基于Qt 的割平頭法排澇計(jì)算軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

陳 爍，張絲葦

（上海勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200434）

引言

防洪排澇規(guī)劃作為城鎮(zhèn)總體規(guī)劃的重要內(nèi)容，是搞好城市防洪排澇基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的前提和基礎(chǔ)，若規(guī)劃設(shè)計(jì)不到位，則會(huì)導(dǎo)致城鎮(zhèn)防洪排澇能力下降，在一定程度上制約城市經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性發(fā)展[1]。排澇計(jì)算作為防洪排澇規(guī)劃的重要內(nèi)容，其計(jì)算成果決定著區(qū)域泵站及其他排澇設(shè)施的規(guī)模，確定適當(dāng)?shù)囊?guī)模有助于平衡工程投資與治澇效益之間的關(guān)系，而工程前期往往有多個(gè)方案，有時(shí)不可避免進(jìn)行多次排澇計(jì)算，依據(jù)割平頭法的排澇傳統(tǒng)計(jì)算方法計(jì)算效率不高且受限于原理可能出現(xiàn)差錯(cuò)，同時(shí)依據(jù)割平頭法傳統(tǒng)排澇計(jì)算方法的可移植性不強(qiáng)，往往改變了設(shè)計(jì)雨型，則后續(xù)計(jì)算過程也要發(fā)生較大變化。基于此，突破因原理而帶來的計(jì)算限制，開發(fā)一個(gè)能實(shí)現(xiàn)排澇自動(dòng)計(jì)算的軟件，可減輕工作量并提高效率，其在生產(chǎn)設(shè)計(jì)中，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

1 割平頭法排澇計(jì)算原理

割平頭法的計(jì)算公式為：

該計(jì)算方法又分圖解法與表解法兩種。圖解法先假定m 初值，得到排澇模數(shù)，之后在圖上畫出排澇流量，看排澇流量所割河道入流過程線的時(shí)段是否與m 的初值相同。若相同，則m 對應(yīng)的排澇模數(shù)為所求值；反之，重新假定m。表解法從數(shù)學(xué)和排澇的現(xiàn)實(shí)入手，從數(shù)學(xué)上看，在 k 和 Δh 一定時(shí)，M 只與 m 有關(guān)，因而 m=1，2，3…，24 時(shí)，可得一系列Mm值；而對排澇計(jì)算而言，排澇應(yīng)將澇水盡快排出去，故M=max（Mm）[2]。圖解法與表解法計(jì)算結(jié)果一致。

2 概況及軟件界面設(shè)計(jì)

2.1 概況

Qt 是跨平臺(tái)C++圖形界面應(yīng)用程序開發(fā)框架，其使用特殊的代碼生成擴(kuò)展以及一些宏，并允許真正地組件編程，其主要使用信號(hào)與槽機(jī)制來連接事件與函數(shù)間的關(guān)系，使界面與代碼完美配合[3]。本文介紹了基于Qt 進(jìn)行界面設(shè)計(jì)、使用C++語言進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)割平頭法排澇流量、排澇模數(shù)的自動(dòng)計(jì)算的基本情況。

2.2 軟件界面設(shè)計(jì)

該軟件界面設(shè)計(jì)包括五部分：（1）輸入?yún)^(qū)域；（2）輸出區(qū)域；（3）割平頭法計(jì)算按鈕；（4）導(dǎo)出計(jì)算說明書按鈕；（5）一張圖片，如圖1 所示。

其輸入?yún)^(qū)域（即初始所需資料）包括：（1）24 小時(shí)設(shè)計(jì)暴雨過程（mm）；（2）計(jì)算區(qū)域面積（km2）；（3）水面率；（4）調(diào)蓄水深（m）；（5）綜合徑流系數(shù)；（6）管網(wǎng)設(shè)計(jì)雨強(qiáng)（mm/h）。

其輸出區(qū)域（即計(jì)算結(jié)果）包括：（1）排澇模數(shù)（m3/s/km2）；（2）排澇流量（m3/s）。

3 排澇模數(shù)及排澇流量自動(dòng)計(jì)算設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)全部流程共包括7 個(gè)部分：（1）界面設(shè)計(jì)；（2）獲取輸入?yún)?shù)；（3）求設(shè)計(jì)凈雨過程；（4）求河道入流過程；（5）求求排澇模數(shù)、排澇流量；（7）計(jì)算說明書導(dǎo)出設(shè)計(jì)，如圖2 所示。

軟件主要計(jì)算設(shè)計(jì)步驟包括三大部分：（1）輸入?yún)?shù)的獲?。唬?）河道入流過程計(jì)算；（3）排澇計(jì)算。

3.1 輸入?yún)?shù)的獲取

針對割平頭法排澇流量、排澇模數(shù)的計(jì)算軟件設(shè)計(jì)，首先需要通過獲取輸入的參數(shù)然后進(jìn)行代碼編程計(jì)算，獲取輸入?yún)?shù)的主要代碼如下：

圖2 軟件設(shè)計(jì)流程圖

3.2 河道入流過程計(jì)算

河道入流過程計(jì)算可分為2 步，第1 步求解設(shè)計(jì)凈雨過程，第2 步求解河道入流過程。

第1 步：根據(jù)獲取的24 小時(shí)設(shè)計(jì)暴雨過程和綜合徑流系數(shù)，這里采用簡化方法，認(rèn)為兩者相乘即為設(shè)計(jì)凈雨過程，其主要代碼為：

第2 步：城市（鎮(zhèn)）包圍片陸域澇水主要通過管網(wǎng)匯集進(jìn)入河道，當(dāng)管網(wǎng)設(shè)計(jì)雨強(qiáng)大于設(shè)計(jì)暴雨產(chǎn)生的設(shè)計(jì)凈雨時(shí)，澇水可以通過管網(wǎng)全部排除，其河道入流即為設(shè)計(jì)凈雨；當(dāng)管網(wǎng)設(shè)計(jì)雨強(qiáng)小于設(shè)計(jì)暴雨產(chǎn)生的設(shè)計(jì)凈雨時(shí)，其河道入流為管網(wǎng)設(shè)計(jì)雨強(qiáng)對應(yīng)的凈雨深，其余凈雨深在下一時(shí)段排除。該步驟主要代碼為：

3.3 排澇模數(shù)及排澇流量計(jì)算

在河道入流過程計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，通過表解法先求占用可調(diào)蓄凈雨深時(shí)段的總?cè)肓鲀粲晟钤偾笈艥衬?shù)，排澇流量即為排澇模數(shù)×區(qū)域面積。

割平頭法的表解法，是通過計(jì)算出從m=1 至24 時(shí)段所有的表示假設(shè)占用可調(diào)蓄凈雨深的時(shí)段為m 個(gè)），再得到相應(yīng)m 值下排澇模數(shù)，所求的排澇模數(shù)即為所有m 值相應(yīng)排澇模數(shù)中的最大值。

該部分代碼主要設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于分別求出m=1、2、3……24 時(shí)段也就是計(jì)算所有連續(xù)m 個(gè)時(shí)段河道入流Q[i]的和，并取其最大值，比如m=3 時(shí)，需要分別計(jì)算河道入流 Q[1]+Q[2]+Q[3]、Q[2]+Q[3]+Q[4]、Q[3]+Q[4]+Q[5]、……、Q[22]+Q[23]+Q[24]共 22 個(gè)數(shù)值，并取其中最大值，該值即為該代碼詳細(xì)設(shè)計(jì)思路如圖3 所示。

按照上述代碼設(shè)計(jì)思路，采用3 層循環(huán)嵌套的方式，并創(chuàng)建了1 個(gè)二維數(shù)組R[m][j]作為中間變量，主要代碼如下所示：

4 計(jì)算實(shí)例

以宜興某小包圍片（圩區(qū)）為例，在軟件中輸入該片區(qū)面積3.77km2、水面率6.0%、調(diào)蓄水深0.8m、綜合徑流系數(shù)0.65 以及20 年一遇設(shè)計(jì)暴雨過程，并點(diǎn)擊“割平頭計(jì)算”按鈕，在輸出區(qū)可得計(jì)算結(jié)果，如圖4 所示。

圖4 實(shí)例計(jì)算結(jié)果

表1 計(jì)算過程表

為驗(yàn)證軟件計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性，點(diǎn)擊“導(dǎo)出計(jì)算說明書按鈕”可導(dǎo)出計(jì)算過程進(jìn)行檢查，如表1 所示，表中最大排澇模數(shù)M 值即為所求值。

5 結(jié)束語

基于Qt 的割平頭法排澇計(jì)算軟件，可自動(dòng)計(jì)算城市（鎮(zhèn)）包圍片某一標(biāo)準(zhǔn)24h 設(shè)計(jì)暴雨下相應(yīng)的排澇模數(shù)與區(qū)域排澇流量，大大提高了城市（鎮(zhèn)）包圍片排澇計(jì)算的計(jì)算效率和可靠性，其結(jié)果的合理性可通過計(jì)算說明書中的計(jì)算過程加以驗(yàn)證，該軟件的實(shí)現(xiàn)突破了因原理帶來的計(jì)算限制，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。