[发明专利]一种河道横断面形式识别与断面面积计算方法

说明书

本发明公布了一种河道横断面形式识别与断面面积计算方法，基于计算机编程技术提出河道中点距断面分析方法，解决了在变化环境中因河道横断面的复杂性与多样性无法通过现有的方法进行横断面分析计算的难题；本发明采用河道中点距断面分析方法来协助计算机程序识别水流位置，通过编程技术对河道断面进行分析判断，实现利用水位与断面数据自动分析河道过水断面范围，提取相应垂线水深，计算过水断面面积；支持单一断面、复式断面等各类情况，适用于不同的水力条件下的河道过水断面面积计算分析；本发明应用于水文自动检测设备和水文计算领域，可提升设备和软件对河道断面过水面积的分析能力，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种基于河道中点距断面分析方法的河道横断面形式识别与断面面积计算方法。

背景技术

近年来随着计算机技术的发展和对水资源开发利用的日益重视，出现了一批嵌入式水文自动测报设备和水文监测计算软件，其中以河道流量分析监测最为常见。流量监测采用最为广泛的是流速面积法，是通过实测过水断面流速和河道过水断面面积来推求流量的方法，可见过水断面面积是流量测算的关键要素之一，其计算精度直接关系着流量测验的准确性。

计算机编程方面则有吕良军、李峰等利用MATLAB软件中的多项式拟合函数对河道断面数据进行曲线拟合，从而消除断面数据固有的折线形态，使断面测量数据更加接近真实的河道形态。但过水断面面积分析算法只依据拟合大断面和水位进行分析，算法按照起点距顺序依次和大断面高程进行比对，确定左右岸水边起点距，锁定过水断面范围与相应垂线水深，从而计算过水断面面积。此算法适用于单一断面，且断面走势较为规则，呈“U”型无特殊起伏变化。当河道断面为复式断面、起伏变化较为复杂或水力条件多变的河道时，按照此算法程序将提取出若干无效水边，而无法判断水流的真实位置，导致过水断面范围与垂线水深提取错误，无法满足实际测验需求。

为此，从河道横断面的复杂性、多样性与计算机编程的特性出发，提出一种基于河道中点距断面分析方法的河道横断面形式识别与断面面积计算方法，通过添加河道中点距可识别河道水流位置，判断出断面的类别，如单一断面、复式断面等，可准确的分析出不同的水力条件下的河道水流位置，计算河道过水断面面积，从而为水文计算开拓了新的思路和方法，为水文监测提供了可靠的数据支撑。

发明内容

本发明是为解决上述问题而进行的，目的在于提供一种可准确的分析出不同的水力条件下的河道水流位置，自动识别河道横断面形态和计算过水断面面积的方法。

本发明为实现上述目的，采用以下方案：

河道中点距指河道每个过水断面内测得高程的最低点所对应的起点距，此值必须存在于大断面测量数据中。可设置多个，至少设置一个，其个数代表河道断面中存在分流的数量。河道中点距名词是首次提出，水文测验学中并无对应概念。

接收通过用户预定的方式获取到的河道横断面基础数据，其中，数据至少包括以下三种：大断面数据、水位、河道中点距；在满足以上预定条件的情况下，通过河道中点距来协助识别河道断面水流位置，从而对不同断面形式和水力条件下的水道断面进行分析，实现利用水位与断面数据自动识别河道水流位置，判断断面类别，如单一断面、复式断面等，再进行垂线提取与面积计算，方法流程见图1。

包括以下步骤：步骤1.对大断面数据与水位Z进行合理性分析，其水位Z值必须介于河道过水断面最低高程与河道左岸或右岸最低高程之间，若通过，则认为河道大断面数据与水位Z匹配合理；步骤2.确定河道中点距在大断面数据中所对应的起点距L与高程H，当水位Z大于高程H时，利用水位Z从起点距L位置向左右两岸分别依次比对，通过内插法确定左右岸水边数据；包括以下子步骤：子步骤2-1.当设定两个以上河道中点距时，程序算法可推求出多组水边数据，此时需对每组水边数据进行比对分析，如水边数据数值相同则合并为单一断面，并舍去多余水边数据，如数值不同且呈递增关系则为复式断面；步骤3.通过水边数据锁定过水断面范围，提取各起点距对应的测深垂线与相邻垂线间水面宽度通过数学梯形算法计算出每一部分的面积，各部分面积的总和即为河道横断面面积。