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专利号: 2021102663273
申请人: 重庆交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种堰塞坝洪水漫顶溃坝过程仿真方法,其特征在于,包括以下步骤:

1)获取堰塞坝及堰塞湖信息数据;其中,所述信息数据包括堰塞坝及堰塞湖的地理空间信息数据、堰塞湖的库水信息数据、堰塞坝坝体材料参数空间分布数据和计算时间变化率;

2)循环计算堰塞湖库水水位,得到基于时间序列的堰塞湖库面高程数据;

3)循环计算堰塞坝溃口流量,得到基于时间序列的堰塞坝溃口流量数据;

4)循环计算堰塞坝溃口尺寸,得到基于时间序列的堰塞坝溃口尺寸数据;其中,所述堰塞坝溃口尺寸数据包括溃口位置、溃口顶部宽度、溃口底部宽度、溃口两侧边壁坡比和溃口底部高程;步骤4)具体包括以下步骤:

4.1)调取堰塞坝坝料空间信息数据和堰塞坝溃口信息;

4.2)读入堰塞坝溃口流量数据和堰塞坝溃口尺寸数据;

4.3)基于堰塞坝坝料空间信息数据,生成堰塞坝坝料抗冲性能空间分布关系;其中,堰塞坝坝料抗冲性能空间分布关系为采用二次插值得到的堰塞坝坝料抗冲性能参数关于堰塞坝坝体空间位置连续的三元函数;所述堰塞坝坝料抗冲性能参数包括坝料起动系数和无因次启动剪应力;

4.4)计算堰塞坝溃口坝料冲刷量;

4.5)计算堰塞坝溃口横向展宽增量和堰塞坝溃口纵向下切增量;其中,所述堰塞坝溃口横向展宽增量包括堰塞坝溃口顶部展宽增量和堰塞坝溃口底部展宽增量;

4.6)计算堰塞坝溃口尺寸;

4.7)判断是否满足堰塞湖库面高程≤堰塞坝溃口底部高程;若是,则输出基于时间序列的堰塞坝溃口尺寸数据;若否,则使用计算所得堰塞坝溃口尺寸,对堰塞坝溃口信息进行更新存储;读入计算时间变化率,根据当前堰塞坝溃口尺寸计算时刻,更新计算时间,重复步骤4.2)~4.6),循环计算堰塞坝溃口尺寸;

5)对步骤2)、3)和4)所获得的计算结果进行输出;

6)对步骤5)输出的数据结果进行解译;

7)读取堰塞坝及堰塞湖初始地理空间信息数据,结合步骤6)解译的堰塞湖库水水位、堰塞坝溃口流量和堰塞坝溃口尺寸,建立堰塞坝及堰塞湖三维时空数据模型;

8)基于步骤7)所得堰塞坝及堰塞湖三维时空数据模型,建立堰塞坝及堰塞湖三维时空实体模型,进行堰塞坝漫顶溃坝过程三维动态显示。

2.根据权利要求1所述的一种堰塞坝洪水漫顶溃坝过程仿真方法,其特征在于:所述堰塞坝及堰塞湖的地理空间信息数据包括堰塞坝库区及坝区的地形资料、堰塞坝库区及坝区的航测影像资料、数字高程资料和堰塞坝坝体外形尺寸;所述堰塞坝坝体外形尺寸包括坝高、顶宽、上下游边坡坡比、坝轴线长度和大坝顺河向长度;

所述堰塞湖的库水信息数据包括堰塞湖初始水面高程、堰塞湖任一水位及其所对应的库容数据、堰塞湖入库流量、堰塞坝溃口流量数据和堰塞湖库容信息;

所述堰塞坝坝体材料参数空间分布数据包括堰塞坝坝体材料不同空间位置的级配、曼宁系数、孔隙率、比重、黏聚力、内摩擦角、坝料起动系数和无因次启动剪应力。

3.根据权利要求1或2所述的一种堰塞坝洪水漫顶溃坝过程仿真方法,其特征在于,步骤2)具体包括以下步骤:

2.1)基于堰塞坝及堰塞湖信息数据,调取堰塞湖水面高程、堰塞湖入库流量和堰塞坝溃口流量数据;

2.2)读入初始堰塞湖库面高程、基于时间序列的堰塞湖入库流量数据和基于时间序列堰塞坝溃口流量数据;

2.3)根据入库、出库水量平衡,计算堰塞湖库水水量;

2.4)读入堰塞湖库水高程‑库面面积数据;

2.5)生成堰塞湖库容关系曲线;

2.6)基于堰塞湖库水水量计算结果,根据堰塞湖库容关系曲线,计算得出堰塞湖库面高程;

2.7)判断是否满足堰塞湖库面高程≤堰塞坝溃口底部高程;若是,则输出基于时间序列的堰塞湖库面高程数据;若否,则使用计算所得堰塞湖库面高程数据,对堰塞湖水面高程数据进行更新存储;读入计算时间变化率,根据当前堰塞湖库面高程计算时刻,更新计算时间,重复步骤2.3)~2.6),循环计算堰塞湖库面高程。

4.根据权利要求1所述的一种堰塞坝洪水漫顶溃坝过程仿真方法,其特征在于,步骤3)具体包括以下数据:

3.1)调取堰塞坝溃口信息和基于时间序列的堰塞湖库面高程数据;所述堰塞坝溃口信息包括堰塞坝溃口位置、溃口顶部宽度、溃口底部宽度、溃口两侧边壁坡比、溃口底部高程和基于时间序列的堰塞坝溃口流量;所述基于时间序列的堰塞湖库面高程数据为循环计算堰塞湖库面高程过程中得出的关于时间的堰塞湖库面高程;

3.2)读入初始堰塞湖高程、基于时间序列的堰塞湖入库流量数据和基于时间序列的堰塞坝溃口流量数据;

3.3)采用宽顶堰堰流公式计算堰塞坝溃口流量;

3.4)判断是否满足堰塞坝溃口流量≤0;若是,则输出基于时间序列的堰塞坝溃口流量数据;若否,则使用计算所得堰塞坝溃口流量数据,对堰塞坝溃口流量数据进行更新存储;

读入计算时间变化率,根据当前堰塞坝溃口流量计算时刻,更新计算时间,重复步骤3.3),循环计算堰塞坝溃口流量。

5.一种计算机可读存储介质,其特征在于:存储有用于实现权利要求1~4中任意一种堰塞坝洪水漫顶溃坝过程仿真方法的计算机程序。

6.一种堰塞坝洪水漫顶溃坝过程仿真系统,其特征在于:包括用于接收堰塞坝及堰塞湖信息数据的客户终端;所述客户终端工作时用于实现权利要求1~4中任意一种堰塞坝洪水漫顶溃坝过程仿真方法;所述客户终端包括堰塞湖库水计算模块、堰塞坝溃口流量计算模块、堰塞坝溃口尺寸计算模块和三维动态可视化模块;

所述堰塞湖库水计算模块读取堰塞湖入流信息和堰塞湖出流信息;根据水量平衡公式,循环计算堰塞湖库面高程,并输出堰塞湖库面高程计算结果;所述堰塞湖入流信息为堰塞湖关于时间的入库流量数据;所述堰塞湖出流信息为堰塞湖关于时间的溃口流量数据;

所述堰塞坝溃口流量计算模块调取堰塞坝溃口底部高程数据和堰塞湖库水计算模块输出的堰塞湖库面高程计算结果,按照宽顶堰堰流,循环计算堰塞坝溃口流量,输出堰塞坝溃口流量计算结果,并将输出结果对堰塞湖库水计算模块中的堰塞湖出流信息进行数据更新存储;

所述堰塞坝溃口尺寸计算模块调取堰塞坝溃口流量计算模块中的堰塞坝溃口流量计算结果数据,采用冲蚀公式计算堰塞坝溃口冲刷量;进一步计算堰塞坝溃口尺寸,输出堰塞坝溃口尺寸计算结果,并将输出结果对堰塞坝溃口流量计算模块中的堰塞坝溃口底部高程进行数据更新存储;

所述三维动态可视化模块对堰塞坝及堰塞湖地理空间动态数据进行调度;所述堰塞坝及堰塞湖地理空间动态数据,包括基于时间序列的堰塞湖库面高程计算结果、堰塞坝溃口流量计算结果、堰塞坝溃口尺寸计算结果,建立堰塞坝及堰塞湖三维时空数据模型,进一步建立堰塞坝及堰塞湖三维时空实体模型,并进行堰塞坝及堰塞湖三维动态可视化,最终在客户终端进行堰塞坝洪水漫顶溃坝过程三维动态显示。