基于垂线流速模型的雷达法断面流量测流精度分析

利用雷达多普勒流速仪进行测流是目前成本较低的实时自动测流方法。传统的雷达多普勒流速仪获得断面单条垂线上的表面流速,一般采用代表流速法建模计算断面流量,导致水位变幅剧烈的断面测流误差较大。本文基于表面流速数据的垂线法测流模型,采用雷达式二合一传感器获得断面的垂线表面流速和水深实测数据计算断面流量,并以新田水文站断面测流为例,与缆道流速仪法的测流数据结果进行对比验证。结果表明垂线平均流速相对误差在5%以内的合格率达到75%,断面平均流速相对误差和断面流量相对误差在5%以内的合格率均达到67%,故仅需布设两个雷达测速仪即可达到相对误差小于5%的高精度测流,在自动测流站中有较好的应用。

基于代表性垂线流速的在线流量测验方法研究

为提高流量在线测验精度,以长江下游干流八里江水文站为例,收集了八里江水文站2009~2021年84份流量测验成果,在分析测站特性的基础上,研究了该水文站流量测验断面平均流速与代表性垂线流速的关系,并计算了在线流量精度。结果表明:八里江水文站起点距为850 m和1 500 m的两条垂线平均流速与断面平均流速的确定性系数在0.97以上,推求流量不确定度为9.20%,满足一类水文站流量测验精度要求;起点距为850 m和1 500 m的两条测速垂线适宜作为V-ADCP自动测流设备安装位置。基于代表性垂线流速的在线流量测验方法可实现流速实时采集,提高流量测验精度并降低测验成本。

黄陵庙水文断面垂线流速分布特性研究

为进一步利用天然河流实测资料检验垂线流速分布的指数与对数规律,采用多普勒剖面流速仪在黄陵庙水文断面中实测的不同垂线与不同流量情况下的瞬时流速资料,计算了时均流速的垂线分布,并与指数和对数流速分布公式计算的结果进行了比较分析。结果表明,黄陵庙水文断面不同垂线水流的时均流速分布符合对数与指数分布规律。然而,在不同水流与边界条件下,其指数公式中的指数大小与对数公式中的有关参数有所不同。通过对黄陵庙水文断面垂线流速分布特性的研究,丰富了对天然河流垂线流速分布规律的认识。

粗糙透水床面明渠水流的垂线流速分布

为了进一步揭示粗糙透水床面明渠水流运动特性，针对垂线流速分布研究存在的问题，根据边界层理论，推导了含有摩阻流速、理论床面流速和原点位移等3个参数的修正对数公式；通过水槽试验，运用激光多普勒测速仪，分别对用直径1cm玻璃珠构成的粗糙不透水和透水床面明渠水流的垂线流速分布进行了测量。结果表明：推导的修正对数公式与实测符合很好；相同水流条件下，透水床面的摩阻流速要大于不透水床面，各自的阻力系数保持基本不变；理论床面流速是主流平均流速的0．35—0．45倍，且床面相对流速随着雷诺数的增大而略有减小。

明渠含沙水流的垂线流速分布特性研究

为了进一步研究明渠中含沙水流的垂线流速分布规律,在水槽系统中对明渠恒定均匀含沙水流进行了系列试验,利用实测流速资料,计算分析了时均流速的垂线分布。结果表明:在宽深比比较小的明渠中对最大流速点修正的对数公式可以很好地符合实测数据;水槽中心位置的卡门常数要比其边壁附近的小;卡门常数随着含沙量的增加而减小。通过对明渠含沙水流垂线流速分布特性的研究,增强了对明渠含沙水流垂线流速分布规律的认识。

冰盖对层流垂线流速分布的影响研究

冰盖下的缓慢水流流动可近似为两平行斜板间的层流流动,这为求解冰下层流的垂线流速分布提供了理论基础。采用理论分析的方法对明渠层流及冰下层流的垂线流速分布进行了比较,发现二者的垂线流速分布均可用统一形式的抛物线型公式表示。其中,明渠层流的垂线流速分布可完全确定,冰下层流的垂线流速分布则会因水流纵向压强梯度的不同而不同。同时,冰下层流同一水深处的流速、垂线平均流速、最大流速、单宽流量、流速梯度的最大值均小于明渠层流对应值。结果表明,冰盖通过影响垂线流速分布来影响过水断面的流量,造成流量及输水效率大幅降低,为保证冬季输水渠道的输水效率,应尽力避免冰盖的不利影响。

虚拟垂线流速时差法流量计算方法研究

根据目前传统时差法流量计算存在的问题,提出并着重阐述了虚拟垂线流速时差法流量计流量计算方法。在京杭大运河徐州段运河水文站进行了计算验证。结果表明,虚拟垂线时差法与传统时差法和流速仪法趋势一致,虚拟垂线法优于传统时差法。可为工程技术人员提供参考,为国产化时差测流装置提供技术支撑。

样本容量对明渠垂线流速分布对数公式拟合的影响

针对明渠垂线流速分布测量样本容量对对数公式拟合的影响问题,通过水槽试验,应用激光多普勒测速仪,在0.2倍水深内布设110个点进行垂线流速测量;按相对等距原则,从110个测量数据中共生成11组不同样本容量的流速系列进行统计分析。结果表明:试验测得的垂线流速分布符合对数公式;对数公式拟合所得的摩阻流速、积分常数及其统计变量相关系数和变差系数随样本容量大小的变化而变化,当样本容量逐渐变大时,渐渐趋于稳定,符合统计理论的大数定律;合理反映垂线流速分布变化的试验,其测点需要一定的样本容量;试验得到的垂线流速在间距分布比较均匀的条件下,0.2倍水深内所需样本容量为50左右。

不连续宽级配河床垂线流速分布试验研究

不连续宽级配床沙在天然河道中广泛存在,作为非均匀沙的特殊类型,其床面水流特性与一般意义上的非均匀床面相比具有不同的特性.以不连续宽级配床沙为例对其床面垂线流速结构进行了试验研究,结果表明不连续宽级配近底床面垂线水流结构出现S型转折,S型位置与水流强度和床面形态有关.并提出了基于近底S型的水流垂线流速分段表示的流速公式及垂线流速S型平均转捩位置的计算公式.

长江黄河垂线流速和含沙量分布规律

根据长江和黄河实测的流速、悬移质含沙量及其级配的垂线分布资料，分析了它们变化的规律性，检查了现有理论和经验公式与实测资料的符合程度，并对有关参数进行了探讨．分析表明：各垂线流速分布可以用指数流速分布公式和对数流速分布公式表示，各垂线含沙量分布既可用指数分布又可用对数流速分布导出的含沙量公式表示．相对水深η＝ｙ／ｈ＝０．４处的流速和含沙量及级配基本上都等于垂线平均值，从而可知，用η＝０．４处的流速和含沙量算得的单宽输沙率与用垂线平均流速和含沙量所求得的单宽输沙率是相等的．卡门常数Ｋ值和满宁系数η值都随含沙量的增加而减小．

河工模型断面垂线流速自动测量系统的研制

针对目前河工模型试验测量断面垂线流速还需要通过人工定位测量的问题,开发研制出具有全自动功能特征的断面垂线流速自动测量系统。测量系统结合二维平面自动定位测桥,自动三维地形仪等先进技术,在将断面地形的测量数据用于垂线流速测点定位的基础上,增加了断面水面边界的测量,既为流速传感器定位范围提供依据,也为后续计算提供依据,同时采用多流速传感器快速定位同步测量的方法,在实现大面积流速同步测量技术上有所突破,解决了人工测量定点速度慢、效率低的问题,适应了模型试验发展需求,提升了河工模型试验研究水平。

小浪底水库异重流垂线流速和含沙量分布研究

对小浪底水库异重流断面流速和含沙量垂线分布进行了研究,结果表明：异重流断面垂线最大流速点下的流速分布符合指数分布,最大流速点上部流速分布可按照高斯正态分布计算,含沙量垂线分布符合常数为最大含沙量的抛物线分布。据此结果导出了异重流垂线流速分布公式和含沙量垂线分布公式,可以较好地模拟小浪底水库异重流断面流速和含沙量的垂线变化规律。

变态河工模型垂线流速分布不相似问题的初步研究

变态河工模型垂线流速分布不完全相似的问题早为人所知 ,但其偏差有多大至今未有定量研究 ,对此进行了初步分析 ,指出变态模型表层流速偏大而底层流速偏小 。

枯季磨刀门河口垂线流速分布特征

流速是反映水动力条件的主要因子,也是进行河口动力、物质输运研究的基础。河口水流在潮流、径流、风等多种动力因子影响下,河口的垂线流速分布与内河相差甚远,分布形式多样且变化快。主要通过枯季磨刀门河口实测流速资料分析垂线流速分布的基本特征。

一种新型的垂线流速分布公式

根据Lane和Kelinske的紊动动量交换系数εm的表达式,经过理论推导,得出一种新型的垂线流速分布公式。该公式避开了较难确定的混掺长度,结构简单,计算结果与实测资料对比误差不超过4%,是一种比较准确的公式,经过进一步验证后可应用于实际工程。

黄河内蒙古段封冻期垂线流速分布规律分析

对黄河内蒙古段巴彦高勒、三湖河口、头道拐3个水文站整个封冻期盖面冰下垂线流速分布演变规律进行了分析,并就封冻期常规测流采用的1点法、2点法、3点法计算垂线平均流速的误差进行了评定。结果表明:①立封河段封冻时滞留在冰底的冰花,位于主流的部分在3～5天内消失,位于主流边的部分在15天左右消失,小流速或靠岸边的部分到封冻后期消失;②立封河段在封冻初期,最大垂线流速位置往往出现在相对水深0.6～0.8处。随着冰底粗糙度的减小和冰花的消失,最大垂线流速位置约40天后上移至相对水深0.4处,之后不再上移,各层的流速梯度随着冰底愈来愈光滑在逐渐变小;③从封冻初期到开河前,平封河段的最大垂线流速位置一直保持在相对水深0.4附近,但封冻初期、中期、后期的流速梯度各不相同,初期大,中期次之,后期变小;④封冻期有效水深在1.50～2.00m之间;⑤半深流速系数在封冻前期变幅较大,在封冻中、后期趋于稳定;⑥在封冻后的15天内,流量测次的间隔时间不宜过长,一般以3天左右为宜;在封冻中、后期可根据水位的变化布置测次。

长江防洪实体模型垂线流速相似性研究

根据实测资料,采用3点法、5点法对比计算分析了原型和长江防洪实体模型的垂线平均流速两者间差异,同时比较分析原型与模型流速沿水深分布偏离程度。采用明渠对数流速公式探讨了模型变态后流速沿垂线分布的规律,在此基础上提出了长江防洪实体模型垂线平均流速与相对水深某位置处点流速的关系,观测资料分析表明,模型相对水深为0.6处的点水深处流速与垂线平均流速基本一致。

沉井下沉过程中底部垂线流速分布试验研究

本研究借助河工模型试验手段,通过对沉井在不同的入水深度时沉井底部垂线流速分布情况的观测,探讨了沉井下沉过程的局部冲刷发展的原因,本研究对制定沉井施工工序和掌握恰当时机进行沉井具有指导意义。

有冰盖情况下的垂线流速分布及流速测点布设合理性论证

以明渠对数流速分布为基础，提出有冰盖情况下的垂线流速分布公式，并以此论证了现行冰期流速测点布设模式的合理性。

河道流速仪法测验垂线流速分布参数1/n对Ⅱ型误差的影响

在山区的窄深河道断面上按《河流流量测验规范》要求制定测流方案时,可能会遇到断面概化垂线流速分布形式参数1/n_(11)值超越《河流流量测验规范》"Ⅱ型误差表"或"地区综合Ⅱ误差表"中1/n_(11)的取值范围,在这种情况下为了正确引用Ⅱ型误差表中的数据,需分析1/n值对Ⅱ型误差的影响程度以及变化趋势。