一种用于推求河流流量的代表流速合成方法技术

本发明专利技术涉及一种用于推求河流流量的代表流速合成方法，解决目前凭借人工经验选取合成代表流速的代表性测点随意性较大，且不能很好满足流量规范化、精准化监测要求的问题。本方法合成推流代表流速分为4个步骤：（1）测点流速一致性变换；（2）测点流速序列稳定性分析；（3）运用“单宽流量比较法”确定推流代表流速中各代表性测点流速的权重；（4）根据各代表性测点流速的权重系数合成代表流速。本发明专利技术在测点流速序列一致性变换的基础上，通过测点流速稳定性分析优选代表性测点，运用“单宽流量比较法”确定代表性测点流速的权重，提出用于推求河流流量的代表流速合成方法，数据可靠性更高，提高了水文数据计算的准确性。高了水文数据计算的准确性。高了水文数据计算的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于推求河流流量的代表流速合成方法


[0001]本专利技术属于水文数据处理领域，涉及一种用于推求河流流量的代表流速合成方法。

技术介绍

[0002]河流流量是指单位时间内通过河流断面的水体体积，是河流最重要的水文要素特征之一。流量测验是日常水文监测的一项重要基础性工作，监测成果在公共水安全保障、生态环境治理中发挥不可替代的作用。然而，自然河流水文情势复杂，众多中小河流水情变化快，水环境情况多样，且高洪期间含沙量高、漂浮物多、水体紊动强烈，直接通过转子式流速仪多点多线法、走航式ADCP法等传统的流速面积法测流较为困难，测验作业安全性不高，且难以实现流量在线监测。
[0003]近年来，流量的自动监测技术不断发展，各种形式的流量自动监测设备、方法投入实际生产应用，但仍存不足。在诸多流量自动监测的方法理论中，通过代表流速法推算河流流量，继而实现流量自动监测的方法，是目前流量自动监测的最主要方法之一。该方法主要通过自动监测测流断面水位、部分测点流速等水文要素，选取具有代表性的测点流速合成推流代表流速后，对比分析不同推流水位级下代表流速和实测断面平均流速的相关关系。确定该相关关系后，利用自动监测设备连续在线监测并计算得到代表流速，通过相关关系推算断面平均流速，再利用水位监测数据推算过水断面面积，进而得出河流流量。上述方法中，代表流速的合成是关键一环，目前普遍凭借人工经验选取合成代表流速的代表性测点，缺乏定量分析判断，随意性较大，不能很好的满足流量规范化、精准化监测的要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决凭借人工经验选取合成代表流速的代表性测点随意性较大、不能很好的满足流量规范化精准化监测要求的问题，并提供一种用于推求河流流量的代表流速合成方法，在测点流速序列一致性变换的基础上，通过测点流速稳定性分析优选代表性测点，运用“单宽流量比较法”确定代表性测点流速的权重，进而合成代表流速，数据可靠性更高，提高了水文数据计算的准确性。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于推求河流流量的代表流速合成方法，沿河道横断面设置有n个测点，包括以下步骤：
[0006]步骤1，测点流速一致性变换；
[0007]一般水流流速监测设备可在不同时点连续测得同一空间位置的水流流速，但天然河道水情变化快，特别是在洪水期很难获得相同水情状况下的不同测次数据序列，因此需对同一测点不同测次的流速序列进行一致性变换；在此基础上，得到同一测点近似一致水情下的流速序列，为后期的分析计算提供基本数据，具体步骤如下：
[0008]步骤1.1，使用通用的面积包围法或算术平均法计算各测次的平均水位，利用曼宁公式法或既往的水位流量关系曲线推算平均水位对应的断面平均流速V
平均
；
[0009]步骤1.2，利用曼宁公式法或既往的水位流量关系曲线等推算各测次水位对应的断面平均流速V
i
；
[0010]步骤1.3，计算各测次流速一致性变换改正系数
[0011]步骤1.4，对各测次各测点的流速进行一致性变换，V
ij变
＝α
i
V
ij
；式中：V
ij
为第i测次第j测点流速；V
ij变
为第i测次第j测点经一致性变换后的相应测点流速；
[0012]步骤2，测点流速序列稳定性分析；
[0013]测流系统稳定运行是实际生产应用的前提，也是应用代表流速法推流时选取代表性测点所重点考虑的方面；测点的稳定性可以用相同水情状况下同一测点不同测次结果的离散程度进行评估；引入变差系数Cv进行测点流速数据样本的稳定性分析：
[0014]步骤2.1，计算经一致性变换后的各测点流速V
ij变
序列的变差系数Cv值：
[0015][0016][0017]式中：Cv
j
为经一致性变换后的第j测点流速序列Cv值；
[0018]V
1j变
、V
2j变
...V
n
‑
1，j变
、V
nj变
为经一致性变换后第j测点各测次测点流速；
[0019]——经一致性变换后第j测点各测次测点流速均值；
[0020]步骤2.2，选取M个对应Cv值较小的测点作为代表性测点或选取连续测点作为代表性测点段；
[0021]步骤3，运用“单宽流量比较法”确定推流代表流速中各代表性测点或代表性测点段流速的权重；
[0022]单宽流量为过水断面单位宽度的流量，与该单位宽度的水流速度及过流面积相关，由水力学基础理论可知，过水断面不同起点距处单宽流量可以反映该处水流的集中程度，换言之，过水断面的水流集中分布在单宽流量较大处，过水断面上该处附近流量在总流量中的占比较大；因此，单宽流量较大处的流速等水力因素更有代表性，提出以“单宽流量比较法”予以确定推流代表流速中各代表性测点或代表性测点段流速的权重；具体步骤为：
[0023]步骤3.1，基于流量实测资料分析计算各测次中各代表性测点或代表性测点段流速的权重；
[0024]在已有实测流量结果中选取推流水位段内的测次，计算各测次中各代表性测点或代表性测点段单宽流量与所有代表性测点或代表性测点段的单宽流量和的比值记为β
mx
：
[0025][0026]式中：
[0027]Q
m单x
——第m个代表性测点或代表性测点段的第x测次的平均单宽流量；
[0028]——第x测次各代表性测点或代表性测点段平均单宽流量总和；
[0029]β
mx
——第m个代表性测点或代表性测点段第x测次的单次权重系数；
[0030]步骤3.2，拟合确定水位～权重相关关系；
[0031]对步骤3.1中取得的各代表性测点或代表性测点段的β
mx
和对应的水位Z
x
进行回归分析，确定相关关系β
m
＝f
m
(z)；
[0032]步骤3.3，计算权重均值；
[0033][0034]式中：Z
a
、Z
b
——计算权重均值对应的推流低、高水位范围；
[0035]——第m个代表性测点或代表性测点段的权重均值；
[0036]步骤3.4，权重标准化缩放；
[0037]为保证选取的各代表性测点或代表性测点段对应的各权重系数和为1，进行权重标准化缩放，按下式进行计算：
[0038]步骤4，推流代表流速公式合成；
[0039]推流代表流速合成公式为表述：
[0040][0041]式中：
[0042]V
代表i
——合成的第i测次推流代表流速；
[0043]β
m定
——第m个代表性测点或代表性测点段流速占代表流速的权重系数；
[0044]V...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于推求河流流量的代表流速合成方法，沿河道横断面设置有n个测点，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，测点流速一致性变换；步骤1.1，使用通用的面积包围法或算术平均法计算各测次的平均水位，利用曼宁公式法或既往的水位流量关系曲线推算平均水位对应的断面平均流速V
平均
；步骤1.2，利用曼宁公式法或既往的水位流量关系曲线等推算各测次水位对应的断面平均流速V
i
；步骤1.3，计算各测次流速一致性变换改正系数步骤1.4，对各测次各测点的流速进行一致性变换，V
ij变
＝α
i
V
ij
；式中：V
ij
为第i测次第j测点流速；V
ij变
为第i测次第j测点经一致性变换后的相应测点流速；步骤2，测点流速序列稳定性分析；引入变差系数Cv进行测点流速数据样本的稳定性分析：步骤2.1，计算经一致性变换后的各测点流速V
ij变
序列的变差系数Cv值：序列的变差系数Cv值：式中：Cv
j
为经一致性变换后的第j测点流速序列Cv值；V
1j变
、V
2j变
…
V
n
‑
1,j变
、V
nj变
为经一致性变换后第j测点各测次测点流速；——经一致性变换后第j测点各测次测点流速均值；步骤2.2，选取M个对应Cv值较小的测点作为代表性测点或选取连续测点作为代表性测点段；步骤3，运用“单宽流量比较法”确定推流代表流速中各代表性测点或代表性测点段流速的权重；步骤3.1，基于流量实测资料分析计算各测次中各代表性测点或代表性测点段流速的权重；在已有实测流量结果中选取推流水位段内的测次，计算各测次中各代表性测点或代表性测点段单宽流量与所有代表性测点或代表性测点段的单宽流量和的比值记为β
mx
：式中：Q

【专利技术属性】
技术研发人员：孟健，王玉明，姬战生，李留东，张振林，兰天麒，杨云，聂阳，汪康，
申请(专利权)人：杭州市水文水资源监测中心，
类型：发明
国别省市：