[发明专利]一种寒区河渠冰期流量测验方法

说明书

本发明涉及一种寒区河渠冰期流量测验方法，包括：横向断面测量；计算单宽面积；计算累计面积；流量参数推导；做出—y/B关系曲线；流量测量；计算总流量。本发明利用冰盖显著影响河流断面某点的垂向流速分布，而对断面水深平均流速的横向分布基本没有影响的特点，利用河渠冰盖下水深平均流速沿横向分布的解析公式，准确的推断出河渠冰期冰盖下的流量。与规范或传统方法相比，本发明只需获取断面形式和测量断面上任意单点位置处的流速分布便可求出冰盖下总流量，大幅减少了所有测线流速观测的工作量，提升了测验效率。

技术领域

本发明涉及一种寒区河渠冰期流量测验方法，是一种河渠流量参数的计算和测量方法，是一种寒区天然河流、人工输水明渠冬季冰盖下流量的测验方法。

背景技术

北半球较高纬度的地区约有60％以上河流在冬季会经历冰凌过程，中国北纬30度以北占3/4的国土有冰凌现象发生。高纬度寒区的天然河流、人工大型输水明渠等冬季常常会形成冰盖，当冰盖生成时，水流由明流变为暗流，相比明流，水流流动结构发生显著的改变。流量是河渠水文、水力学测量和计算的重要关键参数之一，冬季河流冰盖下流量、水位更是凌汛洪水预测预报的关键因子，对于河流输水、输冰能力的确定、冰塞冰坝预报、河道及其水利工程设计起着关键作用。当冰盖水流结构发生变化时，由于冰盖糙率的影响，原有明流条件下垂向流速分布发生较大改变，正是通过影响垂向流速的分布从而导致断面过流能力或渠道输水效率的大幅下降。

目前，中国国家标准“河流流量测验规范”(GB50179-2015)给出了明流条件下河渠流量的测验方法，如流速仪法、浮标法、比降面积法、声学多普勒法、电波流速仪法、水工建筑物法等，但在冬季结冰期，河流表面被冰雪覆盖，这些明流测验方法如浮标法、比降面积法、水工建筑物法等均无法开展。采用流速仪测流，需要测量沿水面布线方向所有垂线上的流速分布，进而利用各点垂线平均流速(十一点法、五点法、三点法等)和各部分小断面面积，积分估算得到整个冰盖断面下的总流量。如果寒区天然河流水面宽度较大，布设垂向测点多时，如垂向测线50条，那测流尤其是测量所有测线位置处的流速分布工作量无疑很大。因此，有必要研究发明一种寒区河渠冰期流量测验的实用简单方法，大幅提升目前河渠冰期流量观测的效率。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种寒区河渠冰期流量测验方法。所述的方法通过河渠冰盖下水深平均流速沿横向分布的解析公式，只需少量现场流速测量即可准确的推断出河渠冰期冰盖下的流量，大大减少了现场工作量。

本发明的目的是这样实现的：一种寒区河渠冰期流量测验方法，所述方法的步骤如下：

步骤1：横向断面测量：在冰封的被测河渠上选择一横断面M，打孔或利用冰水情一体化雷达获得横断面冰盖下断面分布(y，f(y))离散点，其中：y从0到河宽B，f(y)为坐标y处的水深值；设横向两个位置间距为dy，测量n个值，有dy＝B/n；

步骤2：计算单宽面积：利用具有二阶精度的梯形求积公式计算位置y_j处的冰盖下单宽面积A_yj：

其中：y_j为y在y轴上第j个位置，j＝0，1，2，……，n；

步骤3，计算累计面积：计算横向位置y_j处的累积面积A_y：

步骤4，流量参数推导：计算及其x的导数，微分导数可由下述公式计算：

其中：h为步长，x₀、x₁、x₂为当前第j个位置、第j+1个位置和第j+2个位置上的值；