河道流量计算方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种河道流量计算方法及系统，获取测流断面历史实测流量数据，包括测速垂线垂线平均流速横向分布数据及测流断面大断面数据；对所述测速垂线垂线平均流速横向分布数据进行处理，绘制测站垂线平均流速归一标准曲线图；确定所述归一标准曲线的外包线；将当前实测的测速垂线流速数据进行归一化处理，然后与归一化标准曲线进行比对，对超出外包线的数据进行纠正，将纠正后得到的测速垂线流速数据用于河道流量计算。本发明专利技术能整体提高雷达波测流模式的流量测验成果可用性与精度。

Calculation Method and System of River Flow

【技术实现步骤摘要】
河道流量计算方法及系统
本专利技术涉及河道流量计算领域，特别是一种河道流量计算方法及系统。
技术介绍
河道流量是指单位时间内通过河渠或管道某一过水断面的水体体积(m3/s)。当前流量测验主要采用缆道或水文测船流速仪、走航ADCP(多普勒剖面流速仪)、浮漂(高洪)、水力学(利用堰槽和水工建筑物)、电波流速仪等方法进行。其中缆道或水文测船流速仪法是常规水文测验的主流，非接触式雷达波测流方法近几年在山区性河道、中小河流、常规测站高洪测验中得到较大应用。缆道或水文测船流速仪测验是在河道断面内布置若干条测速垂线，依次完成各测速垂线的流速测验(一点法或多点法)，然后根据实测水位、大断面资料进行流量成果计算。缆道或水文测船流速仪法断面流量(Q)计算方法如下：Q----断面流量(m3/s)；qi----第i部分流量(m3/s)；Ai----相邻两根测速垂线间部分断面面积；----相邻两根测速垂线中间部分的平均流速，Vmi----第i根测速垂线平均流速；----左岸边或死水边的部分平均流速；----右岸边或死水边的部分平均流速，α----岸边流速系数；“非接触式雷达波测速”流量计算采用与缆道或水文测船流速仪测验相同的计算方法，区别在于各测速垂线的垂线平均流速的获取不同，对于缆道或水文测船流速仪测验来说，根据规范可以采用一点法、二点法、三点法、五点法等不同的测验方案获得测速垂线上多个测点流速，并据此计算垂线平均流速(Vmi)，对于“非接触式雷达波测速”测流方式来说，施测的流速则为各垂线位置的表面流速。对于缆道或水文测船流速仪测验来说，由于是专业人员现场操作，而且流速测量仪器为传统流速仪，测量结果不容易出现大的误差，尤其是专业技术人员还能够根据个人经验当场对个别奇异点据进行剔除并重新施测，在此基础上计算的垂线平均流速是可信的；“非接触式雷达波测速”采用多普勒雷达测速原理(f＝ν/λ，f--频率，ν--速度，λ--波长)，测速数据容易受强暴雨、大风沙等外界因素的影响，而且实测的是测速垂线表面流速(根据比测资料可换算成垂线平均流速)，因此有可能出现较大的误差，特别是对于流速＜0.3m/s的靠近岸边部分的测速垂线，由于流速偏小(达到了仪器设备的临界测量值)、回波强度弱等原因，导致测量数据误差会更大，甚至出现错误数据。目前采用的处理方法如下：1、根据测站测流方案，依次进行代表垂线水面流速测速[Vm1、Vm2.....Vm(n-1)]；2、根据实测代表垂线流速，按照图1所示方法计算断面流量。存在问题：1、高洪测验期间，受暴雨、突发风沙影响，垂线测速数据可能出现奇异值，通常情况下当测速垂线出现奇异值时流量计算成果明显偏大；2、靠近岸边部分的测速垂线，流速较低，回波强度弱，测量数据容易出现异常，返回0值(无信号)，或者大值(干扰)；3、岸边测速垂线采用“0”值计算则流量明显偏小、岸边垂线不参与计算则流量明显偏大，最终呈现的结果是实测流量过程线出现跳变。随着“非接触式雷达波测流”技术的推广应用，针对上述情况，迫切需要一种适合“非接触式雷达波测流”模式下的河道流量计算方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种河道流量计算方法及系统，提高雷达波测流模式的流量测验成果可用性与精度。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种河道流量计算方法，包括以下步骤：获取测流断面历史实测流量数据，包括测速垂线垂线平均流速横向分布数据及测流断面大断面数据；对所述测速垂线垂线平均流速横向分布数据进行处理，绘制测站垂线平均流速归一标准曲线；确定所述归一标准曲线的外包线；将当前实测的测速垂线流速数据进行归一化处理，然后与归一化标准曲线进行比对，对超出外包线的数据进行纠正，将纠正后得到的测速垂线流速数据用于河道流量计算。绘制测站垂线平均流速归一标准曲线图的具体实现过程包括：1)根据测流断面历史实测的测速垂线垂线平均流速横向分布数据与测流断面大断面数据，定位中泓位置测速垂线；2)将各测次各测速垂线的流速归一至中泓位置测速垂线，得到各测次各测速垂线的平均流速归一值；3)利用各测次各测速垂线的平均流速归一值计算各测速垂线的归一流速算术平均值，利用所述算术平均值绘制测站垂线平均流速归一标准曲线图。步骤3)后，还包括以下步骤：4)利用各测次各测速垂线的流速归一值，以及各测速垂线的归一流速算术平均值绘制归一垂线平均流速横向分布图；5)利用垂线平均流速横向分布图，找到各测速垂线平均流速归一值的最大值和最小值，分别判断该最大值和最小值与归一标准曲线之差是否大于0.15，若是，则将该测次从历史实测流量数据序列中剔除，并返回步骤3)，重新计算最终的测站垂线平均流速归一标准曲线并绘制垂线平均流速归一标准曲线图。各测次的测速垂线流速归一值中泓；其中，i＝1，2，.....，N；N为测速垂线数量；ηi为第i根测速垂线的流速归一值，为第i根测速垂线垂线平均流速，中泓为中泓位置测速垂线平均流速。确定所述归一标准曲线图的外包线的过程包括：根据测站类型确定归一标准曲线的外包线；所述测站类型包括一类精度站、二类精度站、三类精度站。对于所述一类精度站、二类精度站、三类精度站，所述归一标准曲线外包线默认值分别为归一标准曲线对应的各测速垂线归一值的1±8％、1±12％、1±15％。对于所述一类精度站、二类精度站、三类精度站，当所述归一标准曲线对应的各测速垂线最大/最小归一值在由所述默认值确定的外包线范围内时，以该测速垂线最大/最小归一值替代对应位置的外包线默认值。相应地，本专利技术还提供了一种河道流量计算系统，其包括：采集模块，用于获取测流断面历史实测流量数据，包括测速垂线垂线平均流速横向分布数据；处理模块，用于对所述测速垂线垂线平均流速横向分布数据进行处理，绘制测站垂线平均流速归一标准曲线图；计算单元，用于确定所述归一标准曲线的外包线，并将当前实测的测速垂线流速数据进行归一化处理，然后与归一标准曲线的外包线进行比对,对超出外包线的数据,通过归一标准曲线进行纠正，将纠正后得到的测速垂线流速数据用于河道流量计算。所述处理模块包括：定位单元，用于根据测流断面历史实测的测速垂线垂线平均流速横向分布数据与测流断面大断面数据，定位中泓位置测速垂线；归一计算单元，用于将各测次各测速垂线的流速归一至中泓位置测速垂线，得到各测次各测速垂线的平均流速归一值；绘制单元，用于利用各测次各测速垂线的平均流速归一值计算各测速垂线的归一流速算术平均值，利用所述算术平均值绘制测站垂线平均流速归一标准曲线图。所述处理模块还包括：第一处理单元，用于利用各测次各测速垂线的流速归一值，以及各测速垂线的归一流速算术平均值绘制归一垂线平均流速横向分布图；第二处理单元，用于利用垂线平均流速横向分布图，找到各测速垂线平均流速归一值的最大值和最小值，分别判断该最大值和最小值与归一标准曲线之差是否大于0.15，若是，则将该测次从历史实测流量数据序列中剔除，并再次执行绘制单元的操作，重新计算最终的测站垂线平均流速归一标准曲线图。与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果为：1、本专利技术能整体提高雷达波测流模式的流量测验成果可用性与精度，特别是针对强暴雨、大风沙等突发工况导致的数据异常，以及流速＜0.3m/s的岸边测速垂线数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种河道流量计算方法，其特征在于，包括以下步骤：获取测流断面历史实测流量数据，所述测流断面历史实测流量数据包括测速垂线垂线平均流速横向分布数据及测流断面大断面数据；对所述测速垂线垂线平均流速横向分布数据进行处理，绘制测站垂线平均流速归一标准曲线；确定所述归一标准曲线的外包线；将当前实测的测速垂线流速数据进行归一化处理，然后与归一标准曲线进行比对，对超出外包线的数据进行纠正，将纠正后得到的测速垂线流速数据用于河道流量计算。

【技术特征摘要】
1.一种河道流量计算方法，其特征在于，包括以下步骤：获取测流断面历史实测流量数据，所述测流断面历史实测流量数据包括测速垂线垂线平均流速横向分布数据及测流断面大断面数据；对所述测速垂线垂线平均流速横向分布数据进行处理，绘制测站垂线平均流速归一标准曲线；确定所述归一标准曲线的外包线；将当前实测的测速垂线流速数据进行归一化处理，然后与归一标准曲线进行比对，对超出外包线的数据进行纠正，将纠正后得到的测速垂线流速数据用于河道流量计算。2.根据权利要求1所述的河道流量计算方法，其特征在于，绘制测站垂线平均流速归一标准曲线图的具体实现过程包括：1)根据测流断面历史实测的测速垂线垂线平均流速横向分布数据与测流断面大断面数据，定位中泓位置测速垂线；2)将各测次各测速垂线的流速归一至中泓位置测速垂线，得到各测次各测速垂线的平均流速归一值；3)利用各测次各测速垂线的平均流速归一值计算各测速垂线的归一流速算术平均值，利用所述算术平均值绘制测站垂线平均流速归一标准曲线图。3.根据权利要求2所述的河道流量计算方法，其特征在于，步骤3)后，还包括以下步骤：4)利用各测次各测速垂线的流速归一值，以及各测速垂线的归一流速算术平均值绘制归一垂线平均流速横向分布图；5)利用垂线平均流速横向分布图，找到各测速垂线平均流速归一值的最大值和最小值，分别判断该最大值和最小值与归一标准曲线之差是否大于0.15，若是，则将该测次从历史实测流量数据序列中剔除，并返回步骤3)，重新计算最终的测站垂线平均流速归一标准曲线并绘制垂线平均流速归一标准曲线。4.权利要求2所述的河道流量计算方法，其特征在于，各测次的测速垂线流速归一值其中，i＝1，2，.....，N；N为测速垂线数量；ηi为第i根测速垂线的流速归一值，为第i根测速垂线垂线平均流速，为中泓位置测速垂线平均流速。5.权利要求2～4之一所述的河道流量计算方法，其特征在于，确定所述归一标准曲线的外包线的过程包括：根据测站类型确定归一标准曲线的外包线；所述测站类型包括一类精度站、二类精度站、三类精度站。6.权利要求5所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：石瑞格，杨百银，曾佑聪，彭程，卢毓伟，马良，邓思滨，张侃侃，刘代勇，
申请(专利权)人：中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，水电水利规划设计总院，
类型：发明
国别省市：湖南,43