灌区引水口过闸流量计算方法比较

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，研究了三种计算流量的方法：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。     

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...     

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.     

明渠平板闸门过闸流量特性研究

为研究中小型矩形渠道平板闸门自由出流状态下的流量特性,利用渠道水力学测试平台,对渠道平板闸门过水性能进行试验研究.通过测试闸门开度、上游水位、流量,利用Garbrecht公式、杜屿公式、武汉水利学院公式对过闸流量进行计算,并与实测流量等数据进行对比,结果发现三者偏差均较大.为进一步提高过闸流量计算精度,采用最小二乘法原理对实测流量系数μ0与闸门相对开度e/H0进行二次多项式拟合,获得了新的流量系数计算公式;比较分析该公式的计算结果与Garbrecht公式、杜屿公式、武汉水利学院公式,发现该公式的相对误差最大值、平均相对误差都减少了16.49％、17.23％以上,变差系数也位于一个较小值,且在标准的允许范围内.研究结果表明,对该类型的平板闸门,本文拟合的二次多项式公式精度更高,适用性更好,能够满足灌区量测精度要求.     

宽顶堰平板压差式量水闸过流规律

灌区水量的测量问题正日益受到关注。对于平原灌区，研究利用以淹没出流为主的工作闸门进行渠道量水具有现实意义。基于孔板式流量计的测流原理，提出一种平板压差式量水闸门。选择不同闸门开度e与闸门上游水深H组合，通过室内试验研究分析了闸孔淹没出流的相关测流规律，得出实用的流量系数经验公式。结果表明，该型闸门结构简单，取压方便，量水精度较高，集水位流量调控与测量为一体，适合应用于平原灌区。     

灌溉效益分摊系数计算的研究现状与新方法

灌溉效益分摊系数在灌溉效益计算中具有重要应用.分析了确定灌溉效益分摊系数的两种常规方法(灌溉试验法和统计法)的局限性,综述了灌溉效益分摊系数的研究进展.在此基础上分别提出了利用作物水分生长函数、利用以施肥量为参数的产量函数、利用水肥耦合产量函数和利用柯布-道格拉斯生产函数计算灌溉效益分摊系数的4种新的方法.这些方法为计算和研究灌溉效益分摊系数拓宽了思路,具有一定的实用价值和理论价值.     

建筑物量水流量误差的一种解决方

针对从多泥沙河流取水引水口门上下游渠道淤积引起过水断面发生变化，环境参数的变化致使闸门过水能力受到影响，并会出现实际过水量与公式计算值不符的现象，提出矫正综合流量系数是解决流量计算不准的有效途径，在综合流量系数调整过程中流量计算出现此合彼离时，采用分段设定系数的方法是解决这一问题的有效方法。     

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。     

河道流量视频测验技术应用研究及误差分析

新时期背景下的智慧水利建设对流量测验的简便性、准确度和连续性提出了更高要求，传统的接触式测流方法逐渐难以满足需要，为了充分利用现代化视频图像识别和人工智能技术优势，从而为河道流量测验工作提供全新的解决方案，以视频非接触式流量测验方法为研究对象，研究建立基于时空影像法（Space-Time Image Velocimetry,STIV）的视频测流计算方法，选取福建省闽江建溪流域七里街水文站作为示范应用站进行流量比测试验，并对试验结果进行精度评估及误差分析。结果表明：以水位分段的一元线性定线方式建立七里街水文站的流速流量相关关系效果较好，实际有效比测水位范围为89.41～100.43 m，流量范围为69.31～9 122.57 m3/s，关系线系统误差最大为0.11%，随机不确定度最大为7.80%，相对误差均在±8%以内，与比测结果对照良好，各项指标精度符合规范要求，据此得到的水位～流量关系曲线可作为七里街水文站的推流方案；视频测流方法作为非接触式的新仪器方法具备测量快速、安全高效、全量程监测、受极端情况影响小、成本低等优势，测流结果精度较高，安全性好，测流范围广，具备应用于实际测验工作的...     

基于水动力学模型的渠道流量控制系统研究

针对渠道流量较大、水流条件复杂的流量测量问题，提出一种水动力学模型的渠道流量计算方法，并以此搭建基于水动力学模型的渠道流量控制系统。首先建立水动力学数学模型，采用两点水位量水法计算渠道流量，即在闸门上、下游选择两个断面，利用水位传感器实时测量断面水位数据，通过上位机求解水流控制方程得到两处断面的流量，取均值作为渠道的流量值，其次结合PLC搭建渠道流量控制系统，根据调度要求控制闸门的启闭，实现渠道流量的精准控制。在加大供水流量、水流条件复杂条件下，流量计算结果与多声道超声波流量计所测数据相比，平均偏差率小于5%。通过试验研究表明：控制系统流量控制误差为0.514%，系统响应时间小于200 ms，平均无故障运行时间大于10 000 h。控制系统的研究为后续渠道流量调度工程建设提供理论依据和案例支撑，具有较强的应用价值。     

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.     

对支渠轮灌条件下渠道流量计算方法的探讨

新疆干旱少雨,绝大多数河流属内陆河流,径流量年内分配极不均匀,特别是春季,河道来水量小,干渠所能引水流量也小,支渠轮灌是全疆各地普遍存在的现象。探讨了支渠轮灌条件下干、支、斗、农四级渠道设计流量的计算方法:①当支渠为续灌渠道时,干、支渠流量计算采用设计灌水率法,斗、农渠流量计算采用最大灌溉流量法;②当支渠为轮灌灌渠道时,干渠流量计算采用设计灌水率法,支渠流量计算采用修正灌水率法,斗、农渠流量计算采用最大灌溉流量法。     

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。     

对支渠轮灌条件下渠道流星计算方法的探讨

新疆干旱少雨,绝大多数河流属内陆河流,径流量年内分配极不均匀,特别是春季,河道来水量小,干渠所能引水流量也小,支渠轮灌是全疆各地普遍存在的现象.探讨了支渠轮灌条件下干、支、斗、农四级渠道设计流量的计算方法:①当支渠为续灌渠道时,干、支渠流量计算采用设计灌水率法,斗、农渠流量计算采用最大灌溉流量法;②当支渠为轮灌灌渠道时,干渠流量计算采用设计灌水率法,支渠流量计算采用修正灌水率法,斗、农渠流量计算采用最大灌溉流量法.     

闸墩式量水槽试验研究

研究渠道量水设施对灌区节水、实现水资源高效可持续利用具有重要意义,在满足量水所要求的条件下,应优先选用水工建筑物量水.针对闸墩兼作量水槽并能结合闸门以实现联合测流的要求,提出一种闸墩式量水槽.选择8种收缩比和3种槽长在矩形渠道中进行了系统试验.结果表明.无量纲教Kc/Kc和H/Bc高度相关,根据理论分析和室内试验得出的流量公式简明实用,自由出流时流量计算最大相对误差3.59%.闸墩式量水槽临界淹没度可达0.91,增加量水槽长度会增大相应量水槽的临界淹没度.控制收缩比为0.49～0.65时可得到较好的量水效果.     

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。     

曲面拟合和曲面积分在流量计算中的应用

水利行业经常要进行流量计算，这样就会遇到曲面拟合和曲面积分的问题。将曲线的样条函数插值和高斯配点法扩展到曲面上来解决这一问题，并对泵站流量、效率、明渠和管道流量进行了计算。结果表明，该计算方法能够满足流量计算等工程实际的需要。     

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。     

节制闸开度对侧渠分流量影响试验研究

调节节制闸开度可达到控制分水口水位、按需配水的目的,通过梯形渠道不同来流量、不同节制闸开度下节制闸及矩形分水口流动特性试验,观测节制闸上下游及分水口附近水深、流速等水力要素,分析了主渠道沿程水面线的变化规律;基于量纲和谐原理,建立了流量系数与闸门开度和闸前水深的关系式。结果表明：不同来流量下,水面线均呈先降低再小幅升高的趋势,在分水口下游段形成壅水。当来流量在25.35～39.70 L/s变化时,自由出流时,闸孔出流和堰流的临界值出现在闸门开度为11～14 cm,相对闸门开度e/h变化范围为0.792～0.823,与理论值0.65存在差异。不同来流量下,流量系数与傅汝德数呈反比关系,相对闸门开度对流量系数的影响大于傅汝德数对流量系数的影响。建立闸门开度e和闸前水深h与流量系数m的关系式,平均误差为0.73%。不同来流量下分流比随相对闸门开度的增大而减小,且小流量下闸门开度对分流比的影响较小。本研究对指导灌区合理水量分配及调控具有重要意义。