一种河道断面流量的估算方法技术

本发明专利技术涉及水利工程技术领域，提供了一种河道断面流量的估算方法。该方法包括：获取河道断面的曲率半径、过水宽度、地形高程、第一水位、第二水位；根据过水宽度、地形高程、第一水位、第二水位，计算河道断面的过水面积；根据曲率半径、过水宽度、第一水位、第二水位，计算河道断面的平均流速；根据过水面积和平均流速，计算河道断面的流量。通过本发明专利技术，计算河道的断面流量，降低测量断面流量的工作量。降低测量断面流量的工作量。降低测量断面流量的工作量。

【技术实现步骤摘要】
一种河道断面流量的估算方法


[0001]本专利技术涉及水利工程
，尤其涉及一种河道断面流量的估算方法。

技术介绍

[0002]河道的断面流量直观反映了水动力条件的强弱，影响河库在防洪、发电、生态、航运等多方面的作用效果，是水利工程
水文监测方向的重点关注对象。现有的河道断面流量计算方法主要有两种：方法1：首先观测河道水位，再结合“水位
‑
流量”关系，确定河道断面流量；方法2：直接测量，如采用声学多普勒流速剖面仪(Acoustic Doppler Current Profiler，ADCP)测量河道断面流量，或者沿河道断面布设若干测点进行流动测量，并根据测量结果计算断面流量。
[0003]但是方法1需要预先掌握该河道断面的“水位
‑
流量”关系，依赖一定数量的历史数据，并且，天然河流的历史水位数据与历史流量数据并不是一一对应的，即某一水位可能对应多个断面流量，且各流量值之间的差异也比较明显。对于方法2而言，需要调用ADCP等流动测量设备以及用于施测的船舶，工作量大、费用高、耗时长，不利于开展野外大规模测量。

技术实现思路

[0004]为计算河道的断面流量，降低测量断面流量的工作量，本专利技术提出了一种河道断面流量的估算方法。
[0005]该方法包括：
[0006]获取河道断面的曲率半径、过水宽度、地形高程、第一水位、第二水位；
[0007]根据过水宽度、地形高程、第一水位、第二水位，计算河道断面的过水面积；
[0008]根据曲率半径、过水宽度、第一水位、第二水位，计算河道断面的平均流速；
[0009]根据过水面积和平均流速，计算河道断面的流量。
[0010]通过上述方法，考虑到天然河道的弯曲形态，以及左右两岸水位不一致的情况，通过曲率半径、第一水位、第二水位计算河道断面的平均流速，根据得到的平均流速和河道断面的过水面积即可进一步计算得到河道断面的流量，在计算过程中，只需要获取河道断面的两个水位，无需获取该河道断面对应的“水位
‑
流量”历史数据，更不需要调用复杂的测流设备以及施测船舶，测量工作量得到的减少，缩短了计算河道断面流量的时间，降低了测量过程中测量设备的使用费用。
[0011]在一种可选的实施方式中，获取河道断面的曲率半径的步骤包括：
[0012]获取河道断面的上游相邻断面的流线方向角、下游相邻断面的流线方向角，以及上游相邻断面与下游相邻断面的流向距离；
[0013]根据上游相邻断面的流线方向角、下游相邻断面的流线方向角，以及上游相邻断面与下游相邻断面的流向距离，计算曲率半径。
[0014]在一种可选的实施方式中，根据上游相邻断面的流线方向角、下游相邻断面的流线方向角，以及上游相邻断面与下游相邻断面的流向距离，计算曲率半径，包括：
[0015]根据上游相邻断面的流线方向角、下游相邻断面的流线方向角，计算上游相邻断面与下游相邻断面的流线方向角度差；
[0016]根据流线方向角度差和流向距离，计算曲率半径。
[0017]在一种可选的实施方式中，根据过水宽度、地形高程、第一水位、第二水位，计算河道断面的过水面积，包括：
[0018]根据过水宽度、第一水位和第二水位，计算不同河宽处的水位；
[0019]根据不同河宽处的水位和地形高程，计算过水面积。
[0020]在一种可选的实施方式中，第一水位和第二水位为河道两岸的水位，根据过水宽度、第一水位和第二水位，计算不同河宽处的水位，包括：
[0021]Z(y)＝Z1‑
y/B
·
(Z1‑
Z2)
[0022]其中，Z(y)为河宽y处的水位；Z1、Z2分别为第一水位、第二水位；B为过水宽度。
[0023]在一种可选的实施方式中，根据不同河宽处的水位和地形高程，计算过水面积，包括：
[0024][0025]其中，A为过水面积；Z(y)为河宽y处的水位；E(y)为河宽y处的地形高程；B为过水宽度。
[0026]在一种可选的实施方式中，根据曲率半径、过水宽度、第一水位、第二水位，计算河道断面的平均流速，包括：
[0027]根据过水宽度、第一水位、第二水位，计算河道断面的水压力；
[0028]根据曲率半径和水压力，计算平均流速。
[0029]在一种可选的实施方式中，根据过水宽度、第一水位、第二水位，计算河道断面的水压力，包括：
[0030][0031]其中，F为水压力；Z1、Z2分别为第一水位、第二水位；B为过水宽度；g为重力加速度；ρ为水密度。
[0032]在一种可选的实施方式中，根据曲率半径和水压力，计算平均流速，包括：
[0033][0034]其中，U
m
为平均流速；F为水压力；R为曲率半径；ρ为水密度。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0036]图1是根据一示例性实施例提出的一种河道断面流量的估算方法的流程图；
[0037]图2是在一示例中，河道断面的示意图；
[0038]图3是在一示例中，河道的示意图。
具体实施方式
[0039]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0040]此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0041]为计算河道的断面流量，降低测量断面流量的工作量，本专利技术提出了一种河道断面流量的估算方法。
[0042]图1是根据一示例性实施例提出的一种河道断面流量的估算方法的流程图。如图1所示，河道断面流量的估算方法包括如下步骤S101至S104。
[0043]步骤S101：获取河道断面的曲率半径、过水宽度、地形高程、第一水位、第二水位。
[0044]在一可选实施例中，河道断面的曲率半径可以通过上下游相邻断面获得。
[0045]在一可选实施例中，河道断面的过水宽度可以通过激光测距仪得到。
[0046]在一可选实施例中，地形高程指的是河道断面的任意河宽位置处的断面地形高程，可以根据河流地形的实测资料获得。
[0047]在一可选实施例中，第一水位、第二水位可以为河道两岸的水位，也可以为河道断面上的任意两个水位。
[0048]在一可选实施例中，第一水位、第二水位可以通过水尺测量得到。
[0049]步骤S102：根据过水宽度、地形高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种河道断面流量的估算方法，其特征在于，所述方法包括：获取河道断面的曲率半径、过水宽度、地形高程、第一水位、第二水位；根据所述过水宽度、所述地形高程、所述第一水位、所述第二水位，计算所述河道断面的过水面积；根据所述曲率半径、所述过水宽度、所述第一水位、所述第二水位，计算所述河道断面的平均流速；根据所述过水面积和所述平均流速，计算所述河道断面的流量。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取河道断面的曲率半径的步骤包括：获取所述河道断面的上游相邻断面的流线方向角、下游相邻断面的流线方向角，以及所述上游相邻断面与所述下游相邻断面的流向距离；根据所述上游相邻断面的流线方向角、所述下游相邻断面的流线方向角，以及所述上游相邻断面与所述下游相邻断面的流向距离，计算所述曲率半径。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述上游相邻断面的流线方向角、所述下游相邻断面的流线方向角，以及所述上游相邻断面与所述下游相邻断面的流向距离，计算所述曲率半径，包括：根据所述上游相邻断面的流线方向角、所述下游相邻断面的流线方向角，计算所述上游相邻断面与所述下游相邻断面的流线方向角度差；根据所述流线方向角度差和所述流向距离，计算所述曲率半径。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述过水宽度、所述地形高程、所述第一水位、所述第二水位，计算所述河道断面的过水面积，包括：根据所述过水宽度、所述第一水位和所述第二水位，计算不同河宽处的水位；根据不同河宽处的水位和所述地形高程，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张成潇，赵汗青，任实，蒋定国，杨宇，翟俨伟，米博宇，高宇，吕超楠，温栋，
申请(专利权)人：中国长江三峡集团有限公司，
类型：发明
国别省市：