[发明专利]一种基于流体动力和分段曼宁公式的河流流量预测方法

说明书

本发明公开了一种基于流体动力和分段曼宁公式的河流流量预测方法，能够在一些特殊情况下，只需要一个受力体，在根据河流深度，受力体夹角求得河流流量，本发明根据力矩守恒定律，在河流流速测量中，只需要测量受力体的夹角，即可计算出该处的平均，并且在计算各个小断面的平均流速时，有效的避开了曼宁公式中的糙率和坡降两个参数。

技术领域

本发明属于河流流量预测领域，具体涉及一种基于流体动力和分段曼宁公式的河流流量预测方法。

背景技术

随着工农业生产和人民生活用水量的增加“水资源供需矛盾日益尖锐”计划用水和水量调配工作显得越来越重要。水资源问题的提出和重视“很多场合都希望能够迅速、准确地测得明渠流量”突出反映在灌区和引水工程的水量计算、污染物总量控制和水资源调度分配方面。我国一贯沿用的方法以流速面积法为主需要人工操作，尽管测量精度很高，但达不到自动化的要求。少量使用的水位流量关系法虽能自动测量流量，但准确度不高，不能满足水量准确计量的要求。另有极少量依靠进口仪器(如声学多普勒剖面仪等)自动测量流量的方法，由于仪器价格昂贵、维护费用高，无法满足量多面广的明渠流量自动测量的需求。

因此本文提出了一种基于流体动力和分段曼宁公式的河流流量预测，该方法需要一受力体，将受力体置于水中，测量夹角，河流深度，距离岸边距离，然后分别代入本发明的公式中，即可求出河流流量。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于流体动力和分段曼宁公式的河流流量预测方法，能够在一些特殊情况下，只需要一个受力体，在根据河流深度，受力体夹角求得河流流量，解决依靠进口仪器存在的问题。

为了解决上述问题采用技术方案如下：

一种基于流体动力和分段曼宁公式的河流流量预测方法，所述步骤如下：

S1：将受力体以交的形式放在河流的表面，测量出受力体与垂直方向的夹角α，受力体露出水面的长度d；

S2：将受力体的长度，宽度，重量，厚度，夹角代入公式求得该受力体所处位置的平均流速；公式如下：

S3：将河流断面划分为N个小断面，并将小断面距离岸边的距离，水深测出，代入到下面公式，V_i＝V_平，求出各个小断面的平均流速；

S4：根据流速面积法求得断面河流流量，公式：Q_j＝S_j*V_j；

S5：将N个断面河流流量求和即可预测河流流量。

其中：Q_j为j位置断面的流量，S_j为j位置断面的面积，V_j为j位置断面的平均速度。

优选地，所述S2中，确定受力体的平均流速前，先确定某个点的流速，进而某个点的流速函数关系通过如下步骤得到：

(假定水的质量为1)

其中：该受力体的长度为L，处在水面上面的长度d，宽为W，厚度为G，水的重量为γ,受力体的质量为ρ。

受力体重力为：

受力体的冲力为：L_冲＝(L-d)cosα；

以物体上端为中心，根据力矩守恒定律可以得出：

L_重F_重sinα-L_冲F_冲cosα-L_浮F_浮sinα＝0

将上式合并得：