[发明专利]一种基于代表垂线点流速测量高洪的非接触式测流方法

权利要求书

1.一种基于代表垂线点流速测量高洪的非接触式测流方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

(1)根据河流断面资料确定一条或多条垂线的位置，使用雷达流速仪测出施测垂线下方的河流表面点流速；

(2)根据水文测验学中垂线流速横向分布理论，在测验的断面没有回流和死水的条件下，不同垂线的表面点流速大小与水深成正比，由施测垂线的表面点流速推算出多条垂线的表面点流速V₁～V_p；

(3)把多条垂线上的表面点流速进行算术平均，得出河流表面的平均流速V_sur；再根据水力学经验公式，所述河流表面的平均流速乘以表面流速系数λ即可得到断面平均流速V_ave；

(4)根据河流断面资料求得设定水深对应的河流过水断面面积A(h)，其与断面平均流速V_ave相乘即得出河流流量值Q；

步骤(3)中，所述表面流速系数λ具体的计算方法如下：

式中，C为谢才系数，采用曼宁公式计算，公式如下：

式中，n为河段糙率，R为水力半径；其中水力半径是过水断面积与湿周之比，由已有河流断面资料得到；

糙率n的推算参照以下公式计算：

n＝(n₀+n₁+n₂+n₃+n₄)m

式中，n₀表示天然顺直、光滑、均匀渠道的基本糙率；n₁是考虑水面不规则影响的修正因子；n₂表示河道断面形状和尺寸变化的影响因子；n₃表示阻水物影响的因子；n₄表示植物影响的因子；m表示河道曲折情况影响的因子；

η为综合修正系数，0<η<1，以便当断面存在死水及回水时，对上述计算结果再进行修正。

2.根据权利要求1所述的基于代表垂线点流速测量高洪的非接触式测流方法，其特征在于，

步骤(1)中，选择的垂线位置为测站具有代表性的垂线，选择的垂线涵盖流速分布的转折点，选择测流的中垂线位置要涵盖中泓线。

3.根据权利要求2所述的基于代表垂线点流速测量高洪的非接触式测流方法，其特征在于，

步骤(2)中，所述表面点流速V_p具体的计算方法如下：

所述雷达流速仪安装位置所在的中泓线处测得的河流表面点流速为V_cen，该点的高程为H_cen，若河道断面最左侧为起点桩位置，根据河宽，取p个起点距不同的点并计算出这些点的表面点流速，则第p条垂线处的表面点流速V_p计算公式如下：

其中，H_p为水面p点的高程。

4.根据权利要求3所述的基于代表垂线点流速测量高洪的非接触式测流方法，其特征在于，

步骤(3)中，所述河流表面平均流速V_sur具体的计算方法如下：

河流表面平均流速V_sur为：

其中，V_i为第i条垂线的表面点流速，i＝1,2……p。

5.根据权利要求1所述的基于代表垂线点流速测量高洪的非接触式测流方法，其特征在于，所述河流过水断面面积A(h)具体的计算方法如下：

假设h为雷达与水面的垂直高度，截面积为A，截面积A与高度h的关系式为A(h)。

6.根据权利要求5所述的基于代表垂线点流速测量高洪的非接触式测流方法，其特征在于，所述河流过水断面面积A(h)采用表格或者经验曲线来表示。