基于遗传算法的渠道横断面设计

常规的渠道横断面设计,需进行反复试算,且精度不理想。以渠道设计水深作为优化变量,将均匀流公式计算设计流量转化为非线性优化问题的目标函数,设计流速界于不冲不淤流速之间作为约束条件,并用实数编码的遗传算法求解,进行渠道横断面设计,运用结果表明该方法计算精度高,简便可行。     

矩形明渠流速分布特征及其在流量量测中的应用

通过对明渠流速的水槽试验研究,建立了矩形断面明渠流速沿垂线分布的抛物线公式和流速横向分布的乘幂函数公式,拟合分析给出了流速分布系数的确定方法。实测渠道流速资料验证表明,所提出的明渠流速分布规律与实际分布一致。根据提出的明渠流速分布规律,给出了确定明渠流量的简易测定与计算方法,计算相对误差较小,可以满足明渠流量计量的精度要求。在此基础上设计了实用流量自动化测量系统,可以简化明渠测流工作量,降低测量成本、提高明渠测流精度,已在一些引水渠道中使用。     

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。     

渠道流量量测中的不确定度分析及其应用

流速仪断面测流是渠道流量量测的常用方法,量测精度受多种因素的影响,量测结果都会或多或少地偏离被测流量的真值,因此在给出测量结果的同时还要指出其可靠程度,以往的误差评定存在着难以得到真值和评定方法不统一的问题,而测量不确定度的概念以及不确定度的评定和表示方法的采用正是在这种情况下产生的,它是计量领域的一个新进展.通过渠道流量量测的不确定度评定实例,介绍了不确定度理论在渠道流量量测中的应用及其实际意义.     

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...     

灌区末级渠道量水设施水流水力特性数值模拟

针对支渠以下末级渠道流量量测精度高和水头损失小的要求,寻求不同量水槽与流量相匹配的适用条件。采用标准k-ε方程模型模拟不同流量情况下巴歇尔槽和长喉道槽内的水流水力特性,分析了不同流量条件下的模拟精度、水面线、流速、流线及水头损失变化。结果表明：(1)巴歇尔槽和长喉道槽的流量模拟误差均在10%以内,但巴歇尔槽模拟精度整体优于长喉道槽,巴歇尔槽流量模拟精度随流量增加而增加,而长喉道槽模拟精度随流量增加而降低。(2)巴歇尔槽和长喉道槽均对上游渠道产生壅水作用,但相比于长喉道槽,巴歇尔槽内水面线降落比较平缓,导致同流量下巴歇尔槽水头损失小于长喉道槽。(3)由于巴歇尔槽喉道壅水作用明显,巴歇尔槽喉道内流速增大是产生水头损失的主要原因,而长喉道槽产生水头损失的主要原因为槽底部断面变化。因此,综合考虑下巴歇尔槽适合于渠道小流量量测,长喉道更适合渠道大流量量测。     

颗粒料质量流量测量误差动态估算方法

提出了一种利用冲量原理测量固体颗粒物料实时物料速度和质量流量的方法,同时给出了一种可动态估算速度和质量流量测量误差的方法.利用自行设计的实验装置,并采用大豆作为实验材料进行了测量误差估算的实验,实验结果表明:在所设计的实验条件下,估算的质量流量相对误差最大值为4.00％,平均相对误差为1.44％;估算的速度相对测量误差最大值为9.69％,平均相对误差为5.03％,动态测量精度和总质量计量精度之间有较好的相关性.     

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。     

高性能低功耗智能流速流量仪系统的设计

为满足水文部门对河流流速流量测量多种的要求,在旋浆式流速仪基础上,设计了以P98V51为核心的高性能低功耗智能流速流量仪系统,介绍了该仪表的原理和软硬件设计方法并设计了上位机系统.应用表明,该流速流量仪实现了提高测量精度,降低仪表功耗,提高测量数据时效性,无纸记录,差水质条件下测量的要求.符合国家河流流量测验规范要求.     

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。     

ADCP在宽浅河道流量测验中使用小单元尺寸的探讨

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.另外,对缩小单元尺寸的理论依据进行了阐述.     

U型渠道板柱复合式流量量测装置水力特性数值模拟

为了发展节水农业、促进灌区高效用水、合理分配水资源,研发了一种携带方便、计量准确、可移动的U型渠道流量量测装置--板柱复合式流量量测装置.基于Flow-3D软件,采用RNG k-ε湍流模型,对板柱复合式流量量测装置水力特性进行了数值计算,并对模拟结果进行试验验证.结果表明:模拟得到的渠道水流横向流速、垂向流速及量测装置旋转角度与流量之间的关系与试验结果一致,且最大相对误差不超过5.4%;渠道自由液面横向流速从中心到近壁面呈现先增大后减小的变化趋势;渠道上游中心断面垂向流速从底部到自由液面呈现增大的变化趋势,而下游中心断面垂向流速却呈现先增大后减小的变化趋势,最大垂向流速位于自由液面以下某一位置;板柱复合式流量量测装置对渠道内水流最大影响范围是距量测装置上游0.35 m到其下游0.94 m之间的流场区域.     

谷物质量流量测量装置的设计与试验

设计了一种新型冲量式谷物质量流量测量装置,该装置包括减震器、承载板、悬臂梁式弹性元件和机架等,并采用减震器来减弱收割机振动对测量精度的影响。试验证明:所设计的冲量式谷物质量流量测量装置测量误差平均值为4.29%,具有工程意义。     

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.     

渠道流量推算方法探讨

渠道流量是灌溉渠道纵横断面设计的重要数据之一,没有渠道流量,渠道设计就无法进行.渠道单位时间内所通过的水量称为渠道流量.一般应首先确定渠道的设计流量.设计流量是确定渠道断面大小、建筑物尺寸的主要依据.渠道流量的推算方法决定了渠道流量的大小.因此对渠道流量的方法进行优选是设计渠道纵横断面的前提和基础.     

超声波换能器安装方式对渠道水流特性的影响

换能器安装形式的不同会导致同一声道上流速分布不均匀，从而影响超声波流量计的测流精度。为解决这一问题，基于流速—面积法，通过实测与模拟相结合的方法，在矩形渠道上设置换能器V型和Z型2种安装形式，分析换能器安装角度为30°～60°（梯度为5°）超声波流量计的测流精度。试验结果表明，换能器安装形式为V型，安装角度为40°～45°时，流量相对误差值为-0.06，安装形式为Z型，安装角度为40°～45°时，流量相对误差值为-0.09，换能器V型安装形式的测流精度较高。对矩形渠道建立三维模型，通过CFD模拟不同工况下渠道水流流态与速度分布情况，模拟结果表明，换能器安装角度为60°时，产生直径为5.6 cm漩涡，安装角度为30°时，进水口到流速均匀分布的距离为0.5 m，安装角度为45°时，进水口到流速均匀分布的距离为0.3 m，产生直径为3 cm漩涡。换能器安装角度为45°时测流段的流速对称且分布均匀，对涡流和流速分布影响较小。     

水草对灌区渠道输水能力的影响

在江西省赣抚平原灌区选择典型渠道,通过对清除水草前后渠道流速、流量和糙率的对比观测,分析水草对灌区渠道输水能力和水质的影响。结果表明,实施机械除草后,渠道的流速和流量均大幅度增加,糙率大幅下降,渠道输水能力明显提高,同时主要水质指标得到明显改善。     

明渠非标准断面法测流水位流量关系的率定及影响因素分析

为探究明渠非标准断面法测流的水位流量关系曲线的率定问题,以新疆第三师某团场25处渠道量水断面为研究对象,利用FlowTracker 2手持式声学多普勒流速仪进行了水位流量关系率定工作.根据实测结果,率定了各渠道量水断面的水位流量关系曲线,并对所率定出的曲线进行了符号检验、适线检验和偏离数值检验及误差分析,在此基础上,对流量拟合参数的影响因素进行了分析.结果表明：所率定的25处渠道量水断面中,14处具有稳定的水位流量关系,5处受回水影响、6处受渠道淤积影响为不稳定的水位流量关系;在渠道粗糙系数Ra、边坡系数m及坡降i相同的条件下,流量拟合参数与渠道底宽b总体上呈正相关;在渠道粗糙系数Ra、边坡系数m及底宽b相同的条件下,流量拟合参数与渠道坡降i总体上呈负相关.研究结果可以为灌区自动化量水设备测流准确性的校核提供参考依据.     

U形渠道水流流速垂向分布规律及模拟

为了明确U形渠道水流流速分布规律,指导田间用水管理生产实际,基于室内和田间实测资料,分析了U形渠道水流流速分布特点,将非对称封闭渠道流速分布结果引入明渠水流流速分布研究中,提出了垂向流速分布双幂律,同时给出了相关参数的确定方法,并采用实测资料对双幂律进行了验证.结果表明,U形渠道同一测线不同测点水流流速随着垂向位置的升高而逐渐增大,但在水面处有所减小,最大流速出现在水流表面以下.在此基础上建立的能够同时表达上下底面影响水流流速分布的双幂律,能够准确表达U形渠道水流流速分布特点;与常用流速分布规律相比,双幂律具有更高的计算精度.经实测资料验证,双幂律拟合流速垂向分布计算结果的相对误差较小,在相对深度处于0.10～0.95的计算区间内,双幂律计算相对误差小于5%,且对常见的不同断面、不同规模渠道具有普遍适用性.     

水位-流量关系曲线在山区无量水设施渠道水量测量中的运用

贵州省灌区渠道兴建较早,渠系量水设施不配套,导致农业灌溉用水量长期以来不能准确测定。因此,探索简单易操作的农业灌溉用水量测定方法,对制定合理的水量分配制度具有重要意义。通过选取贵州省黔西县民乐灌区总干渠作为试点,采用流速仪测定该干渠不同水位下的流量,绘制水位流量关系曲线,并归纳该渠道水位流量关系经验公式,为落后山区无量水设施灌区的农业灌溉用水量探索一种简单实用的测定方法。