[發明專利]一種河道流量非接觸式測量及精確計算方法

有效

• 申請號: 202110356944.2
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN113124941B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 羅平安;趙科鋒;湯顯強;曹慧群;唐見;靖爭;翟文亮;羅慧萍;李曉萌;張玉鵬
• 申請（專利權）人: 長江水利委員會長江科學院
• 主分類號: G01F1/002
• 分類號: G01F1/002;G01P5/00;G01S13/58;G01F23/284
• 代理公司: 武漢楚天專利事務所 42113
• 代理人: 孔敏

1.一種河道流量非接觸式測量及精確計算方法，其特征在于：包括如下步驟：

第一步，河道斷面地形多項式擬合：在河道斷面按一定距離進行河岸表面地形和河道水下地形測量，獲取測點坐標及相對高程數據，利用軟件進行擬合，得到河道斷面地形多項式；

第二步，河道斷面平均流速多項式擬合：利用自動化控制裝置，牽動雷達測速儀器，每間隔一定距離測量一次河道表面流速及對應水位，利用明渠表面流速與斷面平均流速關系公式將表面流速換算成平均流速，以測點橫坐標及平均流速作為基礎數據，用軟件進行擬合，得到河道斷面平均流速多項式；

第三步，河道斷面精細劃分：利用密集垂線對擬合河道斷面進行均勻劃分，根據垂線橫坐標，結合河道斷面地形多項式，計算垂線河底相對高程，相鄰兩垂線形成近似直角梯形或直角三角形；

第四步，河道斷面流量計算：根據相鄰兩垂線橫坐標，結合河道斷面平均流速多項式，計算相鄰垂線中間線平均流速；將直角梯形或直角三角形面積乘以相應的平均流速，并進行累加，得到整個河道斷面流量；

所述的第一步包括以下步驟：

步驟1.1，河道水下地形測量：利用超聲波測深儀或走航式多普勒剖面流速儀，從左岸至右岸，間隔一定距離對研究河道斷面進行水下地形測量，考慮河道斷面最大水深，確定研究斷面縱向相對高程零坐標點；

步驟1.2，河岸表面地形測量：針對河岸表面地形，利用水準儀和測距儀，沿河道斷面方向，以確定的相對高程零坐標點，向外測量兩側河岸相對高程和距離，至兩岸固定立柱止，得到河岸表面地形，左岸固定立柱作為橫向相對零坐標點，河岸最外側測量點高于歷史最高洪水位；

步驟1.3，河道斷面地形相對高程換算：以確定的相對高程零坐標點，換算河岸表面和河道水下地形相對高程，河岸表面和河道下地形共同組成河道斷面地形，河道斷面地形測量點位坐標及相對高程記錄為(X_i,Y_i,Z_i)；

步驟1.4，河道斷面地形多項式擬合：利用計算機軟件，采用最小二乘法，對河道斷面地形測量點橫坐標及相對高程進行多項式擬合，得到河道斷面地形多項式：

y(x)＝a_nxⁿ+a_n-1x^n-1+……a₁x+a₀

其中，y(x)為河道斷面地形相對高程，m；x為河道斷面橫坐標，m；a_n……a₀為方程系數；n……1為指數系數；

擬合公式范圍位于兩岸固定立柱之間，采用確定系數對擬合得到的公式進行檢驗評價，確保多項式能完美刻畫河道地形；

所述的第二步包括以下步驟：

步驟2.1，河道斷面表面流速測量：利用自動化控制裝置，從左岸至右岸，牽動雷達測速儀器，每間隔一定距離測量一次河道表面流速及對應水位，并根據自動控制系統繩索牽引距離，確定儀器當前橫坐標，得到一組雷達探頭橫坐標、表面流速及水位數據(X_j，V_j，H_j)；

步驟2.2，河道斷面水域邊界確定：河道斷面水面相對高程一致，根據測得的水位數據，刻畫水位線，以水位突變處為節點，確定河道左、右岸水面邊界橫坐標(X_L，X_R)及水面水位H₀；

步驟2.3，河道表面流速數據轉換成平均流速：根據明渠表面流速與斷面平均流速關系公式，將探頭測得的表面流速轉換為垂線平均流速；

步驟2.4，河道平均流速多項式擬合：以雷達探頭橫坐標及垂線平均流速為基礎數據，采用最小二乘法進行多項式擬合，得到河道平均流速多項式：

V(x)＝b_nxⁿ+b_n-1x^n-1+……b₁x+b₀；

其中，V(x)為河道平均流速，m/s；x為河道斷面橫坐標，m；b_n……b₀為方程系數；n……1為指數系數。