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。

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。

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。

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。

侧向水平进水孔口立轴旋涡的试验研究

通过自制模型对侧向水平孔口的立轴旋涡进行基础试验研究。使用有色颜料追踪旋涡表面的质点运动,观测到其轨迹线为多圈螺旋流,并根据这一特性采用摄像法和图形处理技术对时均速度进行测量,与理论结果对比证明这种简单经济的方法是可行的。通过改变试验装置分析来流方向对旋涡的影响,表明进口轴线与来流方向之间的夹角过大是形成立轴旋涡的诱因之一。根据试验结果得出不同来流方向的临界淹没水深计算公式,并对公式进行推广,可作为设计时的参考依据。

基于地上可视湿润距离的地表滴灌入渗深度估算模式研究

地表最大湿润距离R(t)和垂向最大入渗深度H(t)是地表滴灌系统设计的基础,由于垂向最大入渗深度H(t)不易观测,因此如何合理地确定H(t)是滴灌应用中需要解决的关键问题之一。对烟台棕壤土地表点源、线源入渗进行了室内试验研究,提出了基于地表水平湿润距离的地表滴灌垂向湿润锋的估算模式。模拟值和实测值的对比表明,本模式的估算精度较高,入渗过程中的最大相对误差不到5%。

二线能坡测流法能坡测速垂线组合分析

二线能坡测流法中,计算能坡用的两条实测垂线流速,经测速垂线不同组合实例分析表明,除断面左右两岸边测速垂线外,中泓两侧其它各位置的垂线流速不同跨泓组合,能坡法测流精度均能满足流量测验规范要求。由于受测流河段顺直程度,水下地形等水力条件复杂因素影响,垂线位置的组合存在优与良的差异。为此在建立能坡法流量在线监测站时,对确定两条能坡测速垂线起点距位置,可以用历史实测流量资料进行验证分析,做出最佳优化选择。

明渠水流测线平均流速横向分布及其应用

基于室内与田间试验,分析了明渠水流流速分布特性,提出了水流测线平均流速横向分布抛物线规律和明渠测流方法。结果表明,抛物线规律表达测线平均流速横向分布具有较高的计算精度,在(1-2x/B)>0.1的范围,实测与拟合计算流速的相对误差在±5%之间;利用测线均速抛物线规律对不同渠形测流具有良好的适用性,相对误差在±5%之间,且减轻了田间施测工作量和便于灌区测流自动化。

伶仃洋三维流场数值模拟

使用σ坐标变换技术，将（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）坐标系中的三维非线性Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程转换成（ｘ，ｙ，ａ，ｔ）坐标系中的方程，采用有限差分方法进行离散求解，用垂向（σ向）积分的连续方程求解水位，用动量方程求解流速垂直结构，在水平方向上使用非交错正方网格，σ向等间距分层，从而建立三维流场数学模型。应用本模型对多口门、多岛屿、地形及岸线复杂的伶洋的枯季、洪季流场进行了数值模拟。将模拟结果与多个水位、流速同步测站的实测资料进行比较，无论是水位、垂线平均流速、流向过程线还是流速的垂向分布形式与量值，二者均吻合较好。根据模拟计算结果，对伶洋流场的平面及空间结构特征进行了分析。

基于超声声速的气力输送颗粒体积分数测量

气力输送过程中,颗粒相体积分数、颗粒速度和颗粒粒径等参数的在线测量对过程监测具有重要的意义。基于由Harker和Temple共同提出的两相流理论模型(H&T模型),对气力输送过程中的颗粒相体积分数、颗粒粒径和超声频率对超声声速的影响进行研究,通过数值模拟建立了超声声速与颗粒相体积分数的变化关系。模拟结果表明,与颗粒相体积分数对声速的影响相比,在一定的范围内,颗粒粒径变化和超声频率变化对声速的影响可以忽略不计。随着颗粒体积分数的增大,声速逐渐减小。以玻璃微珠和空气组成的气力输送作为研究对象,进行了试验测量。试验结果表明,该声速计算模型的计算结果与实际测量结果相近。该方法可以为实际生产中颗粒相体积分数的测量提供一种行之有效的途径。

竖直地埋管换热器钻孔外换热解析模型研究现状

根据对热源形状假定的不同,将竖直地埋管换热器钻孔外换热解析模型分为线热源、面热源、体热源3大类,对这3类模型进行了比较分析。结果表明,实际工程中3类模型设计结果几乎没有差别;有限长和无限长热源模型需要很长的时间计算结果才会有明显差异,在满足冷热负荷平衡条件下可以不考虑换热器长度的影响;在不考虑渗流影响情况下,当冷热负荷大致平衡时应采用计算较为方便的无限长线热源模型;在有渗流情况下,当渗流速度达到10-6 m/s时应考虑其影响。

管袋堤坝在深水水流作用下的稳定性试验

通过水流作用下管袋堤坝的稳定性模型试验,对边坡系数m、坝高Dc、坝顶宽度L以及水深H对管袋堤坝稳定性的影响进行了研究。选用1.0,1.5,2.0,2.5共4种边坡系数,10 cm,14 cm,18 cm等3种模型坝高,11 cm,15 cm,19 cm,23 cm等4种模型坝顶宽度以及25 cm,30 cm,35 cm等3种模型水深进行研究。试验结果表明:边坡系数或坝顶宽度增大时,临界垂线平均流速增大;坝高与水深比增大时,临界垂线平均流速减小;坝顶宽度增大时,临界作用流速增大;其余几种因素对临界作用流速的影响不显著。

声学多普勒流速剖面仪垂线平均流速计算模型研究及应用

以湖南省桃江水文站为研究对象,提出声学多普勒流速剖面仪(ADCP)垂线平均流速计算模型,通过对比分析表明ADCP施测的流速与转子速仪施测的垂线平均流速存在很好的一致性。因此该模型具有较好的适用性及推广应用价值,为水文缆道自动测流系统的建设提供技术支撑。

水文测验中两种测速垂线精简算法比较研究

随着中小河流治理项目的推进,改革水文测验方式,探索测流方式方法技术创新势在必行。本研究依托南京信息工程大学学生水文测验教学实习过程中组织开展的2次测速垂线优化精简实验,收集了渔梁水文站2次多测速垂线流量测验数据,针对原精简算法在流量误差最小的寻优过程中可能删去最有代表性的垂线这一问题,设计了直接寻求流量误差最小的测速垂线组合的新算法,并深入分析了两种精简算法对流量误差的影响。结果表明:测站目前采用的常测法选取的13根固定垂线代表性较好,流量测验精度较高;对比原算法,新的垂线精简算法在相同垂线数目下,流量误差更小,测验精度更高;由新算法,特殊水情下单垂线测流可考虑将垂线位置布设在起点距84 m处;流量相对误差大小随着优选垂线数量的增加呈指数递减规律。本研究所提的垂线精简算法有助于提高实验的精度,可为基层水文站开展垂线精简分析工作,进行测流方式改革提供参考。

沭阳水文站南偏泓测流断面流量测速垂线精简分析

根据《水文测验手册》相关要求,结合沭阳水文站垂线平均流速横向分布曲线以及综合断面图,以该站2013—2018年以来具有代表性的测站大断面测量成果为依据,对沭阳水文站南偏泓的测速垂线进行精简分析,通过施测1110.0m、1170.0m两条垂线平均流速后,计算得到测速垂线精简方案,并进行了误差分析。研究结果表明该方案符合要求,可应用于沭阳水文站断面流量实测中。

基于目标运动角速度的自适应交互多模型滤波算法

针对机动目标跟踪问题,在跟踪传感器可以提供目标运动角速度的前提下,提出了一种建立在瞄准线坐标系下的自适应交互多模型滤波算法。该算法在经典交互多模型算法的基础上,引入目标速度量测信息,并利用方位余弦法对不同时刻瞄准线坐标系下的参数进行变换,充分利用目标速度量测信息和噪声量测误差信息对机动目标进行跟踪。仿真结果表明,与单一模型卡尔曼滤波算法相比,本文算法可有效缩短滤波收敛时间,提高机动目标的滤波精度。

CES模型计算复式河槽过流能力及方法对比

复式河槽的洪水漫滩后,滩槽水流相互作用,在滩槽交界处形成动量交换,若直接采用曼宁公式进行水力计算将产生很大误差。应用CES(Conveyance Estimation System)模型首先计算了不同复式河槽的垂线平均流速,并结合英国科学工程研究理事会洪水水槽设备(SERC-FCF)的试验资料进行了验证,进而分析了不同形态复式河槽的水流特性;然后通过对比分析CES模型与经验方法(湿周修正法、断面分割法)和理论方法(谢汉祥法、刘沛清法、河槽协同度法)计算流量时的精度,论证了该模型在复式河槽水力计算中的优越性。结果表明,由CES模型计算的断面垂线平均流速分布符合复式河槽的水流特性且与实测资料吻合良好,较之其他模型方法,该模型能适用于任意形态复式河槽的流量计算且精度较高。

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。

陆水流域水文测站测速垂线与测点精简分析

目前在我国水文领域大力开展的水文测验方式方法改革和新仪器新技术应用浪潮中,将研究的重点放在现行规范精度允许的前提下,如何更好、更快、更准地获取水文资料的途径上。本文通过对陆水流域崇阳水文站多年实测流量资料的系统分析,探讨了在稳定河床测站进行测速垂线及测点精简的可能性。

界首水文站测速垂线精简分析

本文以2020年1-3月界首水文站缆道流速仪法实测流量数据为依据,精简位于主航道中心(即起点距95.0 m)处测速垂线,保留其测深垂线,重新计算断面流量,建立精简测速垂线前后两组流量数据之间的相关关系,对两组数据进行误差分析,确定其可行性。经计算分析,精简测速垂线前后断面流量关系良好,各项计算指标均在允许范围,界首水文站可以精简位于主航道中心(即起点距95.0 m)处测速垂线,保留其测深垂线,实施断面流量测验。