一种基于泰森多边形的多点法测U型明渠流量的方法技术

本发明专利技术提供一种基于泰森多边形的多点法测U型明渠流量的方法，包括：在过水断面上等间距布设多条测速垂线；在每条测速垂线上布设测速点；当U型明渠中的来水稳定时，测量过水断面的水深，结合U型断面的尺寸进行裁剪即得过水断面尺寸；利用泰森多边形法求解出U型明渠流量数值。本发明专利技术采用基于泰森多边形的三点法进行施测，测量结果比较精确、稳定性高且测量流量的适用范围较大，基于泰森多边形的多点法能够快速的计算出U型明渠流量，有利于明渠流量的测量实现自动化，这对灌区水资源的合理运用，节水灌溉等方面有着非比寻常的意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及U型明渠流量测量
，具体涉及一种基于泰森多边形的多点法 测U型明渠流量的方法。
技术介绍
流量的精确测量对于灌区管理与节水有着重要的意义。U型渠道作为我国灌区主 要的输水渠道，其测流技术的发展不够完善。我国农业用水占用水总量的70%左右，但灌溉 用水有效率只有25%~40% (发达国家可达70%~80% )，利用率低，水资源浪费的现象 非常严重。灌溉节约用水的潜力50%在于用水管理，而渠道测流技术则是灌溉用水管理和 计划用水的关键技术之一，是促进节约用水的有效手段，是灌区征收水费的重要依据。 U型渠道具有占地面积少，节约耕地，减少材料，过流能力大、防止泥沙过度淤积， 防渗性能好等优点，在我国灌区中应用的非常广泛，因此，其流量的测量对灌区用水节水有 十分重要的意义。目前，国内外U型渠道的测流方法众多，各有其特点：杨士红等提出了采 用基于U形渠道水流分布规律的明渠测流计算断面中线"三点法"，其流量测量精度较高， 节省工作量，但在宽浅U型明渠中的精度不高；郝红科等研究分析出了相应的U形渠道过水 断面流量的积分求和公式，但实际应用比较繁琐。马孝义等研究提出了抛物线形喉口式量 水槽，具有工程较量小，量水精度满足灌溉测量精度要求，建议在灌区推广使用.王红雨等 研究提出了基于流速仪的简化U型明渠测流方法；朱风书等研究提出了 U形渠道抛物线形 移动式量水堰板，其具有造价低、精度高的优点，但是只适用于小U形灌排渠道的移动式测 流；崔岩等以U形直壁式测流槽为基础研制出了 UQ-I型自动测流仪，实现了 U型明渠测量 的自动化且精度满足工程实际要求，对于提高我国U型明渠的测量技术具有重要意义，但 是其在长期工作的环境下仍存在一些问题。总体来说，国内外U形渠道水力学特性的研究 不够完善，测流技术仍处于发展阶段，很多灌区只能使用梯形或矩形渠道的测流方法，这使 得流量测量的精度和工作的效率都大大降低，无法达到水资源合理管理、节约用水的要求。 1911年，荷兰气候学家A · H · Thiessen提出了一种根据离散分布气象站的降雨 量来计算平均降雨量的方法，也称为垂直平分法或加权平均法。当流域中的雨量站分布不 均匀时，利用泰森多边形法来求解流域平均降雨量更加贴合实际，且在降水气候分析或某 区域降水量趋势预报中，用泰森多边形法计算的面雨量比算术平均法更科学、简便、合理。 泰森多边形法就是采用圆搜索法将"最邻近"的雨量站连接成三角形，然后作每条边的垂直 平分线，由垂直平分线及区域边界所围成的不规则多边形即为泰森多边形（如图1所示）。 每个泰森多边形内包含一个雨量站，并以其雨量站的降雨强度来作为这个多边形区域内的 降雨强度。最后将雨量站的降雨量与其所占的面积比重相乘求和即得区域平均降雨量。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术提供一种基于泰森多边形的多点法测 U型明渠流量的方法。 本专利技术的技术方案是： -种基于泰森多边形的多点法测U型明渠流量的方法，包括： 步骤1 :在过水断面上等间距布设多条测速垂线； 步骤2 :在每条测速垂线上布设测速点； 步骤3 :当U型明渠中的来水稳定时，测量过水断面的水深，结合U型断面的尺寸 进行裁剪即得过水断面尺寸； 步骤4 :利用泰森多边形法求解出U型明渠流量数值。 进一步地，步骤1所述过水断面上等间距布设三条测速垂线。 进一步地，所述三条测速垂线上均按照三点法的布设规则在0. 2h、0. 6h、0. 8h处 布设测速点，h表示测速垂线的高度。 进一步地，步骤4是利用泰森多边形的三点法求解出U型明渠流量数值。 进一步地，步骤4具体步骤如下： 步骤4-1 :利用声学多普勒流速仪测量U型明渠过水断面各测速点的流速； 步骤4-2 :根据过水断面尺寸及测量得到的U型明渠过水断面各测速点的流速，利 用泰森多边形的三点法求得U型明渠流量。 进一步地，所述过水断面选在U型明渠的中部。 本专利技术的有益效果为： 本专利技术采用基于泰森多边形的三点法进行施测，测量结果比较精确、稳定性高且 测量流量的适用范围较大，基于泰森多边形的多点法能够快速的计算出U型明渠流量，有 利于明渠流量的测量实现自动化，这对灌区水资源的合理运用，节水灌溉等方面有着非比 寻常的意义。【附图说明】 图1是泰森多边形示意图； 图2是本专利技术实施例的一种基于泰森多边形的多点法测U型明渠流量的方法流程 图； 图3是本专利技术实施例的实际流量与一点法流量对比图； 图4是本专利技术实施例的实际流量与二点法流量对比图； 图5是本专利技术实施例的实际流量与三点法流量对比图； 图6是本专利技术实施例的基于泰森多边形的多点法测流对比图； 图7是本专利技术实施例的U型明渠中的测点分布图； 图8是本专利技术实施例的过水断面测速点分布图及其形成的泰森多边形。【具体实施方式】 下面结合附图和实施例对本专利技术的【具体实施方式】进行详细说明。 本实施例中，在材质为不锈钢的U型明渠中进行实验，渠长为30m，过水断面由圆 心角为136\半径r = 255mm的直线段构成；采用IS200-150-250型离心式水栗控制来流流 量。 一种基于泰森多边形的多点法测U型明渠流量的方法，如图2所示，包括： 步骤I :在过水断面上等间距布设多条测速垂线； 本实施例中，为保证施测断面的水流稳定且近似可作为均匀流处理分析，将施测 断面选在U型明渠的中部，即距离明渠入水口 15m处，过水断面上等间距布设三条测速垂 线。 步骤2 :在每条测速垂线上布设测速点； 三条测速垂线上均按照三点法的布设规则在0. 2h、0. 6h、0. 8h处布设测速点，h表 示测速垂线的高度。 在施测断面上等间距布设三条测速垂线，每条测速垂线上按照三点法的布设规则 在0. 2h、0. 6h、0. 8处布设测速点，一共9个测速点，即可满足一点法、二点法、三点法的测流 要求。 U型明渠中的测点分布如图7所示，一点法的测点是每一条测速垂线的中间测点， 二点法的测点为测速垂线的最高和最低相应的两个测速点，三点法的测点为测速垂线上的 三个点。 步骤3 :当U型明渠中的来水稳定时，测量过水断面的水深，结合U型断面的尺寸 进行裁剪即得过水断面尺寸。 步骤4 :利用泰森多边形法求解出U型明渠流量数值。 本实施例中利用泰森多边形的三点法求解出U型明渠流量数值。 步骤4具体步骤如下： 步骤4-1 :利用声学多普勒流速仪测量U型明渠过水断面各测速点的流速； 使用SonTek/YSI公司生产的FlowTracker声学多普勒流速仪来测量U型明渠过 水断面各测速点的流速。 步骤4-2 :根据过水断面尺寸及测量得到的U型明渠过水断面各测速点的流速，利 用泰森多边形的三点法求得U型明渠流量。 将获得的数据输入MapGIS软件中，利用MapGIS软件的构建泰森多边形的功能来 求得基于泰森多边形的多点法测流流量数值。 利用分体式电磁流量计来测量来流流量数值。由于分体式电磁流量计测得的流量 与真实流量的误差在±0. 3%，所以可以将其测得的数值作为实际流量Q。 泰森多边形法测量明渠流量的计算原理如下： 泰森多边形法求解平均降雨量的研究对象是流域水平面，其计算涉及雨量站降雨 强度、泰森多边形的面积权重系数。而泰森多边形法在明渠流量测量中的应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于泰森多边形的多点法测U型明渠流量的方法，其特征在于，包括：步骤1：在过水断面上等间距布设多条测速垂线；步骤2：在每条测速垂线上布设测速点；步骤3：当U型明渠中的来水稳定时，测量过水断面的水深，结合U型断面的尺寸进行裁剪即得过水断面尺寸；步骤4：利用泰森多边形法求解出U型明渠流量数值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：柴元方，张佳妮，郭帅成，
申请(专利权)人：柴元方，张佳妮，郭帅成，
类型：发明
国别省市：浙江;33