CN110006511B - 一种河流压力式水位计实测水位订正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种河流压力式水位计实测水位订正方法,该方法包括压力式水位计安装方法、含沙量估算方法、压力传感器表面流速估算方法以及压力式水位计实测水位订正方法。通过本发明的水位订正能显著提高压力式水位计在河流水位观测的精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种实测水位订正方法,具体为一种河流压力式水位计实测水位订正方法,属于水文测验应用技术领域。
背景技术
目前,河流水位观测方式较多,主要包括人工或电子水尺、浮子式水位计、非接触式雷达水位计、接触式压力式水位计等,压力式水位计因基建工程量小、自动化程度高且维护简单等原因,已在河流水位观测工作中应用越来越广泛。
然而,压力式水位计因与水位直接接触,受水体泥沙、流速变化等因素影响较大。现有的压力式水位计系根据测量的压强,假定所在水体为清水和静水通过换算得到水深、水位,未考虑水体泥沙和流速对水位传感器压强的影响,进而导致测量误差。
随着社会对防洪、水资源安全的要求越来越高,其对水位观测的精度和时效性要求也越来越高。因此,提高河流水位观测精度和自动化水平,对压力式水位计实测水位进行订正也越显重要,因此,针对上述问题提出一种河流压力式水位计实测水位订正方法。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种河流压力式水位计实测水位订正方法,其采用的技术方案包括压力式水位计安装方法、含沙量估算方法、压力传感器表面流速估算方法以及压力式水位计实测水位订正方法。
所述压力式水位计安装方法:压力式水位计的压力传感器应安装牢固且平行于水流流线,并尽可能贴合河床底部;对于测流断面,压力传感器处宜布置测速垂线;
所述含沙量估算方法:针对实时自动监测仪器,可采用实时自动监测仪器测量的含沙量作为压力式水位计测量时断面含沙量;针对非实时自动监测仪器,可通过建立临近期水位或流量与含沙量的关系,采用水位或流量推求压力式水位计测量时断面含沙量;
所述压力传感器表面流速估算方法:针对位于测速垂线的压力传感器,可采用平均或最近的实测垂线流速分布,由计算的垂线平均流速推求压力传感器表面流速;针对非测速垂线或非测流断面的传感器,可在安装投产前施测一次或多次平均垂线流速分布,由计算的垂线平均流速推求压力传感器表面流速,垂线平均流速可由压力传感器所在断面的水位流量关系、断面流量与压力传感器所在垂线流速关系推求;
所述压力式水位计实测水位订正方法:根据推求的含沙量、压力传感器表面流速,利用公式计算因压力传感器表面流速导致的动静水水头差再由公式计算压力传感器实测订正水深,最后经公式Z=Z0+H推求真实水位,式中:△H为因压力传感器表面流速导致的动静水水头差;V为压力传感器表面流速;H为压力传感器订正水深;HP为压力传感器实测水深;ρw为水的密度;ρs为含有泥沙的水的密度;Z为压力传感器订正后水位;Z0为压力传感器安装高程;g为重力加速度,实时含沙量或压力传感器表面流速资料难以获取时,可采用水位比测资料直接建立实测水位和压力式水位计的观测差与断面平均流速或流量关系,由实测断面平均流速或流量推算水位和压力式水位计的观测差,加上压力式水位计实测的水位得真实水位。
优选的,所述河流包括天然河流、渠道、湖泊、水库等各类水体。
优选的,在压力式水位计安装方法,所述平行于水流流线指压力式水位计压力传感器与水流方向平行,并尽可能减少对水流的扰动。
优选的,在压力式水位计安装方法,所述测速垂线指为推求河流流量而在河道断面布置的用于流速测量的垂直测线。
优选的,在含沙量估算方法,所述临近期水位或流量与含沙量的关系指重点照顾距水位观测较近时段的含沙量资料,并与水位或流量建立相关关系,用于水位观测时间的含沙量估算。
优选的,在压力传感器表面流速估算方法,所述垂线流速分布指在测速垂线上各点流速与垂线平均流速的比值,垂线流速分布可采用实测垂线流速分布的平均或典型垂线流速分布。
优选的,在压力传感器表面流速估算方法,所述压力传感器所在断面的水位流量关系、断面流量与压力传感器所在垂线流速关系指某一水位所对应的流量,以及该流量所对应的压力传感器所在垂线的平均流速,压力传感器所在断面的水位流量关系、断面流量与压力传感器所在垂线流速关系可采用实测的水位、垂线流速、流量数据确定。
优选的,所述压力式水位计指采用压力传感器方式投入到水体观测水位的仪器,包括但不限于压阻式压力式水位计或气泡式压力式水位计,其中,压阻式水位计压力传感器表面为进水孔表面,气泡式水位计压力传感器表面为气室与水体交界面。
优选的,所述实测水位订正,即可在水位观测过程中实时订正,亦可在后期水文资料整编时统一订正。
本发明的有益效果是:该方法通过提出河流压力式水位计实测水位订正方法,可最大限度地提高压力式水位计的水位观测精度,满足河流防洪、水资源、生态环境的需求;该方法填补了河流压力式水位计实测水位订正方法的空白,有良好的经济效益和社会效益,适合推广使用。
附图说明
图1为本发明临近期流量与含沙量关系原理图;
图2为本发明垂线流速分布原理图;
图3为本发明水位流量关系、流量垂线流速关系原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3所示,一种河流压力式水位计实测水位订正方法,包括压力式水位计安装方法、含沙量估算方法、压力传感器表面流速估算方法以及压力式水位计实测水位订正方法;
所述压力式水位计安装方法:压力式水位计的压力传感器应安装牢固且平行于水流流线,并尽可能贴合河床底部;对于测流断面,压力传感器处宜布置测速垂线;
所述含沙量估算方法:针对实时自动监测仪器,可采用实时自动监测仪器测量的含沙量作为压力式水位计测量时断面含沙量;针对非实时自动监测仪器,可通过建立临近期水位或流量与含沙量的关系,采用水位或流量推求压力式水位计测量时断面含沙量;
所述压力传感器表面流速估算方法:针对位于测速垂线的压力传感器,可采用平均或最近的实测垂线流速分布,由计算的垂线平均流速推求压力传感器表面流速;针对非测速垂线或非测流断面的传感器,可在安装投产前施测一次或多次平均垂线流速分布,由计算的垂线平均流速推求压力传感器表面流速,垂线平均流速可由压力传感器所在断面的水位流量关系、断面流量与压力传感器所在垂线流速关系推求;
所述压力式水位计实测水位订正方法:根据推求的含沙量、压力传感器表面流速,利用公式计算因压力传感器表面流速导致的动静水水头差再由公式计算压力传感器实测订正水深,最后经公式Z=Z0+H推求真实水位,式中:△H为因压力传感器表面流速导致的动静水水头差;V为压力传感器表面流速;H为压力传感器订正水深;HP为压力传感器实测水深;ρw为水的密度;ρs为含有泥沙的水的密度;Z为压力传感器订正后水位;Z0为压力传感器安装高程;g为重力加速度,实时含沙量或压力传感器表面流速资料难以获取时,可采用水位比测资料直接建立实测水位和压力式水位计的观测差与断面平均流速或流量关系,由实测断面平均流速或流量推算水位和压力式水位计的观测差,加上压力式水位计实测的水位得真实水位。
作为本发明的一种技术优化方案,所述河流包括天然河流、渠道、湖泊、水库等各类水体。
作为本发明的一种技术优化方案,在压力式水位计安装方法,所述平行于水流流线指压力式水位计压力传感器与水流方向平行,并尽可能减少对水流的扰动。
作为本发明的一种技术优化方案,在压力式水位计安装方法,所述测速垂线指为推求河流流量而在河道断面布置的用于流速测量的垂直测线。
作为本发明的一种技术优化方案,在含沙量估算方法,所述临近期水位或流量与含沙量的关系指重点照顾距水位观测较近时段的含沙量资料,并与水位或流量建立相关关系,用于水位观测时间的含沙量估算。
作为本发明的一种技术优化方案,在压力传感器表面流速估算方法,所述垂线流速分布指在测速垂线上各点流速与垂线平均流速的比值,垂线流速分布可采用实测垂线流速分布的平均或典型垂线流速分布。
作为本发明的一种技术优化方案,在压力传感器表面流速估算方法,所述压力传感器所在断面的水位流量关系、断面流量与压力传感器所在垂线流速关系指某一水位所对应的流量,以及该流量所对应的压力传感器所在垂线的平均流速,压力传感器所在断面的水位流量关系、断面流量与压力传感器所在垂线流速关系可采用实测的水位、垂线流速、流量数据确定。
作为本发明的一种技术优化方案,所述压力式水位计指采用压力传感器方式投入到水体观测水位的仪器,包括但不限于压阻式压力式水位计或气泡式压力式水位计,其中,压阻式水位计压力传感器表面为进水孔表面,气泡式水位计压力传感器表面为气室与水体交界面。
作为本发明的一种技术优化方案,所述实测水位订正,即可在水位观测过程中实时订正,亦可在后期水文资料整编时统一订正。
实施例
(1)压力式水位计安装
将压力式水位计安装在水位观测道路一侧,压力传感器的安装位置低于已出现的最低水位,平行于水流流线且与水面平行。将压力式水位计固定稳定,不会因水流出现压力传感器位置的变化即可。
(2)含沙量估算方法计算
对于采用实时自动监测仪器测量的含沙量,直接采用水位观测时间的实测含沙量作为压力式水位计测量时间的含沙量S,并采用ρs=ρw+S计算含沙水的密度。
对于非实时自动监测仪器,采用与水位测量时间临近的水位或流量与含沙量资料,建立如图1的临近期水位或流量与含沙量的关系。因压力式水位计实测水位订正差与真实水位观测值比较存在量级上的差异,故可采用压力式水位计实测水位(或流量)查算图1,推求压力式水位计测量时间的含沙量S,采用ρs=ρw+S计算含沙水的密度。
(3)压力传感器表面流速估算方法
对于位于测速垂线的压力传感器,绘制平均或最近的实测垂线流速分布图2,采用压力式水位计实测水位计算压力传感器安装高程的相对水深,由压力传感器安装高程的相对水深通过图2推求压力传感器表面流速。
对于非测速垂线或非测流断面的传感器,在安装投产前施测一次或多次垂线流速分布图2,采用压力式水位计实测水位计算压力传感器安装高程的相对水深,由压力传感器安装高程的相对水深通过图2推求压力传感器表面流速。或通过建立水位流量关系、流量与垂线平均流速关系或者直接建立水位与垂线平均流速关系图3,采用压力式水位计实测水位(或流量)由水位或流量根据图3推求垂线平均流速,由压力传感器安装高程的相对水深通过图2计算压力传感器表面流速。图3可采用《水文资料整编规范》所规定的各种方法确定。
(4)压力式水位计实测水位订正方法
根据步骤(2)、(3)推求的含沙量ρs和压力传感器表面流速V,计算压力水位计实测的静水水深与动水水深之差△H;再根据压力传感器测得的动水压强,按计算考虑含沙量和流速的水深订正值;利用此水深订正值H,再加上传感器安装零点高程Z0,即可得到压力传感器处的真实水位Z。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种河流压力式水位计实测水位订正方法,其特征在于:包括压力式水位计安装方法、含沙量估算方法、压力传感器表面流速估算方法以及压力式水位计实测水位订正方法;
所述压力式水位计安装方法:压力式水位计的压力传感器应安装牢固且平行于水流流线,并尽可能贴合河床底部;对于测流断面,压力传感器处宜布置测速垂线;
所述含沙量估算方法:针对实时自动监测仪器,采用实时自动监测仪器测量的含沙量作为压力式水位计测量时断面含沙量;针对非实时自动监测仪器,通过建立临近期水位或流量与含沙量的关系,采用水位或流量推求压力式水位计测量时断面含沙量;
所述压力传感器表面流速估算方法:针对位于测速垂线的压力传感器,采用平均或最近的实测垂线流速分布,由计算的垂线平均流速推求压力传感器表面流速;针对非测速垂线或非测流断面的传感器,在安装投产前施测一次或多次平均垂线流速分布,由计算的垂线平均流速推求压力传感器表面流速,垂线平均流速由压力传感器所在断面的水位流量关系、断面流量与压力传感器所在垂线流速关系推求;
所述压力式水位计实测水位订正方法:根据推求的含沙量、压力传感器表面流速,利用公式计算因压力传感器表面流速导致的动静水水头差再由公式计算压力传感器实测订正水深,最后经公式Z=Z0+H推求真实水位,式中:ΔH为因压力传感器表面流速导致的动静水水头差;V为压力传感器表面流速;H为压力传感器订正水深;HP为压力传感器实测水深;ρw为水的密度;ρs为含有泥沙的水的密度;Z为压力传感器订正后水位;Z0为压力传感器安装高程;g为重力加速度,实时含沙量或压力传感器表面流速资料难以获取时,采用水位比测资料直接建立实测水位和压力式水位计的观测差与断面平均流速或流量关系,由实测断面平均流速或流量推算水位和压力式水位计的观测差,加上压力式水位计实测的水位得真实水位。
2.根据权利要求1所述的一种河流压力式水位计实测水位订正方法,其特征在于:所述河流包括天然河流、渠道、湖泊、水库各类水体。
3.根据权利要求1所述的一种河流压力式水位计实测水位订正方法,其特征在于:在压力式水位计安装方法,所述平行于水流流线指压力式水位计压力传感器与水流方向平行,并尽可能减少对水流的扰动。
4.根据权利要求1所述的一种河流压力式水位计实测水位订正方法,其特征在于:在压力式水位计安装方法,所述测速垂线指为推求河流流量而在河道断面布置的用于流速测量的垂直测线。
5.根据权利要求1所述的一种河流压力式水位计实测水位订正方法,其特征在于:在含沙量估算方法,所述临近期水位或流量与含沙量的关系指重点照顾距水位观测较近时段的含沙量资料,并与水位或流量建立相关关系,用于水位观测时间的含沙量估算。
6.根据权利要求1所述的一种河流压力式水位计实测水位订正方法,其特征在于:在压力传感器表面流速估算方法,所述垂线流速分布指在测速垂线上各点流速与垂线平均流速的比值,垂线流速分布采用实测垂线流速分布的平均或典型垂线流速分布。
7.根据权利要求1所述的一种河流压力式水位计实测水位订正方法,其特征在于:在压力传感器表面流速估算方法,所述压力传感器所在断面的水位流量关系、断面流量与压力传感器所在垂线流速关系指某一水位所对应的流量,以及该流量所对应的压力传感器所在垂线的平均流速,压力传感器所在断面的水位流量关系、断面流量与压力传感器所在垂线流速关系采用实测的水位、垂线流速、流量数据确定。
9.根据权利要求1所述的一种河流压力式水位计实测水位订正方法,其特征在于:所述压力式水位计指采用压力传感器方式投入到水体观测水位的仪器,包括但不限于压阻式压力式水位计或气泡式压力式水位计,其中,压阻式水位计压力传感器表面为进水孔表面,气泡式水位计压力传感器表面为气室与水体交界面。
10.根据权利要求1所述的一种河流压力式水位计实测水位订正方法,其特征在于:所述实测水位订正,在水位观测过程中实时订正或在后期水文资料整编时统一订正。
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