本發明涉及水利工程，具體而言，涉及一種立堵截流水力學參數計算方法及裝置。

背景技術：

1、截流水力學計算是立堵截流施工組織的重要一環，通過水力學計算，獲得龍口上游的水力參數，為截流設計提供依據。

2、在相關技術中，截流水力學計算主要依據流量平衡原理，通過圖解法、手動試算和簡化的方式進行計算。其中，圖解法通過在圖上繪制出水位流量關系曲線，通過求曲線的交點來求解龍口上游水深，精度較低，難以滿足現代工程要求；手動試算需要通過不停假定自變量，反復手動試算求解，需要耗費大量時間，由于計算具有較高的復雜性，試算出精確解的概率不高；簡化方法通過采取簡化措施，忽略例如戧堤滲流量、淹沒系數等變化的參數，或將龍口軸線斷面平均過水寬度近似為定值，導致特定情況下產生一定誤差。

3、對此，如何構建自動化計算立堵法截流水力參數，相關技術還沒有很好的方法。

技術實現思路

1、本發明解決的問題是如何精確自動計算立堵法截流水力參數。

2、為解決上述問題，本發明提供一種立堵截流水力學參數計算方法及裝置。

3、第一方面，本發明提供了一種立堵截流水力學參數計算方法，包括：

4、確定龍口底寬，根據所述龍口底寬確定假定龍口上游水深和假定龍口下游水深；

5、根據所述假定龍口上游水深，在分流建筑物的第一水位流量關系曲線中分段線性插值獲得分流建筑物分流量；

6、根據已知的截流設計流量和已知的上游河道槽蓄流量，基于所述分流建筑物分流量和龍口下游的第二水位流量關系曲線構建第一約束條件；

7、根據所述假定龍口上游水深、所述假定龍口下游水深和已獲取的戧堤參數確定龍口泄流量；

8、根據所述戧堤參數、所述龍口泄流量、所述假定龍口上游水深和所述假定龍口下游水深之間的數值關系構建第二約束條件；

9、對所述假定龍口上游水深、所述假定龍口下游水深、所述第一約束條件和所述第二約束條件進行非線性規劃求解；

10、當求解成功時，將所述假定龍口上游水深和所述假定龍口下游水深作為所述龍口底寬對應的龍口上游水深和龍口下游水深；

11、根據所述龍口底寬、所述龍口上游水深和所述龍口下游水深獲得水力參數。

12、可選地，所述立堵截流水力學參數計算方法還包括：

13、確定不同的龍口底寬，根據每個龍口底寬確定對應的假定龍口上游水深、假定龍口下游水深、第一約束條件和第二約束條件，并進行非線性規劃求解；

14、當求解成功時，對具有對應關系的龍口底寬、龍口上游水深和龍口下游水深進行計算，獲得各個龍口底寬下，對應的各水力參數。

15、可選地，所述根據所述假定龍口上游水深，在分流建筑物的第一水位流量關系曲線中分段線性插值獲得分流建筑物分流量包括：

16、在所述第一水位流量關系曲線中獲取包括所述假定龍口上游水深的水位區間；

17、在所述第一水位流量關系曲線中獲取所述水位區間對應的流量區間；

18、對所述水位區間和所述流量區間構成的數組進行線性插值，獲得所述分流建筑物分流量。

19、可選地，所述根據已知的截流設計流量和已知的上游河道槽蓄流量，基于所述分流建筑物分流量和龍口下游的第二水位流量關系曲線構建第一約束條件包括：

20、根據所述截流設計流量、所述上游河道槽蓄流量和所述分流建筑物分流量獲得龍口下游流量；

21、根據所述龍口下游流量，在所述第二水位流量關系曲線中，通過分段線性插值獲得龍口下游約束水深；

22、根據所述龍口下游第一約束水深構建所述第一約束條件，其中，所述第一約束條件包括：所述龍口下游第一約束水深與所述假定龍口下游水深相等。

23、可選地，所述戧堤參數包括戧堤上游坡比、戧堤下游坡比、戧堤高度、戧堤頂寬、戧堤進占長度和滲透系數；

24、所述根據所述假定龍口上游水深、所述假定龍口下游水深和已獲取的戧堤參數確定龍口泄流量包括：

25、根據所述戧堤上游坡比、所述戧堤下游坡比、戧堤高度和戧堤頂寬確定滲透路徑長度；

26、根據所述滲透路徑長度、所述假定龍口上游水深、所述假定龍口下游水深、所述戧堤進占長度和所述滲透系數確定戧堤滲流量；

27、根據所述戧堤滲流量、所述截流設計流量、所述上游河道槽蓄流量和所述分流建筑物分流量確定所述龍口泄流量。

28、可選地，所述戧堤參數包括堤頭坡比；

29、所述根據所述戧堤參數、所述龍口泄流量、所述假定龍口上游水深和所述假定龍口下游水深之間的數值關系構建第二約束條件包括：

30、當所述假定龍口下游水深和所述假定龍口上游水深之間的第一比值大于或等于預設比值時，根據所述第一比值，在巴普洛夫斯基淹沒系數表中，通過分段線性插值獲得淹沒系數；

31、根據所述淹沒系數、已知的流量系數、所述假定龍口上游水深和所述龍口泄流量確定龍口軸線斷面平均過水寬度；

32、根據所述龍口軸線斷面平均過水寬度、所述龍口底寬和所述堤頭坡比確定龍口下游第二約束水深；

33、根據所述龍口下游第二約束水深構建所述第二約束條件，其中，所述第二約束條件包括：所述龍口下游第二約束水深與所述假定龍口下游水深相等。

34、可選地，所述根據所述戧堤參數、所述龍口泄流量、所述假定龍口上游水深和所述假定龍口下游水深之間的數值關系構建第二約束條件還包括：

35、當所述假定龍口下游水深和所述假定龍口上游水深之間的第一比值小于預設比值時，根據所述第一比值，通過非淹沒流泄量公式確定龍口軸線斷面平均過水寬度；

36、根據所述龍口軸線斷面平均過水寬度確定龍口下游第三約束水深；

37、當所述龍口下游第三約束水深大于所述假定龍口下游水深時，所述第二約束條件包括所述龍口下游第三約束水深與臨界流水深相等；

38、當所述龍口下游第三約束水深小于或等于所述假定龍口下游水深時，所述第二約束條件包括所述龍口下游第三約束水深與所述假定龍口下游水深相等。

39、可選地，在所述對所述假定龍口上游水深、所述假定龍口下游水深、所述第一約束條件和所述第二約束條件進行非線性規劃求解之后，還包括：

40、當求解失敗時，在確定的所述龍口底寬下，假定新的假定龍口上游水深和新的假定龍口下游水深；

41、對新的假定龍口上游水深和新的假定龍口下游水深進行非線性規劃求解，直至求解成功。

42、可選地，所述水力參數包括落差，水深，單寬流量和流速。

43、第二方面，本發明提供了一種立堵截流水力學參數計算裝置，包括：

44、假定模塊，用于確定龍口底寬，根據所述龍口底寬確定假定龍口上游水深和假定龍口下游水深；

45、分段線性插值模塊，用于根據所述假定龍口上游水深，在分流建筑物的第一水位流量關系曲線中分段線性插值獲得分流建筑物分流量；

46、第一約束模塊，用于根據已知的截流設計流量和已知的上游河道槽蓄流量，基于所述分流建筑物分流量和龍口下游的第二水位流量關系曲線構建第一約束條件；

47、泄流量確定模塊，用于根據所述假定龍口上游水深、所述假定龍口下游水深和已獲取的戧堤參數確定龍口泄流量；

48、第二約束模塊，用于根據所述戧堤參數、所述龍口泄流量、所述假定龍口上游水深和所述假定龍口下游水深之間的數值關系構建第二約束條件；

49、非線性規劃求解模塊，用于對所述假定龍口上游水深、所述假定龍口下游水深、所述第一約束條件和所述第二約束條件進行非線性規劃求解；

50、關聯模塊，用于當求解成功時，將所述假定龍口上游水深和所述假定龍口下游水深作為所述龍口底寬對應的龍口上游水深和龍口下游水深；

51、求解模塊，用于根據所述龍口底寬、所述龍口上游水深和所述龍口下游水深獲得水力參數。

52、本發明的立堵截流水力學參數計算方法的有益效果是：

53、給定一個龍口底寬，并基于此寬度設定初始的龍口上游和下游水深，通過固定龍口底寬并設定初始的假定龍口上下游水深，為后續計算提供基礎參數。采用分段線性插值法，從已有的第一水位流量關系曲線中獲取與假定龍口上游水深相匹配的分流建筑物分流量，提高了計算效率，保證了插值結果的合理性。根據截流設計流量、上游河道槽蓄流量、分流建筑物分流量、戧堤參數和所述龍口泄流量構建的第一約束條件和第二約束條件保證龍口底寬、龍口上游水深、龍口下游流量和龍口下游水深符合自然規律。通過非線性規劃求解，自動化地尋找滿足所有約束條件的最佳解，實現了對復雜水力學問題的高效求解，避免了人為調整參數帶來的不確定性，簡化了計算流程，進而可以快速生成給定龍口底寬下的完整水力參數集，從而精確自動計算立堵法截流水力參數。