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學(xué)者齊聚力,明渠測(cè)流方法大盤點(diǎn)
發(fā)布時(shí)間:2025-02-21 08:26:56

精準(zhǔn)計(jì)量是科學(xué)管理灌溉用水的前提條件,是當(dāng)前灌區(qū)現(xiàn)代化建設(shè)的重要內(nèi)容之一。明渠作為灌區(qū)的主要輸水方式,其引水流量的精準(zhǔn)測(cè)量備受國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注,明渠測(cè)流主要包括水工建筑物量水、堰槽量水和儀器儀表量水。隨著電子和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展,儀器儀表量水已被廣泛應(yīng)用,通過儀器儀表測(cè)得點(diǎn)或線流速,根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)將點(diǎn)或線流速轉(zhuǎn)換為斷面平均流速,采用流速面積法計(jì)算斷面流量,因此研究斷面流速分布規(guī)律、明晰點(diǎn)面流速轉(zhuǎn)換關(guān)系,對(duì)提高明渠流量測(cè)量精度、實(shí)現(xiàn)灌區(qū)用水可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

近年來相關(guān)學(xué)者針對(duì)明渠流量計(jì)算方法開展了大量研究。鄧鰏學(xué)等提出的水深-流速-流量法、左建等提出的多垂線法、劉德斌等提出的庫容法均有效實(shí)現(xiàn)了對(duì)渠道流量的精確計(jì)算,但是不適用于復(fù)雜流態(tài),對(duì)于不規(guī)則斷面的大型渠道或河道測(cè)流工作量極大。

范恬等基于圓柱繞流模型和流速面積法,提出了利用橫向擺桿式測(cè)流裝置進(jìn)行測(cè)流的新方法,可精確計(jì)算斷面流量、提高了測(cè)流便捷性,但該方法需較多測(cè)點(diǎn)流速為基礎(chǔ);戚玉彬應(yīng)用能量方程式推求了流量的理論公式,基于量綱分析法分別建立不包含和包含渠道底坡的流量公式,但僅適用于底坡小于1/1200的渠道;周和平等對(duì)水深小于1m、水面寬度小于5m的不同類型渠道用流速儀進(jìn)行測(cè)量,應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)法測(cè)量單點(diǎn)中垂線0.633h處流速,流量計(jì)算誤差均在5%以內(nèi),但僅適用于斷面規(guī)則水流較穩(wěn)的中小型渠道標(biāo)準(zhǔn)斷面;劉鴻濤等用聲學(xué)多普勒剖面流速儀進(jìn)行流速、斷面面積的測(cè)定,應(yīng)用渠道中垂線0.36h處流速作為斷面平均流速,使用流速面積法得到渠道計(jì)算流量,測(cè)流誤差小于5%,但不適用于不同寬深比的渠道。

王寶賀等提出基于水面一點(diǎn)法的非接觸式流量計(jì)算方法,有效解決了傳統(tǒng)流速儀測(cè)流難度大的問題,但精度不高;李效賢于廣東省東深供水工程渠首太園泵站,首次針對(duì)大型渠道,進(jìn)行了超聲波流量計(jì)測(cè)流與流速儀測(cè)流對(duì)比試驗(yàn),結(jié)果表明超聲波流量計(jì)與流速儀測(cè)流具有相同等級(jí)測(cè)量精度。但非接觸式測(cè)流設(shè)備使用高精密的光學(xué)、電子元器件,價(jià)格較高并且需要定期維護(hù)和保養(yǎng),對(duì)安裝和使用環(huán)境也有要求。部分學(xué)者將數(shù)學(xué)模型及粗糙系數(shù)等參數(shù)應(yīng)用到灌區(qū)測(cè)流也取得的了較好的結(jié)果。

袁德忠等針對(duì)常用量測(cè)水技術(shù)構(gòu)建的網(wǎng)格單元與斷面平均流速關(guān)系無法準(zhǔn)確推求流量這一問題,提出利用H-ADCP對(duì)測(cè)得的各單元流速,建立與傳統(tǒng)量測(cè)水技術(shù)測(cè)得的斷面流速之間的關(guān)系,基于機(jī)器學(xué)習(xí)構(gòu)建了支持向量機(jī)、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、極限學(xué)習(xí)機(jī)3種機(jī)器學(xué)習(xí)模型,對(duì)8種網(wǎng)格單元分配方案進(jìn)行了模擬。其中,BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型效果最好,但對(duì)于高頻分量的預(yù)測(cè)精度較低。 

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