基于ADCP的水文站断面平均流速AI计算模型研究

本研究旨在探讨如何利用走航式ADCP流速数据和人工智能技术,提高岭下水文站的断面平均流速计算精度,以解决复杂的流量监测难题。通过比较指标流速法和基于AI的计算模型,评估了它们在不同水深条件下的性能和适用性。结果表明,在多数情况下,AI算法表现出更高的计算合格率和较低的不确定度,尤其在高水期和中水期。然而,在低水期测流时,数据质量仍然存在挑战,需要进一步改进和扩大样本容量。这项研究为提供更准确、实时的水文信息,支持水资源管理、防汛减灾和生态保护提供了重要依据。

变态河工模型断面平均流速偏离度影响研究

河工模型试验中,变态河工模型量测的断面平均流速与正态河工模型量测的断面平均流速有一定的偏离,变率取值越大,变态模型的断面平均流速与正态模型的断面平均流速偏离度越大。通过同变率典型工程模型试验得出:变态模型的断面平均流速总体大于正态模型的断面平均流速。变态河工模型断面平均流速偏离度受变率选取、边界条件及流量大小影响,边界顺直、水流平稳处,变态模型的断面平均流速偏离度小于20%;边界变化较大、流态紊乱处,变态模型的断面平均流速偏离度大于20%。

水文站断面平均流速AI计算模型研究

选取秦淮河流域句容河前垾村水文站,基于走航式ADCP获取的2018年79组全断面点流速数据,开展水文站在线流量监测的断面平均流速计算模型研究。基于层流速(整层或部分),分析指标流速法的计算效果,并提出基于AI算法的断面平均流速计算方法,基于点流速数据及断面特性,构建前垾村水文站断面平均流速AI计算模型。结果表明:当输入水深、水层上部及下部过水面积、水层点流速、点流速相对水深时计算精度较高。

代表垂线平均流速与断面平均流速关系分析

以杨家营水文站垂线平均流速、断面平均流速实测资料为例，采用建立垂线平均流速与断面平均流速相关关系曲线的方法，在通过定线精度检验的基础上，来确定施测断面平均流速的代表流速垂线，以简化施测断面平均流速的技术手段。采用代表垂线法施测断面平均流速，可将多条测速垂线简化至1条，故此实测断面平均流速的总历时可成倍缩短，这无疑保证了抢测洪水流量过程（尤其是峰谷转折点）的测验时机。即采用代表垂线法施测断面平均流速可达到即时控制洪水流量的剧烈变化过程、确保一次测流允许的水位涨落差不大于平均水深的10％和减轻测验劳动强度的目的。

陈河水文站代表垂线平均流速与断面平均流速关系分析

以陈河水文站垂线平均流速、断面平均流速实测资料为基础,建立垂线平均流速与断面平均流速相关关系曲线的方法,在定线精度检验的基础上,来确定施测断面平均流速的代表流速垂线,以简化施测断面平均流速的技术手段。采用代表垂线法施测断面平均流速,可将多条测速垂线简化至1条,故此实测断面平均流速的总历时可成倍缩短,这无疑保证了抢测洪水流量过程(尤其是峰谷转折点)的测验时机。即采用代表垂线法施测断面平均流速可达到即时控制洪水流量的剧烈变化过程和减轻测验劳动强度的目的。

城市排水管中过流断面平均流速计算方法研究

过流断面平均流速的计算是研究城市排水管网的基础。针对三种排水管平均流速的计算方法,分别从使用特性、精度差距、计算难度等方面进行比较研究。结果表明,对同一管道条件进行计算时,三种方法分别具有不同适用条件和计算特点,根据不同的使用需求和对结果的精度要求,选取不同的计算方法可显著提高工作效率。

基于神经网络模型计算感潮河段断面平均流速

在长江下游感潮河段,采用在线测流系统中ADCP实时指标流速推求断面平均流速,可通过建立神经网络模型进行求解。基于MATLAB软件的神经网络工具箱,以南京水文实验站2014年5月—2016年12月9次全潮测验为例,介绍在该工具箱中建立对应模型的详细步骤及求解方法。计算结果表明,该模型具有较好的拟合效果,可满足计算精度需求。因此,在基于ADCP实时指标流速计算感潮河段断面平均流速的研究中具有较好的应用前景。

益门镇站代表垂线流速与断面平均流速关系分析

以益门镇水文站2020年流速仪法实测的4条测速垂线平均流速与断面平均流速资料为依据,采用建立代表流速与断面平均流速的相关关系方法 ,分析确定该站水文测验断面起点距35.0 m处施测垂线流速可以推算断面平均流速,且能确保测速垂线在一定的水位级下流速具有较为稳定的相关关系和测验精度,为该站在今后的流量测验中快速、准确地实测河道流量提供理论依据。

基于ADCP实时指标流速的感潮段断面流量计算

长江下游感潮河段水位-流量关系曲线无法确定。针对传统测流方式存在的监测频次偏少、无法实现流量过程推求等问题,建立了ADCP在线测流系统。根据一段时期内在线测流系统中ADCP实时指标流速监测值与断面平均流速实测值,建立了两者间的多元线性回归模型,并进行求解,获得了模型的回归系数。以南京水文实验站2010年11月至2011年12月之间的监测资料为例,通过以上方法计算实时指标流速的回归系数,并结合水位和河底高程求得过水断面流量。与实测流量对比表明,该模型具有较好的拟合效果,计算精度较高,可广泛地应用于流量的实时报汛及整编。

西藏古乡沟泥石流流速

根据水力学原理和古乡沟泥石流实测资料,结合试验数据,经计算分析,提出了泥石流流速。这个公式为整治古乡沟泥石流和川藏公路沿线泥石流沟提供了参数。

神经网络在组合式ADCP在线测流系统中的应用

针对长江下游感潮河段受潮汐影响导致流量测报精度不高的问题,分析探究了多元线性回归模型和BP神经网络模型利用ADCP流速指标推算断面平均流速的适用性。以南京水文实验站2020~2021年实测6组全潮测验数据为例,设计了3种研究方案,分别对比分析了多元线性回归模型和BP神经网络模型的精度。结果表明:仅考虑ADCP指标流速而言,BP神经网络模型推算精度更高。同时,适当增加相关训练数据类别能够获得更好的拟合效果。研究成果可为神经网络模型与传统水文测验方法相结合提供研究思路。

河道整治设计流速的确定

本文基于谢才公式导出了对于变动的河床断面推求河道整治设计流速的公式,经验算,这一公式可用于设计。

弯道近岸流速沿程分布规律与计算方法

确定弯道近岸流速对于预测弯道凹岸侵蚀速率与横向迁移速率具有重要意义,但野外测量与理论计算近岸流速困难较多。为研究近岸流速的沿程分布规律,以及近岸流速与断面平均流速值之间的定量关系,采用MIKE 3建立水流数学模型,分析各种工况下连续弯道的中间河段内18个断面的断面平均流速与近岸流速的关系并建立计算方法。结果表明,弯道入口段,近岸流速沿程略减小,之后沿程近似呈线性增加。近岸流速随断面平均流速的增加而增加,二者之间高度正相关,可采用ub=a珔u+b表示,a和b随弯道中心角和来流量变化而变化。研究成果有助于了解河道演化规律。

单波束声学多普勒流速仪垂向在线测流应用研究

通过应用单波束垂向式声学多普勒流速仪(V-ADCP)进行在线流量测验,探索单波速V-ADCP的安装和流速数据处理计算方法。采用转子式流速仪对V-ADCP进行比测,分析V-ADCP采用相对水深某个区间范围内的单元流速计算垂线平均流速的方法,率定符合水文相关规范的V-ADCP测流的单断速关系,并确定单断速关系可生产应用的范围。通过对V-ADCP在线测流的应用,得到精度较高的单断关系,实现流量在线监测,可为进一步推广V-ADCP在线测流的应用进行探索。

南京水文实验站指标流速的选择分析

南京水文实验站因受潮汐上溯影响,流量整编及报汛困难。理论上依托水力学公式及经验公式,并充分考虑通航条件及各种水力因素可以选取合适的代表线。代表线提取的指标流速与断面平均流速,具有很好的相关性,可通过指标流速拟合断面平均流速进而推求过水断面通量。研究结果表明,基于以上方法挑选指标流速可行。

滑梁险滩表层流速场初探

为了摸索滑梁滩对航行船舶的危害情况,而在现场实测滑梁滩水流又极为困难。本文借助水槽试验来研究滑梁滩的表层流速分布情况,然后用物理模型的资料验证,证明所得规律及计算方法基本正确。

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。

流量在线监测在九江水文站的可行性分析

九江水文站地处长江中游末端,其下游9km处有张家洲将长江分为南北两江;其下游30km有鄱阳湖入汇长江,对本站水位、流量有顶托影响,水位~流量关系不稳定。为了提高流量整编成果的精度和报汛准确性,需找出能代表流量测验断面平均流速的代表性垂线流速,进而可实行在线流量监测。根据九江水文站垂线平均流速横向分布以及多年断面图,以该站2017年至2021年ADCP实测流量成果资料为依据,对测速垂线进行了指标流速多元线性回归分析,从分析的11种方案中得到起点距为690m和1110m的两条垂线组合的垂线平均流速与断面平均流速有较好的关系,适宜作为该站在线流量监测的代表性垂线。

桥墩紊流宽度的试验研究

通过概化水槽试验,采用M icroADV流速仪测量瞬时流速,得到桥墩周围纵向、横向和垂向时均流速和紊流强度的横向分布.比较了有、无桥墩的时均流速和紊流强度横向分布变化,得出桥墩对时均流速和紊流强度的影响幅度和范围,据此确定桥墩侧边缘的紊流宽度,并给出了桥墩最大紊流宽度随断面平均流速变化的关系.

含淹没植物河流水流紊动强度最大值及其影响因素

根据含淹没植物河流水流紊动强度与流速和流速分布的关系,建立紊动强度经验公式,并数学推导证明了紊动强度垂向分布最大值的存在。根据实验数据,该紊动强度最大值的大小及出现位置受植物和水流条件的影响:植物的存在增加水流阻力,植物排列密度改变紊动强度最大值的大小;植物叶片的摆动形成水流紊动的主要干扰源,植物/水深相对高度控制紊动强度最大值的出现位置;断面平均流速的变化改变水流的稳定性和植物冠层的高度,对紊动强度最大值的大小和出现位置均有一定影响。