一种评价堤防工程防洪能力的可视化方法与流程

本发明涉及水利工程领域，尤其涉及一种评价堤防工程防洪能力的可视化方法。

背景技术：

堤防工程防洪能力主要为，在保证稳定安全的前提下，保证不漫堤、护砌不损坏时的极限水文、气象条件的组合，对于不同的水位条件有不同的气象条件组合。目前，评价堤防工程防洪能力的可视化方法尚不多见，一般是通过堤防工程设计、规划条件下的设计参数复核后，对比堤防工程现状特性参数，评价现状堤防工程是否满足设计、规划标准要求。

堤防工程设计时，设计参数取值往往考虑取整并留有一定富裕值，设计值比设计条件下的计算值也大。上述方法诠释了堤防工程是否达到了设计、规划标准，亦即堤防工程的达标复核分析，并不能全面展现堤防工程防洪能力。另一方面，随着对水利工程防洪(汛)调度、运行管理要求的逐步提高，暴雨和台风极端气候的增多，非设计条件时的堤防工程防洪能力逐步成为关注的焦点，基于设计、规划条件的复核分析方法已经不能满足对防洪(汛)调度、运行管理要求。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的种种不足，本发明要解决的技术问题在于提供一种可迅速查到和计算堤防工程不同的水位和风速组合评价堤防工程防洪能力的可视化方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种评价堤防工程防洪能力的可视化方法，包括以下步骤：

S1，确定堤防工程防洪能力评价指标W及评价指标W的影响因子N，堤防工程分段及现状评价指标量值W0；

S2，基于单一分段堤防工程不同影响因子N条件下，获取指标量值(W_N)_p；

S3，绘制单一分段堤防工程不同影响因子N—评价指标量值W_N多重曲线图；

S4，获取单一分段堤防工程防洪能力；

S5，获取各分段堤防工程防洪能力；

S6，绘制堤防工程不同因子时评价指标量值线图，所述评价指标量值线图中包括现状基准线，不同风速因子对应的评价指标量值线。

进一步地，所述步骤S1包括：

S11，确定堤防工程防洪能力评价指标W及评价指标W的影响因子N，所述评价指标W包括堤顶高程Z、护砌厚度t，影响因子N包括水位因子H、风速因子v；

S12，根据堤防工程走向，水文，气象，管理，调度和运行条件，确定分段堤防工程，编号为a、……、p、……q；

S13，确定分段堤防工程评价指标现状量值(W₀)_p，包括堤顶高程(Z₀)_p、护砌厚度(t₀)_p。

进一步地，所述步骤S2包括：

S21，选定水位因子H量值范围，量值范围为防洪警戒水位至满足堤防工程稳定要求最高水位，在量值范围内确定m个分级水位因子Hi(1≤i≤m)，包括防洪警戒水位、保证水位、现状设计水位、规划设计水位、历史最高水位、各防洪标准对应水位；

S22，选定堤防主风向和风速位因子v量值范围，量值范围多年平均风速至历史最大风速，并包含堤防工程设计风速，在量值范围内初选n个分级风速因子vj(1≤j≤n)；

S23，对编号为p的堤段，以上述步骤S21中确定的水位因子Hi(1≤i≤m)为基础条件，采用公式或数值模拟方法，分别获取步骤S22中确定的不同分级风速因子vj(1≤j≤n)条件下的评价指标量值(WHi,vj)p(1≤i≤m，1≤j≤n)；

进一步地，所述步骤S3包括：

S31，对应不同的评价指标W，分别建立坐标系，X轴为分级风速因子v、Y轴为评价指标W，或X轴为评价指标W、Y轴为分级风速因子v，在风速因子轴画出风力等级范围；

S32，以步骤S2中确定的水位因子Hi(1≤i≤m)为基础条件，将步骤S2中计算的不同分级风速因子vj(1≤j≤n)及该条件下的评价指标量值(WHi,vj)p，分别绘制在建立的坐标系下，通过数值拟合用平滑曲线连接各点，建立不同影响因子N－评价指标量值WN的多重曲线。

进一步地，所述步骤S4包括：

S41，根据步骤S1中确定的不同评价指标现状量值(W0)p，在建立不同影响因子N－评价指标量值WN的多重曲线中，分别建立现状量值线；

S42，根据步骤S2确定的水位因子Hi(1≤i≤m)，在与步骤S3建立的不同影响因子N－评价指标量值WN的多重曲线上分别选定曲线，或通过相邻多重线插值分别计算得出曲线；

S43，根据步骤S42选定或插值计算得出的曲线，分别读出曲线与现状量值线的交点横坐 标，横坐标为评价指标现状量值(W0)p和水位因子Hi条件下的风速因子最大限值和对应最大风力等级评价该段堤防工程水位因子Hi条件下不同评价指标的防洪能力，采用“水位因子名称(水位因子量值Hi)+最大风力等级(风速因子最大限值)”表示；

S44，对比步骤S43确定的该堤段不同评价指标现状量值(W0)p和水位因子Hi条件下的风速因子最大限值最小值为该水位因子条件下该堤段风速因子最大限值和对应最大风力等级评价该段堤防工程水位因子Hi条件下的防洪能力，采用“水位因子名称(水位因子量值Hi)+最大风力等级(风速因子最大限值)”表示。

优选地，基于S1确定的分段堤防工程，重复步骤S2、S3、S4，分别获取各分段堤防工程防洪能力。

进一步地，所述步骤S6还包括：

S61，绘制堤防工程图；

S62，在堤防工程图上，根据S1确定的分段堤防工程，分别沿堤防工程走向绘制现状基准线，形成堤防工程防洪能力评价现状基准图；

S63，根据步骤S2确定的水位因子名称及量值，选取单一水位因子H，以及对应的不同影响因子N－评价指标量值WN的多重曲线，按S2确定的分级风速因子vj(1≤j≤n)，分别确定曲线上评价指标量值WH,vj，并按分级风速因子分别绘制于堤防工程防洪能力评价现状基准图上，形成堤防工程H水位时评价指标量值线图；

S64，根据步骤S2确定的水位因子名称及量值，重复步骤S63、S64，形成m幅不同水位时评价指标量值线图。

进一步地，不同风速因子对应的评价指标量值线，采用分线色表示，并分别标识出量值；评价指标量值线根据评价指标量值与现状量值的相对大、小关系，分线性表示。

通过以上技术方案，本发明相较于现有技术具有以下技术效果：本发明简单实用，通过不同影响因子N－评价指标量值WN的多重曲线，可迅速查到和计算堤防工程不同的水位和风速组合，评价堤防工程防洪能力。不同水位因子条件时评价指标量值线图实现了评价堤防工程防洪能力可视化，并为防洪(汛)调度、运行管理创造了便捷条件。

附图说明

图1显示为本发明的一种评价堤防工程防洪能力的可视化方法的步骤流程图。

图2显示为本发明的一种评价堤防工程防洪能力的可视化方法中步骤S1的流程图。

图3显示为本发明的一种评价堤防工程防洪能力的可视化方法中步骤S2的流程图。

图4显示为本发明的一种评价堤防工程防洪能力的可视化方法中步骤S3的流程图。

图5显示为本发明的一种评价堤防工程防洪能力的可视化方法中步骤S4的流程图。

图6显示为本发明的一种评价堤防工程防洪能力的可视化方法中不同影响因子N－评价指标量值WN的多重曲线图。

图7显示为本发明的一种评价堤防工程防洪能力的可视化方法中步骤S6的流程图。

图8显示为本发明的一种评价堤防工程防洪能力的可视化方法中H水位时评价指标量值线图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图8。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

为了评价堤防工程的防洪能力，本发明提供一种评价堤防工程防洪能力的可视化方法，参阅图1所示，包括以下步骤：

S1，确定堤防工程防洪能力评价指标W及评价指标W的影响因子N，堤防工程分段及现状评价指标量值W0。参阅图2所示，步骤S1具体包括：

S11，确定堤防工程防洪能力评价指标W及评价指标W的影响因子N，评价指标W包括堤顶高程Z、护砌厚度t，影响因子包括水位因子H、风速因子v；

S12，根据堤防工程走向，水文，气象，管理，调度和运行条件，确定分段堤防工程，编 号为a、……、p、……q；

S13，确定分段堤防工程评价指标现状量值(W0)p，包括堤顶高程(Z0)p、护砌厚度(t0)p。

S2，基于单一分段堤防工程不同影响因子N条件下，获取指标量值(WN)p。参阅图3所示，步骤S2具体包括：

S21，选定水位因子H量值范围，量值范围为防洪(汛)警戒水位至满足堤防工程稳定要求最高水位，在量值范围内确定m个分级水位因子Hi(1≤i≤m)，包括防洪(汛)警戒水位、保证水位、现状设计水位、规划设计水位、历史最高水位、各防洪标准对应水位；

S22，选定堤防主风向和风速位因子v量值范围，量值范围多年平均风速至历史最大风速，并包含堤防工程设计风速，在量值范围内初选n个分级风速因子vj(1≤j≤n)；

S23，对编号为p的堤段，以上述步骤S21中确定的水位因子Hi(1≤i≤m)为基础条件，采用公式或数值模拟方法，分别计算上述步骤S22中确定的不同分级风速因子vj(1≤j≤n)条件下的评价指标量值(WHi,vj)p(1≤i≤m，1≤j≤n)。其中，公式是指国内外、地方或行业各种通用的计算公式，数值模拟是指通过建立数学模型模拟计算在某一给定条件下评价指标量值的常用方法，无论哪种方法，只要能给出在不同条件下，评价指标的量化数值即可，有时这些数值甚至在人类现有研究手段还无法准确计算，但根据经验或调查仍可以给出定性上合理的量值也可。

S3，绘制单一分段堤防工程不同影响因子N—评价指标量值WN多重曲线图(图5所示)。参阅图4所示，步骤S3具体包括：

S31，对应不同的评价指标W，分别建立坐标系，X轴为分级风速因子v、Y轴为评价指标W，或X轴为评价指标W、Y轴为分级风速因子v，在风速因子轴画出对应风速因子的风力等级范围；

S32，以上述步骤S2中确定的水位因子Hi(1≤i≤m)为基础条件，将步骤S2中计算的不同分级风速因子vj(1≤j≤n)及该条件下的评价指标量值(WHi,vj)p，分别绘制在建立的坐标系下，通过数值拟合用平滑曲线连接各点，建立不同影响因子N－评价指标量值WN的多重曲线；其中，多重曲线重数等于确定的水位因子Hi数量。

S4，获取单一分段堤防工程防洪能力。参阅图6所示，步骤S4具体包括：

S41，根据上述步骤S1中确定的不同评价指标现状量值(W0)p，在与上述步骤S3建立的不同影响因子N－评价指标量值WN的多重曲线上，分别绘制现状量值线。

S42，根据上述步骤S41建立的的水位因子Hi(1≤i≤m)，在上述步骤S3建立的不同影响因子N－评价指标量值WN的多重曲线上选定曲线，或通过相邻多重线插值计算得出曲线；

S43，根据上述步骤S42选定或插值计算得出的曲线，分别读出曲线与现状量值线的交点横坐标，横坐标为评价指标现状量值(W0)p和水位因子Hi条件下的风速因子最大限值和对应最大风力等级评价该段堤防工程水位因子Hi条件下不同评价指标的防洪能力，采用“水位因子名称(水位因子量值Hi)+最大风力等级(风速因子最大限值)”表示；

S44，对比上述步骤S43确定的该堤段不同评价指标现状量值(W0)p和水位因子Hi条件下的风速因子最大限值最小值为该水位因子条件下该堤段风速因子最大限值和对应最大风力等级评价该段堤防工程水位因子Hi条件下的防洪能力，采用“水位因子名称(水位因子量值Hi)+最大风力等级(风速因子最大限值)”表示。

S5，获取各分段堤防工程防洪能力，根据S1确定的分段堤防工程，重复上述步骤S2、S3、S4，分别获取各分段堤防工程防洪能力。

S6，绘制堤防工程不同影响因子条件时评价指标量值线图，参阅图7所示，步骤S6具体包括：

S61，绘制堤防工程平面图、鸟瞰图；

S62，在堤防工程平面图、鸟瞰图上，根据S1确定的分段堤防工程，分别沿堤防工程走向绘制现状基准线，形成堤防工程防洪能力评价现状基准图；

S63，根据上述步骤S2确定的水位因子名称及量值，选取单一水位因子H，以及对应的不同影响因子N－评价指标量值WN的多重曲线，按S2确定的分级风速因子vj(1≤j≤n)，分别确定曲线上评价指标量值WH,vj，并按分级风速因子分别绘制于堤防工程防洪能力评价现状基准图上，建立H水位时评价指标量值线图(图8所示)。H水位时评价指标量值线图中，采用箭头标识各堤段主风向并标识主风向名称；现状基准线，不同风速因子对应的评价指标量值线，采用分线色表示，并分别标识出量值；评价指标量值线根据评价指标量值与现状量值的相对大、小关系，分线性表示。

S64，根据上述步骤S2确定的水位因子名称及量值，重复上述步骤S63、S64，分别建立不同水位因子条件时评价指标量值线图。

综上所述，本发明一种评价堤防工程防洪能力的可视化方法简单实用；通过不同影响因子N条件下评价指标量值WN和评价指标现状量值对比图，可迅速查到和计算堤防工程不同的水位和风速组合，评价堤防工程防洪能力；不同水位因子条件时评价指标量值线图实现了评价堤防工程防洪能力可视化，为防洪(汛)调度、运行管理创造了便捷条件。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。