基于沙里寨水文站水面流速系数分析研究

在实测河道流量时,往往因为洪水涨落急剧、洪峰历时短无法采用多点法施测流速;或在采用浮标法及缆道流速仪法施测流量时,多采用水面一点法施测流速,而在计算垂线平均流速时涉及水面流速系数的问题.通过对大洋河沙里寨水文站实测的垂线五点流速,建立水面与垂线平均流速相关关系,确定该站水面流速系数.     

基于水面一点法的明渠流量计算方法研究

针对当前接触式流速仪测流难度大的问题，提出了一种非接触式流量计算方法。由于渠道水流中垂线平均流速与断面平均流速近似相同，垂线平均流速与垂线水面处流速的比值为恒定值，因此可以通过该恒定值与中垂线水面流速、断面面积三组参数实现对明渠断面流量的计算。以东深供水工程某段矩形明渠为研究对象，对不同垂线上实测流速进行积分计算垂线平均流速，通过实测流速拟合抛物线函数流速分布公式计算垂线水面处流速，同时将垂线平均流速与垂线水面处流速的比值作为流量系数。结果发现，基于该流量系数的计算流量与实测流量十分接近，表明本文提出的水面一点法保证测流精度的同时能有效降低测流难度。提出的基于水面一点法的明渠流量计算方法具有较高精度，可为东深供水工程渠道流量实时监测及其他灌区快速测流提供理论依据。     

乐昌水位站水位流量关系计算检验

无实测流量资料的水文站要建立较高精度的水位～流量关系，可根据站点所在流域自然地理环境及地区综合性的水文特征，利用上、下游邻近水文测站多年实测洪峰流量资料求得面积比指数，进而推求洪峰流量。用该法对乐昌水位（二）站水位流量进行计算、验证分析，结果表明不论是采用上游参证放大或下游参证站缩小，所建立的曲线都在流速测精度范围内。     

明渠水流流层平均流速分布规律及其应用

为提高灌区用水管理水平及水资源利用效率,基于室内及田间实测资料,利用指数律计算了流层平均流速,采用双幂律拟合流层平均流速垂向分布,给出了相关参数的确定方法,并基于流层平均流速分布双幂律提出了"水面流速法"实现明渠测流。经室内及田间实测资料验证,双幂律可以准确表达流层平均流速垂向分布特点,在0.1≤y/h≤0.95的范围内,除个别点外,双幂律计算流速与实测流速的相对误差在±5%以内;首次提出的"水面流速法"只需测量水面中点流速及水位,即可根据断面参数计算渠道流量,测流结果精度较高。与传统方法相比,"水面流速法"无需改造渠道,不干扰水流,在不降低测流精度的条件下,大大节省了田间测流工作量,适应灌区对量水自动化与信息化的发展需求,可以在生产实际中推广应用。     

灌区量测水方法与技术研究进展

精准的灌区量测水方法与技术是减少灌区无效弃水，保障灌区用水安全的重要手段。针对灌区明渠量测水方法与技术，系统阐述了水工建筑物量水、特设量水设备量水、流速—面积法量水和水位—流量法量水4种方法的研究进展，归纳分析了4种量测水方法的适用条件及量测精度，阐述了不同场景下明渠量测水方法应用情况。结果表明：配备水位传感器等设备的量水建筑物为数据获取与传输提供了便利；优化建筑物结构特征可提升建筑物适用范围和测量精度，推动了特设量水设备技术发展。流速—面积法因量测精度高常用于校准其他量测水方法，但其操作复杂、耗时长导致测流效率较低，随着超声波等技术日趋成熟，可用以复杂流态流量的测量工作；流速分布规律作为流速—面积法量水的基础，利用流速分布规律可建立点流速与断面平均流速的关系，进而通过点流速获取断面流量。水位—流量法受断面参数影响显著，仅对特定工况可用，因此难以推广。利用机器学习方法处理大量水位与流量关系的历史数据对水位预测流量提供了数据处理手段。最后，探讨了非接触式量测水技术以及模型算法对流量预测的发展前景，结合目前研究基础和实际需求对未来的研究方向进行了讨论，以期为进一步提高量测水精度、降低量测水...     

推理公式法在无资料地区小流域河流划界中的应用——以敖家河小流域为例

无资料地区小流域河道管理范围划界工作是河湖划界的重要组成部分,但由于缺乏实测的水文资料,河道控制断面的设计洪水位无法由水位流量关系推求。探讨了推理公式法在无资料地区小流域河道管理范围划界中的应用,认为该方法可准确计算出各个断面设计洪峰流量,并结合实测断面资料,由洪峰流量计算设计洪水位。最后将此方法应用到敖家河小流域河道管理范围划界,计算所得的设计洪峰流量与洪水位成果合理,成功划定其河道管理范围。     

动态规划算法在河道糙率反演中的应用

河道糙率是水力计算的关键参数,在实际工程中一般根据实测资料建立经验公式估算或采用试错法来确定糙率,不仅工作量大且具有较大的经验性和任意性。以河道一维恒定流计算为例,将糙率视为流量的函数,以水位误差平方和最小为目标,基于动态规划法建立了河道糙率反演模型,将河道不同流量级下的糙率反演问题转化为一个多阶段的糙率优化问题,并将其应用于向家坝库区河道恒定流计算的糙率反演中。计算结果表明,建立的模型具有良好的拟合效果,且糙率区间内离散点数越多,拟合的效果越理想,当离散点数为56、计算精度为0.002时得到的水位最大平均误差不超过15 cm。该方法能有效避免手工调试的不确定性,为实现糙率精确率定与提高水力仿真模拟精度提供技术支持。     

宽带声学多普勒技术用于灌区量水

在美国加利福尼亚州Imperial灌区进行了便携式微型ADCP现场试验，并采用河流型ADCP同步比测。微型ADCP六次实测流量相对标准差仅为1.22 %。在该灌渠试验条件下，微型ADCP单次流量测验随机不确定度仅为1.75%，达到国家规范一类精度水文站高水位级允许总随机不确定度指标。试验和分析结果表明，微型ADCP精度高、使用方便，比河流型ADCP更适合灌区量水，可以取代传统流速仪作为率定或校核其它灌区量水方法的标准仪器。     

宽带声学多普勒技术用于灌区量水

在美国加利福尼亚州Imperial灌区进行了H-ADCP现场试验，同时采用便携式微型ADCP测验流量。利用实测数据建立了断面平均流速与指标流速的关系（数学模型）并用来计算流量。并且采用数值法（无需率定）计算流量。指标流速法和数值法计算水量与微型ADCP实测水量的相对误差分别为-0.14%和1.64%。指标流速法和数值法计算的在H-ADCP采样期间（历时3h 44min）该渠道输运的总水量分别为17590.6m3和17949.31 m3，两者相对误差仅为1.0%。试验结果证明了指标流速法和数值法的有效性，表明H-ADCP为实现灌区在线流量监测提供了新的有效方法。     

杭州三堡排涝泵站上游河道冲刷计算与分析

杭州三堡排涝泵站是国内规模最大排涝泵站之一,工程充分利用京杭运河作为排水通道,实现已有资源的有效利用,但必须处理好排涝与航道安全两者的关系。通过建立泵站上游河道水流数学模型,计算上游代表水位站点拱宸桥水位在1.6~3.6 m,泵站排涝流量为50~200 m3/s间的各种工况条件下的流速情况,建立了拱宸桥水位、排涝流量与河道沿程典型断面近底层流速关系,并对主要河段河床质取样进行颗分试验,分析河道典型断面河床冲刷情况。通过计算分析认为在已有河道条件下,水深是影响河床冲刷与否的关键性因素,因此需要按不同水深控制泵站排涝流量,以保证河床稳定和河岸安全。     

泵站现场测试电算程序

我们编制了适用于中、小型电力泵站测试数据计算整理的 BASIC 语言程序。适用的测量方法包括:流量测量可以是全宽堰法,可以是渠道流速仪法,也可以是 CBL-1型管道流速仪法;电动机输入功率的测量,可以是两瓦特表法,也可以是电度表秒表法;净扬程测量可以根据进、出口水位水准     

富春江入库控制断面水位计算方法研究及误差分析

近年来受人类活动影响,富春江流域下垫面因子发生重大改变,传统水位流量关系无法应用。为应用水位比降法推求入库控制站有效入库流量,首先要对水位资料进行分析计算。以圣维南方程组为理论基础建立水动力学模型,考虑河道糙率的空间变异性,根据已有资料对富春江水库上游河道进行概化,模拟计算2013年女埠站洪水水位过程。同时采用经验相关法建立水位关系函数求解女埠站水位。2种方法模拟计算精度皆较高,水动力学方法在验证期洪峰模拟上优于经验相关法,而后者在洪水过程模拟上的确定性系数更高。由计算结果误差分析可知考虑水力要素时间变异性的水动力学模型能更好拟合退水过程,值得深入研究。     

基于时空图像法监测流量的测量误差分析

流量测量是开展水文分析和水资源管理的必要任务,有助于了解河流的水量变化,预测洪水风险,优化水资源分配。传统接触式测流方法装置布设复杂、测量效率低,以视频测流为代表的非接触式方法极大地提高施测效率,降低了成本,但对测流结果的误差分析不足,导致测流结果在水文分析与水资源管理中的应用存在风险。为分析视频测流误差,在通过视频图像法计算断面水位、时空图像法（Space-time Image Velocity,STIV）计算断面流速的基础上,假定单次测量的误差分布,推求了水位和流速测量误差、流量测算误差及其主要来源。并定义了误差平均带宽（EAB）来定量评估误差的大小。以栾川县养子沟流域为对象开展实例研究,结果表明：在水位或流速快速上升阶段,测量误差区间较小;仅考虑水位的不确定性、仅考虑流速的不确定性,以及同时考虑水位和流速的不确定性时流量测量误差平均带宽（EAB）值分别为4.98%、10.83%和15.83%,流速测量不确定性对流量的影响比水位测量不确定性对流量的影响更大。考虑水位与流速不确定性影响的视频测流方法有利于提高流量测量准确性,为流域水资源管理提供可靠的数据支撑,特别是在需要对不断变化的...     

基于改进BP神经网络的水位流量关系拟合

水文测站需要精确的水位流量关系,这是一种非线性关系,用传统方法进行关系拟合会产生较大误差.利用神经网络对非线性系统处理的强大能力,基于附加动量、自适应学习率以及数值优化的改进BP神经网络方法,对水位流量关系进行了高精度函数逼近.首先,对改进BP神经网络算法进行了详细描述和分析;而后,通过实测水文数据的仿真计算研究,与现有最小二乘法、遗传算法等多种方法进行了对比,并进行水位流量关系曲线的绘制.仿真结果表明,相比目前已有的算法,采用改进BP算法可以达到更高的拟合精度,是一种有效的方法,能够满足水文测站对水位流量关系曲线拟合的要求.     

受工程及人类活动影响的流量测验解决方案的探讨

随着江、河中水利、水电工程等人类活动的频繁影响,水道的自然流态发生了较大的改变,高水位和超低流速的无常关系使常规水文测验仪器和方法已不能适应,结合国内外水文行业使用高精度定点式宽带11]CM型H-ADCP在超低流速和恶劣环境下获得较高精度流量测验结果的案例分析,提出了符合声学多普勒流量测验规范口j的定点式流量测验的解决方案.     

建闸后河道行洪对上游铁路桥安全运行影响研究

利用HEC-RAS模型,计算分析了下游拦河闸建设后,河道行洪时,闸门在全开、无法开启及溃决3种不同运行工况下,上游铁路桥桥址处河道水位、流量、流速的变化情况,进而计算出各工况下桥址处冲刷深度。结果表明,与建闸前相比,建闸后上游桥址处水位均有一定程度升高,其中闸门无法开启时水位升高最大,较建闸前升高10.7%;闸门溃决时,桥址处最大流量增加11.34%,最大平均流速增加11.11%,河槽和河滩部位最大冲刷深度均有增加,但都在允许冲刷深度范围内,拦河闸不会对上游铁路桥安全运行产生不利影响。研究成果可对河道类似工程安全运行提供借鉴和参考。     

基于改进BP神经网络的水位流量关

水文测站需要精确的水位流量关系,这是一种非线性关系,用传统方法进行关系拟合会产生较大误差。利用神经网络对非线性系统处理的强大能力,文中基于附加动量、自适应学习率,以及数值优化的改进BP神经网络方法,对水位流量关系进行了高精度函数逼近。首先,对改进BP神经网络算法进行了详细描述和分析;而后,通过实测水文数据的仿真计算研究,与现有最小二乘法、遗传算法等多种方法进行了对比,并进行水位流量关系曲线的绘制。仿真结果表明,相比目前已有的算法,采用改进BP算法可以达到更高的拟合精度,是一种有效的方法,能够满足水文测站对水位流量关系曲线拟合的要求。     

长江宜昌——九江站间水流传播时间分析

根据河道水流传播时间国内的研究现状,分析了影响水流传播时间的因素.研究区间是长江干流宜昌站至九江站:宜昌站作为上游研究站,三峡水库的出流控制站;九江站作为下游研究站,鄱阳湖区长江干流来水的控制站.应用相应水位法计算宜昌站-九江站水流传播时间,根据天然河道水流波的传播原理,结合三峡水库调度对水流传播时间的调控,用实测水位流量资料分析水流传播时间的变化规律.以上、下游站的洪峰水位建立相应关系,并用水力学方法计算了水流传播时间,为长江水库防汛抗旱调度提供一定的依据.     

基于最小二乘法的绳套型水位流量关系最优定线研究

汛期河道的水位流量关系通常呈绳套型,对其进行高精度的定线是洪水资源实施高效管理的基础。传统的定线方法效率低,误差大,因而本文使用最小二乘法为优化方法,对绳套型水位流量方程进行优化定线。首先,Saint-Venant方程中的迁移惯性项和局地惯性项被去掉以简化方程,附加比降被引入以使方程能够拟合绳套型曲线;然后,简化后的方程通过取对数、多项式展开和幂级数展开被线性化;最后应用最小二乘法估计线性化方程中的参数。对3个案例的应用结果表明,所获得的定线方程能有效拟合观测的水位流量曲线,对拟合结果的偏离符号检验、适线检验和偏离数值检验均符合水文资料整编规范中的定线精度要求,说明将最小二乘法应用于绳套型水位流量曲线的优化定线是有效的。     

灌区引水口过闸流量计算方法比较研究

灌区中利用水工建筑物量水是一种简便而经济的方法,如何由实测的水位、闸位信息计算出流量是利用建筑物进行量水的关键问题。以某引黄灌区的取水闸为例,研究了3种计算流量的方法：传统的流量系数函数法、平均值法和新兴的人工神经网络方法。经对比发现,基于水位流量关系原理的流量系数函数法计算结果最为准确。