基于Qt 的割平頭法排澇計算軟件設計及實現

陳 爍，張絲葦

（上海勘測設計研究院有限公司，上海 200434）

引言

防洪排澇規劃作為城鎮總體規劃的重要內容，是搞好城市防洪排澇基礎設施建設的前提和基礎，若規劃設計不到位，則會導致城鎮防洪排澇能力下降，在一定程度上制約城市經濟的可持續性發展[1]。排澇計算作為防洪排澇規劃的重要內容，其計算成果決定著區域泵站及其他排澇設施的規模，確定適當的規模有助于平衡工程投資與治澇效益之間的關系，而工程前期往往有多個方案，有時不可避免進行多次排澇計算，依據割平頭法的排澇傳統計算方法計算效率不高且受限于原理可能出現差錯，同時依據割平頭法傳統排澇計算方法的可移植性不強，往往改變了設計雨型，則后續計算過程也要發生較大變化。基于此，突破因原理而帶來的計算限制，開發一個能實現排澇自動計算的軟件，可減輕工作量并提高效率，其在生產設計中，具有一定的應用價值。

1 割平頭法排澇計算原理

割平頭法的計算公式為：

該計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，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段是否與m 的初值相同。若相同，則m 對應的排澇模數為所求值；反之，重新假定m。表解法從數學和排澇的現實入手，從數學上看，在 k 和 Δh 一定時，M 只與 m 有關，因而 m=1，2，3…，24 時，可得一系列Mm值；而對排澇計算而言，排澇應將澇水盡快排出去，故M=max（Mm）[2]。圖解法與表解法計算結果一致。

2 概況及軟件界面設計

2.1 概況

Qt 是跨平臺C++圖形界面應用程序開發框架，其使用特殊的代碼生成擴展以及一些宏，并允許真正地組件編程，其主要使用信號與槽機制來連接事件與函數間的關系，使界面與代碼完美配合[3]。本文介紹了基于Qt 進行界面設計、使用C++語言進行編程實現割平頭法排澇流量、排澇模數的自動計算的基本情況。

2.2 軟件界面設計

該軟件界面設計包括五部分：（1）輸入區域；（2）輸出區域；（3）割平頭法計算按鈕；（4）導出計算說明書按鈕；（5）一張圖片，如圖1 所示。

其輸入區域（即初始所需資料）包括：（1）24 小時設計暴雨過程（mm）；（2）計算區域面積（km2）；（3）水面率；（4）調蓄水深（m）；（5）綜合徑流系數；（6）管網設計雨強（mm/h）。

其輸出區域（即計算結果）包括：（1）排澇模數（m3/s/km2）；（2）排澇流量（m3/s）。

3 排澇模數及排澇流量自動計算設計

軟件設計全部流程共包括7 個部分：（1）界面設計；（2）獲取輸入參數；（3）求設計凈雨過程；（4）求河道入流過程；（5）求求排澇模數、排澇流量；（7）計算說明書導出設計，如圖2 所示。

軟件主要計算設計步驟包括三大部分：（1）輸入參數的獲取；（2）河道入流過程計算；（3）排澇計算。

3.1 輸入參數的獲取

針對割平頭法排澇流量、排澇模數的計算軟件設計，首先需要通過獲取輸入的參數然后進行代碼編程計算，獲取輸入參數的主要代碼如下：

圖2 軟件設計流程圖

3.2 河道入流過程計算

河道入流過程計算可分為2 步，第1 步求解設計凈雨過程，第2 步求解河道入流過程。

第1 步：根據獲取的24 小時設計暴雨過程和綜合徑流系數，這里采用簡化方法，認為兩者相乘即為設計凈雨過程，其主要代碼為：

第2 步：城市（鎮）包圍片陸域澇水主要通過管網匯集進入河道，當管網設計雨強大于設計暴雨產生的設計凈雨時，澇水可以通過管網全部排除，其河道入流即為設計凈雨；當管網設計雨強小于設計暴雨產生的設計凈雨時，其河道入流為管網設計雨強對應的凈雨深，其余凈雨深在下一時段排除。該步驟主要代碼為：

3.3 排澇模數及排澇流量計算

在河道入流過程計算結果的基礎上，通過表解法先求占用可調蓄凈雨深時段的總入流凈雨深再求排澇模數，排澇流量即為排澇模數×區域面積。

割平頭法的表解法，是通過計算出從m=1 至24 時段所有的表示假設占用可調蓄凈雨深的時段為m 個），再得到相應m 值下排澇模數，所求的排澇模數即為所有m 值相應排澇模數中的最大值。

該部分代碼主要設計難點在于分別求出m=1、2、3……24 時段也就是計算所有連續m 個時段河道入流Q[i]的和，并取其最大值，比如m=3 時，需要分別計算河道入流 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 個數值，并取其中最大值，該值即為該代碼詳細設計思路如圖3 所示。

按照上述代碼設計思路，采用3 層循環嵌套的方式，并創建了1 個二維數組R[m][j]作為中間變量，主要代碼如下所示：

4 計算實例

以宜興某小包圍片（圩區）為例，在軟件中輸入該片區面積3.77km2、水面率6.0%、調蓄水深0.8m、綜合徑流系數0.65 以及20 年一遇設計暴雨過程，并點擊“割平頭計算”按鈕，在輸出區可得計算結果，如圖4 所示。

圖4 實例計算結果

表1 計算過程表

為驗證軟件計算結果準確性，點擊“導出計算說明書按鈕”可導出計算過程進行檢查，如表1 所示，表中最大排澇模數M 值即為所求值。

5 結束語

基于Qt 的割平頭法排澇計算軟件，可自動計算城市（鎮）包圍片某一標準24h 設計暴雨下相應的排澇模數與區域排澇流量，大大提高了城市（鎮）包圍片排澇計算的計算效率和可靠性，其結果的合理性可通過計算說明書中的計算過程加以驗證，該軟件的實現突破了因原理帶來的計算限制，具有一定的應用價值。