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.     

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.     

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.     

基于VB的渠道正常水深计算程序编制

在工程实际中,解决水力学问题时,正常水深、临界水深和水面线等高次隐函数通常无解析解,难以直接求解。传统方法是利用查图表、迭代法或试算法求解,但都存在计算烦琐和求解精度不高等问题。利用VB程序语言的迭代计算功能可快捷、精准地解决水力学计算中高次隐函数方程问题。在已知迭代初值、糙率、流量、底宽、底坡和边坡系数的情况下,运用快捷键即可实现多次迭代计算,求出精度高的正常水深值。该文介绍了VB迭代功能在求解高次隐函数中的运用,探索程序语言在简化计算和高精度求解中的运用。      

马蹄形过水断面正常水深计算的遗传算法

马蹄形过水断面是无压输水隧洞中常采用的断面形式之一，其其几何形状复杂，水力计算困难。目前常采用的方法有试算法、图解法和迭代法，这些方法由于计算量大且精度不易保证，不便于在生产实践中应用推广。将马蹄形过水断面正常水深计算转化为非线性优化问题，采用实数编码的遗传算法进行求解，实例计算表明该方法精度高、通用性强、操作简便，便于在生产实践中应用。     

基于粒子群算法的抛物线形渠道断面优化方法

针对试算法工作量大、计算误差大和精度低等问题,建立了以计算流量和设计流量之差最小为目标函数的抛物线形渠道断面优化数学模型,将粒子群优化算法引入到抛物线形渠道断面优化计算中,采用粒子群算法在全局空间下搜索渠道断面优化问题的全局最优解。并以陕西省石头河灌区五丈源支渠抛物线形混凝土渠道为例,对其二次抛物线形渠道断面的方程形状参数a和设计水深h进行了优化设计。结果表明,得到满足约束条件的最优方程形状参数a为5.06,最优设计水深h为0.398 2 m。与原设计相比模型计算所得渠道过水断面面积减少了0.102 1%,渠道土方量减少了6.225 4 m~3,混凝土衬砌量减少了4.764 1 m~3,工程占地面积也随之减少。粒子群优化算法能有效地解决抛物线形渠道断面设计中的优化问题,且具有收敛速度快、计算精度高和全局寻优能力强等优点。     

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。     

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。     

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．     

排灌输水隧洞正常水深的简捷算法

为了使标准城门洞形断面正常水深的求解具有简单的显函数计算公式,对标准城门洞形断面正常水深的基本方程进行恒等变形,将水面位于底角圆弧段和顶弧段正常水深的超越方程以及水面位于侧边直线段正常水深的高次方程,变成无量纲化正常水深与已知量综合参数的单变量函数方程.引入准线性函数的概念并将准线性函数作为标准模板,再对正常水深的单变量函数方程应用准线性函数标准模板,在工程常用范围即无量纲化正常水深y∈[0.051,.80]范围内进行优化计算及准线性函数逼近,得到了超越方程和高次方程的替代函数方程,替代函数具有类似于线性函数形式,即正常水深的准线性显函数表达式,并进行误差分析.结果表明,在隧洞底部圆弧段正常水深的最大相对误差小于0.36%,侧边直线段正常水深的最大相对误差小于0.31%,顶弧段正常水深的最大相对误差小于0.39%,说明准线性公式在隧洞有效水深范围内计算的水深准确度较高,可为排灌输水隧洞的断面设计及实现渠道水位控制时确定均匀流水深提供参考.     

不同灌溉方式对降雨入渗深度的影响

为了研究不同灌溉方式对降雨入渗深度的影响,基于田间原位观测试验,分析膜下滴灌和传统地面灌溉2种方式对降雨入渗初始含水率的影响,并应用HYDRUS-2D模型模拟2种灌溉方式下不同降雨条件的入渗深度差异.结果表明:与传统地面灌溉方式相比,膜下滴灌改变了降雨入渗初始含水率,且在玉米不同的生育期,其对降雨入渗初始含水率的影响规律不同.通过不同情景的降雨入渗模拟得到,在初始条件完全相同的情况下,2种方式的降雨入渗深度主要受雨量和时间的影响,在降雨量较小时,膜下滴灌的入渗深度大于地面灌;随着降雨量及时间增加,2种灌溉方式下的入渗深度逐渐趋于一致.不论是玉米苗期阶段还是主要生长阶段,降雨入渗的土壤初始含水率均会对降雨入渗深度产生一定的影响:在玉米苗期阶段,膜下滴灌的入渗深度大于地面灌,而在玉米主要生长阶段,地面灌的入渗深度大于膜下滴灌.     

梯形明渠水力学特征水深的解析计算式研究

通过数学理论分析,推出了梯形明渠的临界水深和正常水深高精度解析计算式,并与现有文献相关计算式进行了对比分析。结果表明,新推出的临界水深计算式相对误差小于0.3%;当梯形明渠坡比0.1~7时,新推出的正常水深初值计解析算公式相对误差一般小于3%;另外,给出了收敛速度更快的正常水深迭计算公式,且在m1时正常水深计算公式在初值迭代一次后其误差均小于0.5%。新推出的梯形明渠临界水深和正常水深解析计算式方便简捷、精度可靠。     

葡萄分层地下滴灌滴头布设深度优化

为解决不同树龄葡萄根系的差异使得地下滴灌系统在布设应用中存在的困难,采用室内试验和HYDRUS-2D数值模拟相结合的方法,以宁夏和关中葡萄产区为例,研究了2种土质条件下分层地下滴灌土壤水分运动规律,提出了分层地下滴灌带最佳布设深度.研究结果表明,HYDRUS-2D模拟值与试验实测值具有良好的吻合度.地下滴灌带的埋深直接影响土壤水分的分布,2种土质下湿润体内部处于最佳含水率区间的土壤体积随滴头间距的增加而增大.通过适当增大浅层滴头埋深并减小深层滴头埋深可减小表层水分无效损耗.从避免水分无效消耗以及提高湿润体与根系匹配效果等角度出发,建议关中地区葡萄单滴头灌溉且适宜滴灌带布设深度为20 cm;宁夏贺兰山地区滴灌带布设深度以15 cm和45 cm为宜.     

干旱内陆河灌区灌溉入渗系数的测定与计算

在深入分析灌溉水入渗和再分布过程的基础上,依据包气带水量平衡原理,提出了一种根据土壤剖面含水率和同步地下水埋深资料计算灌溉入渗系数的方法。应用事例表明,方法简单可行,易于推广应用。