(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111482825.8 (22)申请日 2021.12.07 (71)申请人 武汉大学 地址 430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山 武汉大学 (72)发明人 邓金运　岳红艳　林家业　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 专利代理师 俞琳娟 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06Q 10/06(2012.01) G06Q 50/26(2012.01) G06F 113/08(2020.01) (54)发明名称 平原复杂河网纵向水系连通度的计算、 评价 方法及装置 (57)摘要 本发明提供提供平原复杂河网纵向水系连 通度的计算、 评价方法及装置， 考量多因素对连 通度的综合影响且对不同河网均有较强的适用 性。 计算方法包括： 步骤1.构建河网图模型； 步骤 2.表征节点间连通水平： 基于河道中水体动量来 表征河网图G的边权值， 以此体现河道的动态输 水能力与连通水平； 构造连通度因子作为河网图 的边权值， 用于表征节点间连通水平的好坏； 步 骤3.计算河网加权连通度： 对于无边直接相连， 但能通过多条边间接相连的节 点， 采用矩阵乘法 计算节点间连通度； 任意两河流节 点间的连通度 用节点间连通度的平均值表示； 河网整体的加权 连通度用所有节点连通度的平均值表示。 权利要求书4页 说明书8页 附图5页 CN 114491920 A 2022.05.13 CN 114491920 A 1.平原复杂河网纵向水系连通度的计算方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1.构建河网图模型； 步骤2.表征节点间连通水平： 基于河道中水体动量来表征河网图G的边权值， 以此体现河道的动态输水能力与连通 水平； 单位时间内通过某一断面的水体动量表示 为： p＝mv＝ρQtv ∝Qv                  (1)式中， Q为通过断面的流量， v为断面平均流 速； v流速用反映河道坡度、 断面形态和河道糙 率的相关参数表征为式(2)： 式中， n为曼宁糙 率系数， R为河道水力半径， Sf为摩阻坡度； 构造连通度因子wij∈(0， 1)作为河网图的边权值， 用于表 征节点间连通水平的好坏， 其 值越大， 表征的节点间连通性越好， 当流量为0时， 连通度因子也为0， 避免出现连而不通的 情形， 其计算公式为式(3)： 式中， Qij为通过河网图边节点i和节点j段的平均流量， vij为通过河网图边节点i和节点 j段的平均流速， a为 流量敏感性系数； 步骤3.计算河网加权连通度： 对于无边直接相连， 但能通过多条边间接相连的节点， 采用矩阵乘法计算节点间连通 度； 任意两河流节 点间的连通度用节 点间连通度的平均值表 示； 对河网整体来说， 河网加权 连通度用所有节点连通度的平均值表示。 2.根据权利要求1所述的平 原复杂河网纵向水系连通度的计算方法， 其特 征在于： 其中， 在步骤1中， 将河道交汇点、 边界点以及水工建筑物作为图的顶点， 将河道作为图 的悬挂边、 边或多重边， 将水体流动方向用箭头表示， 构建河网有向图模型， 将河网图表示 为邻接矩W ＝(wij)n×n， 式中， wij表示节点di和节点dj之间的关系。 3.根据权利要求1所述的平 原复杂河网纵向水系连通度的计算方法， 其特 征在于： 其中， 在步骤3中， 对于无边直接相连， 但能通过多条边间接相连的节点， 采用矩阵乘法 计算节点间连通度： 式中， 表示从节点di经过m‑1个中间节点到达dj的水流通道的连通性水平， k为节点 编号； 若从节点di有多条路径可到达dj， 其连通性取 决于各路径连通水平的最大值； 建立河 网连通度矩阵： U＝(uij)n×n， m＝1， 2， . ..， n‑1        (5) 节点间连通度uij用来衡量河网中任意两河流节点间的连通性， 节点di的连通度Ui用uij 的平均值表示 为：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114491920 A 2对河网整体来说， 河网加权连通度U用所有节点连通度Ui的平均值表示 为： 4.平原复杂河网纵向水系连通度的评价方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤I.采用权利要求1至3中任意一项所述的平原复杂河网纵向水系连通度的计算方 法计算得到各工况 下的河网加权连通度； 步骤II.河网连通水平评价： 确定研究区域内最大洪水过程的河网加权连通度， 并以此作为标准值； 然后比较各工 况下河网加权连通度与标准 值的关系， 确定该工况 下的河网连通水平。 5.根据权利要求 4所述的平 原复杂河网纵向水系连通度的评价方法， 其特 征在于： 其中， 在步骤II中， 基于步骤I中计算所得各工况下的河网加权连通度， 选取河网实际 运用过程中最大洪水过程所对应的河网加权连通度作为标准值， 并对各待评价工况计算指 标值进行标准化处理， 然后比较各工况下河网加权连通度与标准值的关系， 确定该工况下 的河网连通水平： 当河网加权连通度U≥标准值 ×75％， 表示河网连通度非常好， 连通等级 为优； 当标准值 ×75％＞河网加权连通度U ≥标准值 ×50％， 表示河 网连通度比较好， 连通 等级为良； 当标准值 ×50％＞河 网加权连通度U≥标准值 ×25％， 表示河网连通度一般， 连 通等级为合格； 当标准值 ×50％＞河网加权连通度U≥标准值 ×25％， 表示河网连通度不 好， 连通等级为差 。 6.平原复杂河网纵向水系连通度计算装置， 其特 征在于， 包括： 模型构建部， 构建河网图模型； 连通水平 表征部， 表征节点间连通水平： 基于河道中水体动量来表征河网图G的边权值， 以此体现河道的动态输水能力与连通 水平； 单位时间内通过某一断面的水体动量表示 为： p＝mv＝ρ Qtv ∝Qv              (1)式中， Q为通过断面的流量， v为断面平均流速； v流 速用反映河道坡度、 断面形态和河道糙 率的相关参数表征为式(2)： 式中， n为曼宁糙 率系数， R为河道水力半径， Sf为摩阻坡度； 构造连通度因子wij∈(0， 1)作为河网图的边权值， 用于表 征节点间连通水平的好坏， 其 值越大， 表征的节点间连通性越好， 当流量为0时， 连通度因子也为0， 避免出现连而不通的 情形， 其计算公式为式(3)： 式中， Qij为通过河网图边节点i和节点j段的平均流量， vij为通过河网图边节点i和节点 j段的平均流速， a为 流量敏感性系数；权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114491920 A 3