准梯形及U形断面收缩水深简捷计算方法

根据准梯形及U形断面收缩水深的基本方程,经数学变换得到计算收缩水深的迭代计算公式,并结合收缩断面水力特点证明了该迭代式的收敛性,同时应用马克劳林级数展开迭代式,略去高阶无穷小量和回归分析的方法得到4种不同形式的收缩水深的近似式.误差分析及算例表明,利用回归分析得到的近似式具备简捷、准确、适用范围广的特点,在工程实用范围内,最大误差不超过0.32%,可以满足精度要求,克服了以往用查图查表及试算迭代法的缺点.     

悬链线形断面收缩水深的直接计算公式

【目的】致力于寻求悬链线形断面收缩水深的直接计算公式,以解决悬链线形断面收缩水深在理论上无法直接求解的问题。【方法】引入恰当的无量纲参数,对悬链线形断面收缩水深的基本方程进行数学变换,得到无量纲收缩水深的隐函数方程,根据特殊一元二次方程的定义,在工程适用范围内,对无量纲收缩水深a和收缩水深与悬链线形断面形状参数之比x的值进行回归分析,得到无量纲收缩水深隐函数方程的一元二次替代方程,解该一元二次方程,即可得到悬链线形断面收缩水深的直接计算公式。【结果】对公式进行误差分析及比较发现,在工程适用范围内,公式计算值的最大相对误差绝对值小于0.94%,高于现有计算公式精度。【结论】推求的悬链线形断面收缩水深的直接计算公式适用范围广、形式简捷、精度高,完全满足工程的实际需要。     

城门洞形断面收缩水深的近似计算公式

城门洞形断面收缩水深的计算需求解高次隐函数方程,理论上无解析解,传统的图解法或者试算法计算过程复杂,费时费力。通过引入无量纲收缩水深,对城门洞形断面收缩水深的基本方程进行恒等变形,得到收缩水深的近似计算公式。误差分析及实例计算表明,在工程常用范围内,收缩水深的最大相对误差小于1.1%。该公式形式简捷、精度高、适用范围广。     

悬链线形断面正常水深与临界水深的直接计算

近年来,悬链线形断面渠道得到越来越广泛的应用。悬链线形断面的临界水深和正常水深的计算需求解超越方程,无解析解。首先,结合悬链线形断面的几何特征、水力要素、均匀流与临界流的基本方程,引入合适的无量纲参数,导出悬链线形断面的均匀流和临界流方程;经数学变换后得到悬链线形断面正常水深和临界水深的牛顿迭代式,并利用优化拟合原理求出二者的初值计算公式,一次迭代后得到正常水深和临界水深的直接计算公式。最后对公式进行误差分析及比较,表明在工程适用范围内,正常水深和临界水深直接计算公式的最大相对误差绝对值分别为5.33×10^-5%和5.05×10^-5%,二次迭代后精度可分别提升10^8和10^6倍。     

抛物线形断面渠道共轭水深的直接计算公式

为了给抛物线形断面渠道闸后水跃共轭水深的计算提供显函数计算公式,对抛物线形断面共轭水深函数求一阶导数,并令导数函数为0求出临界水深;利用跃前水深与临界水深之比、临界水深与跃后水深之比,分别作为量纲为一的跃前水深和跃后水深,并引入量纲为一的共轭水深函数,使共轭水跃方程转化为量纲为一的函数方程,在对该方程分离变量后结合跃前、跃后水流能量特征建立跃前水深和跃后水深的迭代计算公式,并证明迭代公式的收敛性;为了进一步提高迭代方程的收敛效率,以量纲为一的跃前水深与跃后水深之积的最大值处,亦即迭代收敛最慢点处的真解的修正值为迭代计算初值,配合迭代方程进行一次迭代得到较为精确的直接计算公式.误差分析表明:在工程常用范围内,提出的跃前水深、跃后水深直接计算式的最大相对误差分别为0.47%和0.55%,公式简捷、准确、适用范围广.     

半立方抛物线形渠道正常水深算法

为了给半立方抛物线形渠道断面正常水深的计算提供一种简捷、通用、精度较高的显函数计算公式,根据迭代理论并采用优化计算确定初值函数的方法进行分析研究.通过引入断面特征水深的概念,对半立方抛物线形渠道正常水深的基本方程进行变换处理,推导出收敛速度较快的迭代公式,并证明了公式的收敛性;在断面特征水深范围即无量纲正常水深H∈[0.025,40]范围内,对迭代公式进行优化计算,取得合理的迭代初值函数;合理初值与迭代公式的配合使用,得到半立方抛物线形渠道断面正常水深的显函数直接计算公式,并对公式进行了误差分析以及用工程实例进行了验证.结果表明：在工程常用的断面特征水深范围内,正常水深的最大相对误差小于0.3%,计算公式具有形式简单、精度高、适用范围广的优点,该研究为排灌渠道的断面设计以及渠道流量控制时求解均匀流水深提供了简捷方法.     

半立方抛物线形渠道正常水深算法

为了给半立方抛物线形渠道断面正常水深的计算提供一种简捷、通用、精度较高的显函数计算公式,根据迭代理论并采用优化计算确定初值函数的方法进行分析研究.通过引入断面特征水深的概念,对半立方抛物线形渠道正常水深的基本方程进行变换处理,推导出收敛速度较快的迭代公式,并证明了公式的收敛性;在断面特征水深范围即无量纲正常水深H∈[0.025,40]范围内,对迭代公式进行优化计算,取得合理的迭代初值函数;合理初值与迭代公式的配合使用,得到半立方抛物线形渠道断面正常水深的显函数直接计算公式,并对公式进行了误差分析以及用工程实例进行了验证.结果表明：在工程常用的断面特征水深范围内,正常水深的最大相对误差小于0.3%,计算公式具有形式简单、精度高、适用范围广的优点,该研究为排灌渠道的断面设计以及渠道流量控制时求解均匀流水深提供了简捷方法.     

立方抛物线形断面收缩水深的直接计算研究

立方抛物线形断面收缩水深的计算需求解含已知参数的单变量高次方程,理论上无解析解。首次提出高次方程近似求解的迭代逼近-逐次优化拟合方法,基于迭代理论建立合适的拟合函数模型,选取适当的参数对其进行逐次优化拟合,得到一套高精度的直接计算公式,为明渠特征水深的精确计算提供了一条新的途径。误差分析及实例计算结果表明,在工程适用范围内,该公式的最大相对误差绝对值小于0.118%,精度高于现有的各类直接计算公式,具有较大的工程实用价值。     

典型断面渠道临界水深计算

系统总结了明渠特征水深研究领域的计算方法,评价了各方法的特点;为了优选出典型断面渠道临界水深简捷、通用、精度高、适用范围广的显式计算公式,通过定义包含典型断面几何要素及流量的量纲为一的参数,将目前成果中临界水深的显式计算公式用定义量纲为一的参数进行统一表达,并对其进行简捷性、精度及适用范围的综合评价比较,优选出梯形、圆形、弧底梯形、普通城门洞形、马蹄形等5种典型断面渠道临界水深的显式计算公式;对标准城门洞形断面的临界水深应用最优一致逼近原理,提出以幂函数形式分段表达的新显式计算公式．误差分析表明,在工程常用范围内,由推荐的显式公式所计算的6种典型断面的临界水深,其最大相对误差均小于1％,满足工程设计对精度的要求．该研究可为典型断面排灌渠道的设计及水力计算提供参考．     

基于改进粒子群算法求解马蹄形断面正常水深

为了解决马蹄形断面正常水深无显函数计算方法的现状,通过对明渠恒定均匀流方程进行数学变挟,得到了标准Ⅰ,Ⅱ型马蹄形过水断面正常水深求解的分段非线性约束优化问题．将粒子群算法中的权重函数随着迭代次数和不同粒子与最优粒子之间的距离大小进行调整,用以加速算法的收敛速度和提高粒子的搜索能力,并将调整惯性权重模型的粒子群优化算法运用到马蹄形断面正常水深的求解中．通过实例计算及误差分析表明：分段优化模型在水深特征点连续,且该法能100％收敛到全局最优解,故该方法求解马蹄形断面正常水深适用性强、计算精度高、算法实现简单,为马蹄形过水断面水力计算提供了一条新途径．     

悬链线形断面正常水深的直接计算公式

随着输水工程施工工艺的提高,悬链线形断面得到越来越广泛的应用,但悬链线形断面设计流量相应正常水深有解析解,而非设计流量相应正常水深的计算需求解超越方程,在理论上无法直接求解。首先,依据悬链线形断面几何特征、水力要素和正常水深基本方程,得到设计流量相应正常水深的解析解公式;其次,通过引入恰当的无量纲参数,导出悬链线形渠道正常水深的隐函数方程,经数学变换得到正常水深的迭代计算公式,同时给出正常水深的初值计算公式,经一次迭代得到非设计流量相应正常水深的直接计算公式。最后对公式进行误差分析及比较,结果表明,在工程适用范围内,初值计算公式和直接计算公式的最大相对误差绝对值分别小于0.054%和0.008 3%,远高于现有计算公式精度。     

U形渠道的水力特性及水力计算

U形渠道断面水力和结构性能优越,是渠道输水工程中较常采用的断面形式之一,水力计算中的正常水深、临界水深求解无显函数形式的表达公式。提出了U形渠道水力最佳断面的设计方法,并给出了确定U形渠道水力最佳断面底弧半径的计算公式。导出了U形渠道正常水深、临界水深水力计算的迭代公式,并给出了判别水深范围的界限流量计算公式。     

立方抛物线形渠道正常水深的显式计算

鉴于立方抛物线形断面正常水深的计算表达式一般均为超越方程,且含有不可积分函数,不能直接求解。本文借助高斯-勒让德求积公式,建立了计算湿周的三点格式和四点格式表达式;通过引入特征水深概念,对立方抛物线形断面正常水深基本方程进行数学变换,得到特征水深的隐函数方程。基于准二次函数概念和对数形式下的回归分析,提出了正常水深两套显式计算公式;通过与其他计算公式比较及误差分析发现,两套显式公式最大相对误差的绝对值分别为0.41%和0.36%,高于现有计算公式精度,且公式结构简捷、物理概念清晰、适用范围广。在计算精度要求较高时,建议采用显式公式一计算;在简捷程度要求较高时,建议采用显式公式二计算。     

幂律形水力最佳断面设计与正常水深计算方法

研究幂律形水力最佳断面设计与正常水深计算方法。应用微积分和极值原理,研究了幂律形断面渠道水力最佳断面的设计与计算方法,给出了幂律形断面渠道正常水深的迭代计算公式和显式近似计算公式,并证明了迭代公式的收敛性和显式计算公式的精度及应用范围。研究成果可以为渠道设计和计算提供参考依据。     

典型断面渠道正常水深计算

明渠正常水深的计算是排灌渠道设计中的一项重要工作.通过对典型渠道断面引入包含渠道糙率、底坡、断面几何要素和流量的一组量纲为一的参数,将目前文献中正常水深的显式计算公式进行量纲为一化的统一表达,使其更具有通用性并且方便进行相对误差评价;指出每种典型渠道断面量纲为一的参数在实际工程中的常用取值范围,在此范围内对各量纲为一的显式计算公式进行相对误差评价,作出相对误差全局分布图,比较各显式公式的最大相对误差和全局相对误差,并比较公式的简捷性,据此优选出梯形、圆形、弧底梯形、普通城门洞形、马蹄形等5种断面正常水深简捷、精度高、适用范围广的显式计算公式;应用最优一致逼近原理,提出标准城门洞形断面正常水深分段表示的显式计算公式.相对误差分析表明：推荐出的6种典型渠道断面正常水深的显式计算公式的最大相对误差均小于1%,可为典型断面排灌渠道的设计及水力计算提供有效的计算方法.     

宽浅式梯形渠道流速分布规律及流量计算方法研究

为研究宽浅式梯形明渠流速分布规律，简化渠道流量测量过程、提高测流精度、促进灌区工作效率提升，利用声学多普勒剖面流速仪进行流速、流量、断面面积的测定；通过正交距离回归算法对相对流速和相对水深与二次抛物线函数拟合，得到垂向流速分布规律，根据横向流速分布规律结合测量数据，利用线性拟合分析得到横向流速分布影响系数，最终通过待定系数法得到断面平均流速与中垂线表面流速的系数值。结果表明：测点实际流速与平均流速之比作为相对流速，拟合得到的宽浅式梯形渠道断面流速分布规律R2均在0.937以上，拥有较好的相关性；宽浅式梯形渠道测线平均流速横向流速分布符合乘幂函数分布形式，并对横向流速流速分布公式进行流速验证，在横向相对位置0.2<(B-2 d)/B<1区间内误差均小于5%；推导出了宽浅式梯形渠道中垂线表面流速与断面平均流速关系，对AB两地宽浅式梯形渠道干渠进行断面流量验证，实测流量与计算流量的误差小于5%，符合量水规范的要求，可实际用于灌区量水。     

明渠收缩段水深变化规律模型试验

通过水力学模型试验，对收缩段内水深变化规律进行观测，分析了收缩角、底坡及流量的变化对收缩段内流态影响，总结出三者对水深变化及水面波动的影响规律，得到了收缩段出口Fr随收缩角和流量的变化关系。根据动量定理推导了收缩段内壅水水深的计算公式，公式计算得到的收缩段内水深与试验测得水深基本一致。     

普通城门洞形断面临界水深的直接计算公式

普通城门洞形断面临界水深的计算涉及超越方程的求解,理论上无解析解。运用逐次优化拟合原理,求出其临界水深无量纲方程的近似解析解,提出了新的临界水深直接计算公式。结果表明,在工程适用参数范围内,临界水深计算值的最大相对误差绝对值为0.115%,平均相对误差绝对值仅为0.032%。新建立的城门洞形断面临界水深直接计算公式物理概念清晰明确,形式简捷,与现有的各类计算公式相比,计算精度高且适用范围广。     

溢洪道陡坡收缩段边墙水深计算和研究

受溢洪道地形、地质和水力条件等影响和要求,往往需要在溢洪道陡坡段上设置收缩段,直至其下游出口断面形成窄缝式挑坎。根据急流冲击波理论,对溢洪道陡坡段收缩的窄缝挑坎段边墙沿程水深计算方法进行分析和探讨,计算中考虑了陡坡段边墙转角、坡度和激震水跃段水体重量等因素,提出了溢洪道陡坡收缩段边墙沿程水深的初步计算方法。计算方法得到了水力模型试验的验证,成果可供溢洪道陡坡收缩段的窄缝挑坎边墙沿程水深计算参考。     

U形明渠收缩水深的迭代公式推求及程序实现

首先从理论上推求得到了U形明渠收缩水深的迭代计算公式,然后针对实例采用MATLAB语言进行了编程计算,通过应用实例可证明,采用U形明渠收缩水深的迭代计算公式,过程简单,结果精确,方法便于推广应用。