GPS及光纤罗经在ADCP流量测验中的应用

目前，ADCP(声学多普勒测流仪)技术已应用于高要水文站中低洪水位的河道流量测验中，但在中高洪水位时的流量测验还存在“底跟踪”失效、“磁偏”等影响ADCP测流精度的因素。为消除或减小上述因素的影响，采取外接GPS(全球卫星定位系统)、光纤罗经设备技术进行流量测验，并通过比测试验验证该方法的可行性。     

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...     

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。     

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。     

基于流量演进模型的测验断面流量模拟研究

为了完备水文站测验资料,减少水文站工作负担,有必要研究距水文站测验断面较近的上游水电站泄流量的演进过程,根据姚家山电站的泄流量资料以及占贝水文站测验断面的测流资料,依据水量平衡原理,应用灰色关联分析法推求姚家山占贝段的流量传播时间,采用马斯京根改进的建模方法对河段的流量过程进行模拟,建立姚家山占贝河段的流量演进模型。同时,将模拟的流量过程与利用相关关系模拟的结果进行对比分析。结果表明,模型模拟的日平均流量过程与实测的流量过程较吻合,符合预报精度要求,模拟结果较传统的相关关系精度更高,更为可靠,可以应用到实际的作业预报中。     

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...     

鄱阳湖口水位流量关系研究

水文站的水位流量关系变化反映了江湖之间的相互作用，为探究长三峡工程投运后长江与鄱阳湖的相互影响，分析了九江与湖口站的水位流量关系，基于考虑回水顶托作用的水位流量关系，建立了九江、湖口水位流量计算方法。研究表明：三峡工程投运后，九江站水位流量曲线下移，多年平均水位较三峡建库前降低0.8 m，综合线低水位区域也逐年下移，受九江水位降低影响湖口站平均水位降低0.7 m，三峡工程对长江干流的影响范围在大通以上，长江对鄱阳湖的顶托作用减少1.1%；基于前人成果，研究了湖口流量计算方法，2003-2021年资料拟合的计算公式精度达到86%，建立了湖口水位流量关系曲线，提出了湖口倒灌判别关系，当九江与五河流量之差超过30 000 m3/s时可能发生长江水倒灌鄱阳湖，研究成果为长江与鄱阳湖顶托关系分析提供了一定借鉴。     

过流调控型渠道测流装置试验研究

基于薄壁堰测流原理,设计了过流式水位流量可调新型渠道测流装置,并通过试验拟合测流装置在6个不同仰角下自由出流时的流量计算公式,绘制不同仰角下流量与堰上水头的关系曲线。结果表明,流量与堰上水头具有良好的相关关系,流量计算最大相对误差为3.83%;流量相同情况下,仰角越小,堰上水头越大。该测流装置临界淹没度达0.90以上,可应用于替代渠道进水闸、节制闸,同时具备水位调控与流量量测功能。     

河道流量测量与计算方法研究

获得河道流量常用的方法是实测流速乘以面积法和实测水位转换法。测流速精度高但成本高,而直接由水位估算流量经济但精度不够高。采用飞来峡水文站实测的流速与流量,对中泓一点法、水位流量法和水位-流速-流量拟合法3种方法进行了对比研究。发现在传统的水位流量关系中加入了一个点的流速后能够显著的提高流量的计算精度。基于现在流速仪技术的发展,可以在河道断面长期布置一单点流速仪,实时观测一点流速,所以采用水位-流速-流量法是未来获得高精度河道流量的可行方案。     

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。     

走航式ADCP在利辛水文测区流量测验中的应用

为提升水文测区巡测的工作效率与测验质量,先进的测流仪器起着至关重要的作用,本文介绍了利辛水文测区正在使用的一款走航式ADCP测流仪,对其在水文测区中的实际应用进行了分析.实践表明,该款仪器在水文测验中具有明显优势,可以在传统测流仪器不具条件的河流断面上以其省时省力﹑快速高效的流量测验方式和准确可靠的实测资料,极大地促进...     

弹簧板式明渠测流装置的水力特性

为提高灌区精准量水技术,设计了一种基于弹簧形变量与渠道过水断面瞬时流量之间关系的明渠测流装置.该装置的模型试验在矩形渠道中,选定流量范围为20~85 m³/h,共在14个流量工况下进行.结合理论分析及数值模拟对该装置的流量公式、测流精度、水头损失等量测特性进行分析.研究结果表明:渠道过水断面瞬时流量Q同形变量d与参数C₁之和呈5/6次方关系,在量测板板宽为30,40,50,60 mm时Q与d+C₁的5/6次方的线性相关性良好;拟合得到弹簧板式测流装置的流量公式,公式计算流量和试验时的实测流量相吻合,最大相对误差为4.56%,其中板宽40 mm时的最大相对误差为1.43%;量测板上游水位的模拟值和实测值最大相对误差为4.54%,模拟结果与实测结果吻合;量测板产生的水头损失随着板宽的增加而增加,在板宽小于40 mm时,水头损失占比总水头均小于10%.研究成果为弹簧板式测流装置在灌区的应用提供了理论依据.     

基于水位流量关系的量水计研制与测试

为克服传统量水设施的不足,促进灌区灌溉水情的实时监测,研制和测试了一种基于水位流量关系的量水计。该量水计由水位传感器、模数转换器、单片机、电源、控制盒组成,其测流方法是:水位传感器实时采集水位数据,通过水位流量关系推算渠道流量,再按时段对水量进行累计得到灌溉水量,可实时读出或存储渠道水位、流量及灌溉水量数据。在高邮灌区的实验表明,该量水计与高精度板闸流量计的量水结果相近,相关系数为0.986,平均相对误差为4.48%,满足渠系量水的精度要求。该量水计具有成本低廉、使用方便、量测精度较高的优点,适合在中小型灌溉渠道推广应用。     

扭矩式明渠测流方法的研究

针对北方灌区斗、农渠数量多、底坡缓且灌溉水流泥沙多的现状，提出了一种扭矩式明渠测流方法。为了探索在矩形明渠水流冲击作用下测流圆杆对固定点的扭矩、水深与流量之间的理论关系，应用圆柱绕流原理对圆杆测流模型进行理论分析，并结合流速面积法，得出扭矩、水深与流量之间的半经验关系式，并在室内矩形明渠中进行标定。试验结果表明，扭矩式明渠测流方法具有较高的测流精度，计算流量与实测流量之间平均相对误差为1.212%，最大相对误差为3.18%，相对误差均小于5%，满足灌区量水要求。该测流方法水头损失小、成本低廉，测流精度较高，为灌区量水提供一种新的测流方法。     

过渡段形式对无喉道量水槽水力特性的影响

为了对比不同过渡段形式对无喉道量水槽水力特性的影响,在传统矩形无喉道量水槽结构的基础上,设计了过渡段为圆形和椭圆形的无喉道量水槽,在宽0.6 m,深0.3 m的矩形渠道上进行了一系列试验。试验测量了无喉道量水槽在不同流量下的水位,对水位流量关系进行拟合,对不同流量下的佛汝德数和水头损失进行了分析。结果表明,过渡段形式对无喉道量水槽的测流精度、佛汝德数及水头损失均有一定影响。3种无喉道量水槽的槽前水流均满足测流要求,直线形过渡段无喉道量水槽的测流精度最高,但水头损失最大;圆形过渡段无喉道量水槽的测流精度虽较直线形过渡段的低,但水头损失最小。     

高可信度H-ADCP流量自动监测系统关键技术研究与应用

当前H-ADCP在我国得到广泛应用,特别是长江中下游平原河网地区,已成为水文流量测验的重要组成部分.但普遍缺乏对测流原始数据的分析检验,导致测流精度及成果可信度不高,以及比测率定工作繁杂等问题,影响H-ADCP的进一步推广应用.针对上述问题,根据H-ADCP测流原理,结合平原河网地区及感潮河段水文特性,提出了一种基于国...     

翼柱型量水槽应用于梯形渠道性能试验研究

为探究翼柱型量水槽在梯形渠道量水的性能,在梯形渠道上通过4种不同量水槽收缩比进行水力性能试验。通过对上游水位、流量和收缩比等进行分析,拟合了流量公式;并对测流精度、上游佛汝德数、临界淹没度以及水头损失进行了分析。试验结果表明:翼柱型量水槽在梯形渠道量水性能良好,水位～流量相关度极高,相关系数的平方R~2达0.997 1,推求的流量公式简易,测流平均误差为2.41%,上游佛汝德数小于0.4,临界淹没度达0.85以上,满足《灌溉渠道系统量水规范》(GB/T 21303-2017)相应要求。     

梯形渠道翼柱型量水槽试验研究与数值模拟

【目的】探究翼柱型量水槽在梯形渠道量水的适用性。【方法】对4种不同收缩比的翼柱型量水槽进行水力性能模型试验,并运用Fluent 17.1软件对其中2种收缩比的量水槽进行了数值模拟。通过对上游水位、流量和收缩比等进行分析,拟合得到了量水槽流量公式,并从测流精度、佛汝德数、临界淹没度以及水头损失等方面对其量水性能进行了分析。【结果】翼柱型量水槽在梯形渠道量水性能优良,水位-流量相关度极好,R2可达0.997 1以上,拟合的流量公式简明易用,测流平均误差为2.41%,上游佛汝德数均小于0.4,临界淹没度达0.85以上,通过数值模拟对量水槽水面线和流量进行误差分析,将实测值与模拟值进行比较,二者平均误差分别为3.80%和3.72%,与试验结果高度吻合,模拟结果准确可靠。【结论】翼柱型量水槽可用于梯形渠道量水,且量水精度满足明渠测流规范相关要求。Fluent软件可用于翼柱型量水槽数值模拟。     

基于FLUENT的摆杆式明渠测流特性数值模拟

为更好地进行灌区输配水管理,提高灌区量水精度,对摆杆式明渠测流装置在D50型U形渠道中测流特性进行数值模拟研究。基于计算流体力学,通过FLUENT软件,采用VOF方法、Realizable k-ε湍流模型以及动网格技术对3种不同材质测流摆杆测流特性进行数值模拟,并利用后处理软件对模拟结果进行分析,发现模拟渠道水位随着流量的增大而增大,水流最大流速位于水面下方,符合明渠水力学基本原理;采用动网格技术对测流摆杆摆动特性进行模拟是可行的;利用测流公式算得流量与实际流量之间平均相对误差小于3%,可以满足明渠测流精度要求。     

ADP在宽浅河道流量测验中使用小

在介绍宽带声学多普勒流速剖面仪ADCP测量河道原理的基础上,通过大量比测资料和理论分析，对宽带ADCP（简称ADCP下同）在北方宽浅河流流量测验应用中的单元尺寸和测量误差的关系进行探讨,提出了新的单元尺寸标准,拓展了ADCP的使用范围,提高了测验精度。别外,对缩小单元尺寸的理论依据进行了阐述.