[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

说明书

本发明公开了一种基于代表垂线点流速测量高洪的非接触式测流方法，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)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(共p条垂线的表面点流速)；(3)把多条垂线上的截断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，其与断面平均流速相乘即得出河流流量值。本发明可以快速、便捷、准确地计算出人工及天然河流流量，尤其适用于无人值守的暴雨、高洪水等复杂灾害性环境。

技术领域

本发明涉及一种基于代表垂线点流速测量高洪的非接触式测流方法，属于测量河流流量技术领域。

背景技术

自上世纪60年代以来，国内外的水文站已开始逐渐采用基于人工转子式流速仪的“流速—面积”法测量河流流量。这种方法的优点是简单、设备成本低、且测量的数据准确可靠，故该方法截止今日仍是我国河流测流的主要方法。常用的接触式测流方法有转子式流速仪测流法、浮标测流法、ADCP(多普勒雷达剖面仪)测流法等。

转子式流速仪测流法的缺点是不能在出现暴雨、大范围洪水等灾害环境中使用，这是因为在高流速洪水水流中，水中的漂浮物较多，泥沙含量很大，且洪水流速可能会超过一般转子式流速仪的测量范围，从而导致流速仪不能正常工作或者测量的数据不准确。浮标测流法的工作原理是首先采用人工在河流上游处投放浮标，通过施测人员之间的配合，记录浮标从河流上游漂浮到下游测量点的时间，再结合上下游的距离和时间数据求得河流的流速。这种方法需要几个工作人员之间的配合才能顺利完成测量，显然在出现山洪等高速水流的情况下，该方法不能保证工作人员的生命安全。ADCP测流法通常有水平ADCP(H-ADCP)测流法、垂直ADCP(V-ADCP)测流法和走航式ADCP船测法等，由于H-ADCP和V-ADCP测流都需要把传感器安装在水面以下，显然这样的工作方式会令设备的维护变得复杂且不安全，而走航式ADCP船测法在洪水暴发期间，由于种种不稳定的原因也会导致测量的安全性降低。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种基于代表垂线点流速测量高洪的非接触式测流方法，可以快速、便捷、准确地计算出人工及天然河流流量，尤其适用于无人值守的暴雨、高洪水等复杂灾害性环境。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明的一种基于代表垂线点流速测量高洪的非接触式测流方法，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流速V₁～V_p(共p条垂线的表面点流速)；

(3)把多条垂线上的截断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(1)中，选择的垂线位置为该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。

步骤(2)中，所述表面流速V_p具体的计算方法如下：