/s。
步骤3、获得目标大型输水渠道离散后的渠系网络，生成渠段空间拓扑关系，结合研究区的空间地理数据，获取研究区空间地理二维数组。
本实施例中，研究区东西方向距离为34.8km，南北方向距离为35.9km，控制面积392km2。在水平方向上离散为350×350个有限差分网格。将代表渠系网络的shapefile文件与有限差分网格进行空间连接计算，可以将渠道系统划分为2707个渠段，皂火渠共计598个渠段。通过遍历分析求得不同渠段之间的空间拓扑关系，包括上下游连接、各渠段与有限差分网格对应关系、渠段长度信息，并将这些数据存储以备用，如图4所示。此外，将有限差分网格与其他空间地理数据文件进行连接计算，以获得研究区地表高程、研究区地下水位、空间分区等地理数据的二维数组，如图4所示。将渠段空间拓扑关系数据与研究区地表高程、研究区地下水位、空间分区等地理数据的二维数组储存备用。
步骤4、根据渠段空间拓扑关系与目标大型输水渠道结构信息，生成渠道水分动态计算输入文件。
基于步骤3所获得的渠段空间拓扑关系数据与步骤1所收集的目标大型输水渠道空间结构特征、水力特征，采用所开发的前处理工具，生成渠道水分动态计算输入文件，输入文件包括，代表每个渠段拓扑信息的reach_data表，代表降雨、蒸发、侧向流入额外数据的table_value表，代表应力期控制的stress_ctrl表，代表应力期数据的stress_data表，代表渠道断面数据的geometry_data表，代表渠道断面额外参数的external_geometry_data表，代表人工操作结构信息的structure_data表，代表人工操作结构额外参数的exteranl_structure_data表，如图5所示。本过程采用本发明所构建的渠道数据处理工具自动化完成。
步骤5、根据研究区空间地理二维数组和渠道水分动态计算输入文件，基于MODFLOW-SWR构建地表水-地下水耦合模型，根据有限差分法计算地表沟渠网络水分动态。
将步骤3所获得的空间地理数据与步骤4获得的渠道水分动态计算输入文件，进行地表水-地下水耦合模型的计算，地表水分动态采用扩散波方程描述，地下水分动态根据每5日的区域实测地下水位生成。所研究区的地下水位监测井空间分布情况如图2所示。
步骤6、渠系渗漏量结果统计渠系渗漏量结果统计。
根据步骤5计算得到的地表沟渠网络水分动态，获得考虑地表水与地下水动态耦合的区域尺度渠系渗漏量时空分布结果，不同时间平均的结果与典型日期的计算结果均如图6所示。统计获得渠道渗漏总水量，得2017年10月和11月皂火渠渠系渗漏损失水量为1.20×107m3，渠道水利用系数为0.7871。从上游至下游每个渠段的渗漏量占总渗漏量的比例分别为10.3％，36.5％，22.5％，12.8％，8.0％和9.9％，从上游至下游每个渠段日均单位长度渠道渗漏量分别为2.858，4.927，3.989，2.974，1.960，3.379m3/(m·d)。可以发现，第2段渠段贡献了全渠道近1/3的渗漏量，其日均单位长度渗漏量也为所有渠段中最大，是皂火渠渗漏的关键位置。
本发明还提供一种区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算装置，包括：
数据收集模块，用于选定目标大型输水渠道，收集目标大型输水渠道空间结构特征、水力特征与研究区的空间地理数据；
渠床渗漏系数获取模块，用于选择目标大型输水渠道的典型支渠开展静水试验测量渠床渗漏系数；
渠系网络获取模块，用于获得目标大型输水渠道离散后的渠系网络，生成渠段空间拓扑关系，结合研究区的空间地理数据，获取研究区空间地理二维数组；
渠道水分动态计算输入文件生成模块，用于根据渠段空间拓扑关系与目标大型输水渠道空间结构特征、水力特征，生成渠道水分动态计算输入文件；
地表沟渠网络水分动态计算模块，用于根据研究区空间地理二维数组和渠道水分动态计算输入文件，构建地表水-地下水耦合模型，根据有限差分法计算地表沟渠网络水分动态；
渠系渗漏量结果统计模块，用于渠系渗漏量结果统计。
本发明还提供一种区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算设备，包括处理器和用于存储能够在处理器上运行的计算机程序的存储器，处理器用于运行计算机程序时，执行所述的区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算方法的步骤。
本发明实施例中的存储器用于存储各种类型的数据以支持区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算设备的操作。这些数据的示例包括：用于在区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算设备上操作的任何计算机程序。
本发明实施例揭示的区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算方法可以应用于处理器中，或者由处理器实现。处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP，Digital SignalProcessor)，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。处理器可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤，可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于存储介质中，该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成本发明实施例提供的无人机山洪流量测量方法的步骤。
在示例性实施例中，区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算设备可以被一个或多个应用专用集成电路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)、DSP、可编程逻辑器件(PLD，Programmable Logic Device)、复杂可编程逻辑器件(CPLD，ComplexProgrammable LogicDevice)、FPGA、通用处理器、控制器、微控制器(MCU，MicroController Unit)、微处理器(Microprocessor)、或者其他电子元件实现，用于执行前述方法。
可以理解，存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，也可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(ROM，Read Only Memory)、可编程只读存储器(PROM，Programmable Read-Only Memory)、可擦除可编程只读存储器(EPROM，Erasable Programmable Read-Only Memory)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM，Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)、磁性随机存取存储器(FRAM，ferromagnetic random access memory)、快闪存储器(Flash Memory)、磁表面存储器、光盘、或只读光盘(CD-ROM，Compact Disc Read-Only Memory)；磁表面存储器可以是磁盘存储器或磁带存储器。易失性存储器可以是随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(SRAM，Static Random Access Memory)、同步静态随机存取存储器(SSRAM，Synchronous Static Random Access Memory)、动态随机存取存储器(DRAM，Dynamic Random Access Memory)、同步动态随机存取存储器(SDRAM，SynchronousDynamic Random Access Memory)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(DDRSDRAM，Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory)、增强型同步动态随机存取存储器(ESDRAM，Enhanced Synchronous Dynamic Random AccessMemory)、同步连接动态随机存取存储器(SLDRAM，SyncLink Dynamic Random AccessMemory)、直接内存总线随机存取存储器(DRRAM，Direct Rambus Random Access Memory)。本发明实施例描述的存储器旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
在示例性实施例中，本发明实施例还提供了一种存储介质，所述计算机程序被处理器执行时，实现所述的区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算方法的步骤。所述存储介质即计算机存储介质，具体可以是计算机可读存储介质，例如包括存储计算机程序的存储器，上述计算机程序可由区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算设备的处理器执行，以完成本发明实施例方法所述的步骤。计算机可读存储介质可以是ROM、PROM、EPROM、EEPROM、FlashMemory、磁表面存储器、光盘、或CD-ROM等存储器。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算方法，其特征在于，包括：
步骤1、选定目标大型输水渠道，收集目标大型输水渠道空间结构特征、水力特征与研究区的空间地理数据；
步骤2、选择目标大型输水渠道的典型支渠开展静水试验测量渠床渗漏系数；
步骤3、获得目标大型输水渠道离散后的渠系网络，生成渠段空间拓扑关系，结合研究区的空间地理数据，获取研究区空间地理二维数组；
步骤4、根据渠段空间拓扑关系与目标大型输水渠道空间结构特征、水力特征，生成渠道水分动态计算输入文件；
步骤5、根据研究区空间地理二维数组和渠道水分动态计算输入文件，构建地表水-地下水耦合模型，根据有限差分法计算地表沟渠网络水分动态；
步骤6、渠系渗漏量结果统计。
2.根据权利要求1所述的区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算方法，其特征在于：
所述步骤1中，目标大型输水渠道空间结构特征、水力特征包括目标大型输水渠道的空间拓扑结构、目标大型输水渠道断面变化情况、渠床衬砌情况、糙率、人工控制结构的操作规律、以及目标大型输水渠道水位变化规律；
研究区的空间地理数据包括：渠系网络的shapefile空间矢量文件、研究区范围的shapefile空间矢量文件、研究区地表高程raster空间栅格文件、研究区地下水位raster空间栅格文件、研究区水文地质参数raster空间栅格文件。
3.根据权利要求2所述的区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算方法，其特征在于：
所述步骤2中，典型渠道要求衬砌状况与目标大型输水渠道一致，典型渠道土质情况与大型输水渠道一致。
4.根据权利要求2所述的区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算方法，其特征在于：
典型支渠开展静水试验测量渠床渗漏系数的具体过程为：选择一段至少30m长的典型支渠两端封堵起来，向测试段的典型支渠供水，试验分为定水位和变水位两个阶段，通过观察典型支渠中的水位变化来计算目标大型输水渠道的渗漏量，获得目标大型输水渠道的稳定渗漏速率。
5.根据权利要求1所述的区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算方法，其特征在于：
在步骤3中，构建有限差分网格，获得离散后的渠系网络，离散后的渠系网络的最小单位称为渠段，通过遍历分析求得不同渠段之间的空间拓扑关系，包括上下游连接、各渠段与有限差分网格对应关系、渠段长度信息，并根据有限差分网格与研究区的空间地理数据，获得研究区地表高程、研究区地下水位、研究区空间分区地理数据的二维数组。
6.根据权利要求1所述的区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算方法，其特征在于：
基于步骤3所获得的渠段空间拓扑关系与步骤1所收集的目标大型输水渠道空间结构特征、水力特征，生成渠道水分动态计算输入文件，输入文件包括每个渠段拓扑信息的reach_data表，降雨、蒸发、侧向流入额外数据的table_value表，应力期控制的stress_ctrl表，应力期数据的stress_data表，渠道断面数据的geometry_data表，渠道断面额外参数的external_geometry_data表，人工操作结构信息的structure_data表，人工操作结构额外参数的exteranl_structure_data表。
7.根据权利要求1所述的区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算方法，其特征在于：
所述步骤5中，根据步骤3获取的研究区地表高程数据、研究区地下水位数据和研究区水文地质参数数据与步骤4获得的渠道水分动态计算输入文件，基于MODFLOW-SWR构建地表水-地下水耦合模型，其中，地表水分动态采用扩散波方程描述，地下水分动态根据实测数据生成，根据有限差分方法进行计算，以准确获得渠道水分动态。
8.一种区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算装置，其特征在于，包括：
数据收集模块，用于选定目标大型输水渠道，收集目标大型输水渠道空间结构特征、水力特征与研究区的空间地理数据；
渠床渗漏系数获取模块，用于选择目标大型输水渠道的典型支渠开展静水试验测量渠床渗漏系数；
渠系网络获取模块，用于获得目标大型输水渠道离散后的渠系网络，生成渠段空间拓扑关系，结合研究区的空间地理数据，获取研究区空间地理二维数组；
渠道水分动态计算输入文件生成模块，用于根据渠段空间拓扑关系与目标大型输水渠道空间结构特征、水力特征，生成渠道水分动态计算输入文件；
地表沟渠网络水分动态计算模块，用于根据研究区空间地理二维数组和渠道水分动态计算输入文件，构建地表水-地下水耦合模型，根据有限差分法计算地表沟渠网络水分动态；
渠系渗漏量结果统计模块，用于渠系渗漏量结果统计。
9.一种区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算设备，其特征在于，包括处理器和用于存储能够在处理器上运行的计算机程序的存储器，处理器用于运行计算机程序时，执行权利要求1-7任一项所述的区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算方法的步骤。
10.一种计算机存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，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1-7任一项所述的区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算方法的步骤。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202211264707.4A CN115659733A (zh) | 2022-10-17 | 2022-10-17 | 一种区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算方法与装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211264707.4A CN115659733A (zh) | 2022-10-17 | 2022-10-17 | 一种区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算方法与装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115659733A true CN115659733A (zh) | 2023-01-31 |
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ID=84988135
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| CN202211264707.4A Pending CN115659733A (zh) | 2022-10-17 | 2022-10-17 | 一种区域尺度大型输水渠道渗漏特征估算方法与装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| CN (1) | CN115659733A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117036222A (zh) * | 2023-08-18 | 2023-11-10 | 广东省水利水电科学研究院 | 融合多尺度极化sar图像的水体检测方法、装置及介质 |
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2022
- 2022-10-17 CN CN202211264707.4A patent/CN115659733A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN117036222A (zh) * | 2023-08-18 | 2023-11-10 | 广东省水利水电科学研究院 | 融合多尺度极化sar图像的水体检测方法、装置及介质 |
| CN117036222B (zh) * | 2023-08-18 | 2024-04-19 | 广东省水利水电科学研究院 | 融合多尺度极化sar图像的水体检测方法、装置及介质 |
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