一种基于流速变化的流水分布快速生成方法与流程

1.本发明涉及水文监测技术领域，具体地说是一种基于流速变化的流水分布快速生成方法。


背景技术：

2.在农田灌溉、降水分布以及泄洪分洪等生产应用领域，凭借丰富的地形数据，目前已经能够对生产应用中的水量分布情况进行初步的分析，为生产应用提供指导依据。但是仅依靠地地形数据进行三维计算，而不考虑空气湿度和温度带来的蒸发速度影响、不同性质土地的渗透因素，以及目标区域周边的河流、地下水或其他人工排水设施等条件，会导致模拟计算分析的数据与实际发生出现偏差；因为水量分布计算是一个动态过程，传统算法中每一次运算都需要耗费大量的算力和运算时间，在紧急情况下无法提供快速的计算结果。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种基于流速变化的流水分布快速生成方法，用于在紧急情况下能够快速的得出水量分布情况。
4.本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
5.一种基于流速变化的流水分布快速生成方法，包括以下步骤：
6.一种基于流速变化的流水分布快速生成方法，包括以下步骤：
7.s1：通过对目标区域的地理环境数据进行分析，找出影响当前水流汇集速度变化的几个因素，所述因素包括地形因素、地质因素、环境因素以及周边的相关设施因素；
8.s2：以所述地形因素作为流速变化第一要素，将目标区域按流速不同划分成多个区块，根据第一要素的数据，当区块流速发生变化时，计算每个区块在当前时刻的汇水容量和流速，并将所有计算结果保存为第一要素流量数据库；
9.s3：以所述地质因素作为流速变化第二要素，将第一要素划分的区块进一步划分成多个阶段，在所述第一要素流量数据库的基础上，根据第二要素的数据，在各个区块内的流速发生变化时，计算每个区块的当前时刻的汇水容量和流速，并将所有计算结果保存为第二要素流量数据库；
10.s4:以所述周边的相关设施作为流速变化的第三要素，以触发设施工作为条件，进一步细化所述第二要素流量数据库，当流水汇聚至周边的排水设施、河流、地下水时，区块将停止后续的流水汇聚，以此触发时刻为条件，计算每个区块的当前时刻的汇水容量和流速，并将所有计算结果保存为区域静态流量数据库；
11.s5:以所述环境因素作为流速变化的第四要素，根据空气温度、湿度因素计算生成区域动态流速数据库；
12.s6:根据流入的总水量查询数据库计算水流在当前区域内各个区块的分布情况，数据库包括第一流量要素数据库、第二流量要素数据库、区域动态流速数据库中的至少一
种。
13.进一步地，所述分布情况包括，待分布总水量、待分配水量和水面高度。
14.进一步地，所述s6具体包括以下步骤：
15.s6.1、获取当前区域的环境状况，根据所述区域动态流速数据库计算受环境影响后的总水量，
16.v＝v0*f(t，h)
17.其中v0表示输入总水量，t表示当前环境温度，h表示当前环境，v为计算后的待分布总水量；
18.s6.2、根据v值查找所述区域静态流量数据库，参照区域静态流量数据库的阶段水量，找出对应的汇水阶段i和阶段水量vi，计算待分配水量v
′
[0019]v′
＝v
0-vi；
[0020]
s6.3、确定当前汇水阶段各区块水容量v
in
和流速值s
in
,将待分配水量v
′
按流速值s
in
分配至每个区块中
[0021]vn
＝v
in
v
′
*s
in
[0022]
s6.4、根据各区块的水量和地型数据计算水面高度hn[0023]hn
＝h(vn,dem)
[0024]
其中dem为区块对应的地型文件。
[0025]
进一步，包括s7:根据某一区域所述水面高度推算当前区域内各个区块的水量分布情况。
[0026]
进一步地，所述s7的方法为：
[0027]
根据区块id和h值查找所述区域静态流量数据库，参照区域静态流量数据库中的阶段高度，找出对应的汇水阶段i、阶段高度h
i0
，流速值s
in
；
[0028]
根据区块的所述地型文件和高度差计算区块内的汇水余量v
i0
[0029]
＝h(h-),dem
[0030]
其中dem为区块对应的地型文件；
[0031]
根据区块的所述流速值s
in
计算出整个区域的汇水余量vi：
[0032]vi
＝v
i0
/s
i0
[0033]
确定当前汇水阶段其他各区块水容量v
in
和流速值v
in
,将待分配水量vi按流速值s
in
分配至每个区块中
[0034]vn
＝v
in
vi*s
in
；
[0035]
根据其他各区块的水量和地型数据计算水面高度hn[0036]hn
＝h(vn,dem)
[0037]
其中dem为区块对应的地型文件。
[0038]
有益效果：
[0039]
本发明提供的一种基于流速变化的流水分布快速生成方法，通过对影响总水量的因素和影响流水分布的因素两方面进行分析，在计算水量分布的计算模型中引入了更多参数，提高了模型的计算精度，丰富了使用环境；同时通过分离静态因素和动态因素的方法，将静态影响因素的计算过程以中间数据库的方式存储，在后续过程中依靠查询数据库进行计算，避免了对复杂地型和流水过程的重复计算，大大提高了应用过程中的计算速度。通过
本发明能够快速得出流水的分布情况，解决了实际使用过程无法快速获取流水分布情况的问题。
具体实施方式
[0040]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041]
发明内容中所提及的第一要素流量数据库、第二要素流量数据库和区域静态流量数据库在本实施方式中采用表格形式，在以下描述中，根据该采用的具体形式，分别称为第一要素流量表、第二要素流量表和区域静态流量表。
[0042]
对于上述各数据库，除了采用表格之外，本领域技术人员可根据本发明的不同应用场景而选用现有技术中不同具体形式的数据库。
[0043]
一种基于流速变化的流水分布快速生成方法，包括以下步骤
[0044]
s1：通过对目标区域的地理环境数据进行分析，找出影响当前水流汇集速度变化的几个关键因素，包括地形、地质、环境以及周边的相关设施。
[0045]
s2：以地形因素作为流速变化第一要素，将目标区域按流速不同划分成多个区块。地形因素在流水汇聚过程中，由于水流的进入方式不同，各区块的汇聚速度各不相同；同时相邻区块在汇聚过程中发生的积满、额外注入、区块合并等现象，也会导致各区块的汇聚速度发生变化。根据第一要素的数据，当某个区块流速发生变化时，计算每个区块在当前时刻的汇水容量和流速，并将所有计算结果保存为第一要素流量表(如下)：
[0046][0047]
其中：
[0048]
id表示流速变化的阶段；
[0049]
vn表示n阶段总水量；
[0050]
vkm-n表示第m区块在第n阶段已有水量；
[0051]
hkm-n表示第m区块在第n阶段水面高度；
[0052]
skm-n表示第m区块在第n阶段水流速度；
[0053]
tkm-n表示第m区块在第n阶段区块合并关系。
[0054]
s3：以地质因素作为流速变化第二要素，将第一要素划分的区块进一步划分成多个阶段。由于不同地质的渗水速度不同，同一区块在流水汇聚过程中的速度也会发生变化。在第一要素流量表的基础上，根据第二要素的数据，在各个区块内的流速发生变化时，计算每个区块的当前时刻的汇水容量和流速，并将所有计算结果保存为第二要素流量表(具体如下表)。
[0055][0056]
s4：以周边的相关设施作为流速变化的第三要素，以触发设施工作为条件，进一步细化第二要素流量表。当流水汇聚至周边的排水设施、河流、地下水时，区块将停止后续的流水汇聚，以此触发时刻为条件，计算每个区块的当前时刻的汇水容量和流速，并将所有计算结果保存为区域静态流量表(具体如下表)。
[0057][0058]
s5：以环境因素作为流速变化的第四要素，根据空气温度、湿度等因素计算生成区域动态流速表(具体如下表)；
[0059][0060]
s6：根据流入的总水量查表计算水流在当前区域内各个区块的分布情况：
[0061]
·
首先获取当前区域的环境状况，根据区域动态流速表计算受环境影响后的总水量：
[0062]
v＝v0*f(t，h)
[0063]
其中v0表示输入总水量，t表示当前环境温度，h表示当前环境，v为计算后的待分布总水量
[0064]
·
根据v值查找区域静态流量表，参照表中的阶段水量，找出对应的汇水阶段i和阶段水量vi，计算待分配水量v
′
：
[0065]v′
＝v
0-v1[0066]
·
确定当前汇水阶段各区块水容量v
in
和流速值s
in
,将待分配水量v
′
按流速值s
in
分配至每个区块中：
[0067]vn
＝v
in
v
′
*s
in
[0068]
·
根据各区块的水量和地型数据计算水面高度hn：
[0069]hn
＝h(vn,dem)
[0070]
其中dem为区块对应的地型文件。
[0071]
s7：根据某一区域水面高度h推算当前区域内各个区块的水量分布情况：
[0072]
·
根据区块id和h值查找区域静态流量表，参照表中的阶段高度，找出对应的汇水阶段i、阶段高度h
i0
，流速值s
in
；
[0073]
·
根据区块地型文件和高度差计算区块内的汇水余量v
i0
：
[0074]vi0
＝h(h-),dem
[0075]
其中dem为区块对应的地型文件
[0076]
·
根据区块的流速值s
in
计算出整个区域的汇水余量vi：
[0077]vi
＝v
i0
/s
i0
[0078]
·
确定当前汇水阶段其他各区块水容量v
in
和流速值v
in
,将待分配水量vi按流速值s
in
分配至每个区块中：
[0079]vn
＝v
in
vi*s
in
[0080]
·
根据其他各区块的水量和地型数据计算水面高度hn：
[0081]hn
＝h(vn,dem)
[0082]
其中dem为区块对应的地型文件。
[0083]
以xx市xx区防险应急管理局对某处低洼硬化路面的降雨淹没分析为例：
[0084]
对当前地段的dem文件进行分析，将当前地段分为三个低洼区域k0、k1和k2。其中k0与k1在淹没高度22.001米时合并，并在淹没高度在22.02米积水从旁边河流排出；k2与k0、k1合并高度为22.766米与22.748米，k2在淹没高度在22.61米积水从旁边河流排出。
[0085]
根据数据对淹没过程的汇水速度变化阶段进行计算，得出以下表格：
[0086]
以xx市xx区防险应急管理局对某处低洼硬化路面的降雨淹没分析为例：
[0087]
·
对当前地段的dem文件进行分析，将当前地段分为三个低洼区域k0、k1和k2。其中k0与k1在淹没高度22.001米时合并，并在淹没高度在22.02米积水从旁边河流排出；k2与k0、k1合并高度为22.766米与22.748米，k2在淹没高度在22.61米积水从旁边河流排出。
[0088]
·
根据数据对淹没过程的汇水速度变化阶段进行计算，得出以下表格：
[0089][0090]
·
采集现场数据，根据强降水时期的典型数据制作温湿度-流速表，使用曲线拟合法得出计算方程：
[0091] 232425262728293070％0.93640.92130.92080.92010.91870.91650.91480.912180％0.95830.95750.9570.95630.95480.95250.95080.947990％0.97320.97240.97190.97120.96970.96740.96560.9627
[0092]
·
计算10000立方米在湿度90％，温度23摄氏度情况下的水量分布。按s6计算流程
得出结果：
[0093]
idhvk021.91842034.41k122.0015130.85k222.08252566.73
[0094]
计算k0最大淹没深度为1.5米时，整个区域的水量分布。按s7计算流程得出结果：
[0095]
idhvk021.1152232.45k121.35651083.89k221.6232471.53。
[0096]
本发明提供的一种基于流速变化的流水分布快速生成方法，通过对影响总水量的因素和影响流水分布的因素两方面进行分析，在计算水量分布的计算模型中引入了更多参数，提高了模型的计算精度，丰富了使用环境；同时通过分离静态因素和动态因素的方法，将静态影响因素的计算过程以中间数据库的方式存储，在后续过程中依靠查询数据库进行计算，避免了对复杂地型和流水过程的重复计算，大大提高了应用过程中的计算速度。通过本发明能够快速得出流水的分布情况，解决了实际使用过程无法快速获取流水分布情况的问题。本发明所提供的方法，可应用于计算机程序中。