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。

全值域有定义的对数紊流流速分布公式研究

目前,声学多普勒流速剖面仪垂线流速盲区插补只能采用指数流速分布、常数流速分布两种模式,而对数紊流流速分布公式是基于动量传递理论推导出的垂线流速分布公式,该公式因在边界处(y=0)没有定义而应用不便。基于此,从天然河道的河床是由泥沙组成的非固定边界的实际出发,提出在边界面上液体质点仍然存在混掺运动的假设,借助动量传递理论推导出全值域有定义的对数紊流流速分布公式。并且采用宜昌水文站4条实测垂线流速对公式进行拟合验证。结果表明:该公式拟合得到的误差有正有负,最大误差为-3.66%,精度符合水文资料整编规范要求。推导出的公式在垂线水深的所有值域内有定义,该公式可为声学多普勒流速剖面仪垂线流速盲区插补提供一种思路。

溪洛渡水电站坝下游河道非恒定流特性研究

溪洛渡水电站运行时坝下游河道形成的强烈非恒定流将对下游航运产生影响。为保障航运安全,掌握电站运行时下游河道非恒定流特性,以原型观测数据率定物理模型参数,设置不同初始流量、流量变幅、流量变化率,采用物理模型试验深入研究了溪洛渡水电站坝下游15 km长河道的非恒定流特性。结果表明:溪洛渡水电站坝下游河道在非汛期均位于向家坝水电站回水影响范围内,汛期桧溪水位站以上河道水面存在明显比降;溪洛渡水电站坝下游河道水位变化率与下泄流量变化率呈正相关,最大垂线平均流速均与水电站下泄流量呈正相关;水位变化率和最大垂线平均流速变幅对流量变化率的响应更为敏感,受初始恒定流量的影响不大;向家坝水电站运行水位越高,溪洛渡水电站下游河道水位变幅和断面垂线平均流速越小。

黄梨树水文站垂线平均流速与断面平均流速关系分析

黄梨树水文站属于国家重要水文站,一类精度站,流量测验采用缆道流速仪法,单次流量测验历时0.75~3.17 h,较为费时。通过对黄梨树水文站2021年测速垂线平均流速与断面平均流速进行分析,选定代表垂线,建立相关关系,并对成果进行误差评定和验证。探索流量测验时断面平均流速简化为只测代表垂线平均流速,缩短测验历时。

博白水文站双轨全自动雷达波在线测流系统比测分析

通过博白水文站双轨全自动雷达波在线测流系统与缆道流速仪测流数据比测率定分析,建立两种测流方法之间的相关关系,率定双轨全自动雷达波在线测流系统的水面平均流速系数,经比测分析表明,博白水文站双轨全自动雷达波在线测流系统水位46.29~50.76m时可以投入使用。

黄洞水文站固定式雷达测流系统比测分析

通过对黄洞水文站固定式雷达测流系统与走航式ADCP等流量测验结果进行对比,分析率定黄洞水文站固定式雷达测流系统水面流速系数。比测结果表明,固定式雷达测流系统在高水和中水水位对黄洞水文站流量实现在线监测是可行的,对低水部分不适用,尤其是在流速小于0.5m/s时(相当于雷达监测系统启动流速),测流精度明显下降。

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。

H-ADCP流速比测分析中误差校正的方法探讨

针对H-ADCP系统流速比测分析中方案合格率偏低的情况,以实测平均流速为水体传播速度对实测流量进行相关插补,校正H-ADCP设备安装断面与比测断面不重合导致的实测平均流速与指标流速拟合误差。通过水文调查,参考多年实测流量,校正比测资料不充分造成的流量资料整编误差,这一方法在宜州刘三姐水文站可行。

梧州水文站水平式双探头ADCP在线测流系统比测分析

梧州是全国首批25个重点防洪城市之一,历年来防洪任务繁重,防汛形势极为严峻。梧州水文站使用测船在高洪水位进行流量测验时存在一定安全风险。为确保测验安全,减少工作强度,提高信息采集自动化和测报能力,在梧州水文站开展水平式双探头ADCP流速与断面平均流速(走航式ADCP)进行同步比测率定分析,精度符合规范要求,在线测量数据满足现实使用要求。

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。

平原河网地区城市排涝泵站设计流量分析方法研究

平原河网地区汛期受外江水位顶托,区域涝水常难以自排,需新建排涝泵站解决内涝问题。以盐卡泵站为例,根据排区的降水、下垫面条件,分别采用平均排除法、水文水动力模型法确定平原河网地区外排泵站规模,以满足区域的排涝要求。经分析,传统的平均排除法和新型的水文水动力模型法各有优势,结合运用可以科学合理的确定排涝泵站设计流量,为区域经济社会发展提供水安全保障。研究成果可为平原湖区排涝泵站规模的确定提供参考。

基于TCN-Attention模型的多变量黄河径流量预测

针对河流径流量变化受到众多因素影响,具有随机性和非线性的特征,难以对其精确预测的问题,基于黄河花园口水文站2008—2012年日均流量、日降水量、日均含沙量数据,提出一种结合时间卷积神经网络(TCN)和注意力(Attention)机制的多变量TCN-Attention模型,对花园口水文站日均流量进行预测,并选取LSTM模型和TCN模型进行预测对比实验。结果表明,TCN模型和TCN-Attention模型的预测性能整体优于LSTM模型;Attention机制可以通过调整特征向量权重提升TCN模型的预测性能,与TCN模型相比,TCN-Attention模型的MAE、RMSE、MAPE值分别降低了20.25%、24.90%、24.39%;TCN-Attention模型具有较优的泛化性能,可以提升日均流量预测精度。

代表垂线法在中小河流流量测验中的应用与分析

传统旋桨式流速仪操作简单,性能可靠,适用性强,在水文应急测验方面有着不可替代的优势。以星丰(三)站为例,探讨旋桨式流速仪结合代表垂线法测流方案在山溪性中小河流洪水期的适用性。分析结果表明,代表垂线法操作简便,测量精度高,适用于山溪性中小河流的洪水期流量测验。

改进代表流速相关法在潮流量整编中的应用

针对代表流速相关法推算流量与实测流量间存在一定偏差,影响潮流量资料整编精度的问题,通过分析代表流速的代表性,发现在感潮过程中作为代表流速的岸边流速较中泓部分优先变化,且主要发生在起潮后1~6h,导致该时段内推算径流量偏大。由于代表流速变化的优先程度与潮动力因子涨潮潮差密切相关,因此提出了以逐潮涨潮潮差修正起潮后1~6h时段内代表流速代表性的方法,并分析了钱塘江感潮段之江水文站2013年的径流量。结果表明,修正后年径流量相对误差由14.6%减小到-2.2%,从而验证了该方法的合理性。

侧扫雷达在线流量监测系统在西江流量监测中的应用——以梧州水文站为例

梧州水文站上游约2000 m是干流浔江与支流桂江交汇处,下游180 m为云龙大桥,水流形态复杂。为了解决高洪以上水位级流量在线监测难题,2019年7月底在梧州水文站安装侧扫雷达开展比测试验。通过分析侧扫雷达表面流速的准确性、建立断面平均流速与侧扫雷达表面流速模型及水量计算分析来研究侧扫雷达在线流量监测系统在西江梧州水文站河段的适用性。目前已收集到水位2.93~10.79 m、流速0.33~1.19 m/s的比测资料,分析结果表明:侧扫雷达在线流量监测系统可在梧州水文站应用。

官良水文站水平式ADCP的流速率定分析

水平式ADCP技术应用的关键是指标流速与断面平均流速关系的率定[1],该文以官良站实测流量资料为基础,研究了水平式ADCP所测的指标流速与实测资料平均流速的相关关系,得出最佳的关系方程。通过水平式ADCP测得的指标流速代入率定方程,得出断面的平均流速,根据水位面积关系可得出现时水位对应的断面面积,平均流速与断面面积两者乘积为流量。

基于混合长理论垂线平均流速分析及应用

垂线流速测验作为影响流量测验精度的重要因子。基于混合长理论,以石牌站2021年多点法流速实测资料作为实践验证样本,对垂线流速测深点代表性及流速纵向与横向特征进行分析。分析结果显示:基于混合长理论推导垂线平均流速为距水面相对位置0.6处,该测验点位置具有代表性,实测资料证明了此推导的正确性,该相对位置点所测流速作为垂线平均流速具有代表性;平均流速沿垂线纵向分布特征表现为,流速值大小从相对水深0.0处向1.0处顺序递减;流速高峰值分布区域为水面至水下垂线1/5处,低峰值区域位于近河底处;垂速沿过洪断面横向分布特征为主槽水深最大处的起点距及附近为流速高峰值分布区域,流速横向沿程大小与平均水深的沿程变化趋势基本一致;流速低峰值分布与左右近岸边区域一致。

冰峪沟水文测站流速测验垂线精简分析研究

文章以冰峪沟水文站为研究实例,对测速垂线精简方式进行探讨。结果表明:在原有10条垂线的基础上,只需要监测95m、101.6m、115m三条垂线的流速,通过水位、大断面图查得断面面积,即可求得相应的流量,且同比测分析精简方式下的流量测验精度可满足水文测验规范要求。研究成果对于水文测站测验新方式的应用具有参考意义。

ADV超声波多普勒流量计在陈桥水文站的应用研究

为解决陈桥水文站受上游北关引韩及下游渠道分流影响的测验问题,该站引进了ADV超声波多普勒流量计进行实时流量监测。通过与SonTek M9进行同步流量比测,并通过分析得到代表流速与断面平均流速的率定关系式,所得率定结果符合水文测验精度的要求。经与实测流量资料对比分析得出,ADV超声波多普勒流量计推算所得流量成果合理,可以应用在该站日常的水文测验工作中。

基于沙里寨水文站水面流速系数分析研究

在实测河道流量时,往往因为洪水涨落急剧、洪峰历时短无法采用多点法施测流速;或在采用浮标法及缆道流速仪法施测流量时,多采用水面一点法施测流速,而在计算垂线平均流速时涉及水面流速系数的问题。通过对大洋河沙里寨水文站实测的垂线五点流速,建立水面与垂线平均流速相关关系,确定该站水面流速系数。