[发明专利]一种虚拟二线能坡河渠流量测流法

说明书

本发明公开一种虚拟二线能坡河渠流量测流法，属于河渠流量计量技术领域。在非均匀流条件下，采用在过水断面中测取两条(中泓两侧各一条)垂线流速，通过均匀流谢才—曼宁公式建立的垂线流速模型逆运算，得到两个虚拟均匀流能坡，代入垂线流速模型，计算出超出人工实测垂线条数数倍的垂线流速，最后用部分流速—面积法算出流量，为实现流量在线监测提供重大技术支撑。

技术领域

本发明涉及河渠流量计量技术领域，特别涉及一种虚拟二线能坡河渠流量测流法。

背景技术

河渠流量计量法，通常分为四大类型，即体积法(称重法)、水文(或垂线平均流速)测流法、水力学公式法、试剂稀释法。从溯源角度认知，其中体积法精度最高；垂线平均流速测流法理论严谨，测流成果被世界公认为“真值”；水力学公式法、试剂稀释法中相关系数都要经过垂线流速测流法验证认可。

传统河渠流量计量中，过水断面通常是已知的(可根据实测水位查算)，然后根据测流规范，沿河渠水面宽在过水断面上用流速仪测量多条垂线平均流速，最后用部分流速—面积法算出流量，其作业过程称为测流。

测流作业方法可包括缆道测流、船测、涉水测流、浮标测流等多种方法，费时费力，测流手段落后；大洪水，又称为高洪，受过河作业手段落后和难度限制，危险性大，高洪流量测不到。

发明内容

本发明的目的在于提供一种虚拟二线能坡河渠流量测流法，以解决现有的传统河渠流量计量方式费时费力以及无法在线监测的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种虚拟二线能坡河渠流量测流法，用于各种均匀流、非均匀流态的过水断面中无死水、回流和畅流的河渠流量在线计量，施测水位与垂线流速仪安装于同一浮体中，包括以下步骤：

A.确定两条施测垂线的位置C1和C2，即在测流断面上选择两条进行流速测量的位置C1和C2；

B.测量两个垂线位置C1、C2的垂线流速V1、V2；

C.利用垂线流速模型逆向计算得到对应于V1、V2的虚拟能坡S1和S2，计算两者能坡差；

D.根据河渠流量测验规范规定要求，在测流断面上选择若干条测流垂线，垂线位置C1左岸一侧各垂线的能坡取为S1，垂线位置C2右岸一侧各垂线的能坡取为S2，垂线位置C1、C2之间各垂线的能坡按S1、S2能坡差，用线性内插法计算能坡；

E.利用各垂线所得到的能坡，代入垂线流速模型，计算各垂线平均流速；

F.根据各垂线平均流速，用部分流速—面积法算出断面总流量；其中，所述垂线流速模型，是将垂线套入与该垂线水深相等、水面宽等于实测水面宽的矩形过水断面中，根据矩形断面中垂线流速公式，算出矩形断面中的垂线平均流速；然后再将垂线套入高与该垂线水深相等，宽与实测水面宽相等的三角形过水断面中，用三角形断面中垂线流速公式算出三角形断面中该垂线平均流速；根据所述两垂线流速以及夹在矩形断面和三角形断面之间的不过水面积，用内插法算出实际垂线流速。

可选的，所述矩形断面中垂线流速公式为：

其中：u为矩形断面中垂线流速；

u₁为矩形断面中的左垂线流速；

u₂为矩形断面中的右垂线流速；

α为与矩形断面宽深比有关的系数；

n为糙率；

R_x1为垂线左水力半径；

R_x2为垂线右水力半径；

S为能坡。

可选的，所述三角形断面中垂线流速公式为：