CN117629158A - 一种河流区间渗漏量的确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种河流区间渗漏量的确定方法，属于水利工程技术领域，包括如下步骤：在待求渗漏量的河流区间上设置上测量断面和下测量断面；获取上测量断面和下测量断面的水位序列，并对水位序列进行校正，得到上测量断面和下测量断面的绝对水位序列；对绝对水位序列进行互相关分析，得到上测量断面和下测量断面的水位序列滞后时间；获取区间河床上测量断面和下测量断面的流量序列；在上测量断面的流量序列中选取水位持续下降或持续上升时段的流量序列，并结合水位序列滞后时间，获得下测量断面流量序列中与上测量断面相对应的水位持续下降或持续上升时段的流量序列；结合区间旁侧入流量计算河床渗漏量。
Description
技术领域
本发明属于水利工程技术领域，具体涉及一种河流区间渗漏量的确定方法。
背景技术
河流入渗是指河水从河床和河岸渗透到地下的自然过程，这种现象通常发生在河床渗透较好的河段。入渗作用对地下水补给非常重要，可以影响水文循环、河流生态和地下水资源的可持续管理。
河流入渗的速率和效率取决于多种因素，包括河水的流速、水位、河床沉积类型、河床的饱和程度，以及周围土地的使用情况等。
以往计算河流入渗量，必须具有上、下2个水文站测流资料。若发生地表水入渗河段的上、下测量断面正好位于上、下水文站时，则可以将上测量断面实测流量与下测量断面实测流量相减，求得河流入渗量。若发生地表水入渗河段的上、下测量断面位于上、下水文站之间时，即发生地表水入渗河段的上、下测量断面与上、下水文站具有一定距离时，则需要采用单长渗漏系数计算入渗量，计算误差取决于由测量断面向上或向下外推至水文站距离的大小，外推距离愈长，误差愈大。更为重要的是，受河流沿程间歇性取、退水或降水等因素的影响，同一断面处的河流径流量经常随时间发生变化(减少或增大)，导致河流上、下游流量过程存在滞后，用上、下游实测的瞬时流量相减求取河流入渗量存在很大随机性，有时会出现负值，与现实相悖。
在河流穿过矿区时，河水可能会通过导水构造、采动裂隙、基岩露头及第四系松散层、砾岩层等直接或间接涌入矿坑。这种情况下发生入渗的区间河段一般仅有几百米，甚至几十米长，而往往发生入渗区间的上、下游没有水文站，或发生入渗区间远离水文站，需要测量断面向上或向下外推较长距离，导致计算误差非常大，无法精确确定入渗区间河流入渗量。
因此，开发一种不受水文站位置影响的区间河段河床入渗量的方法，以提高入渗区间河流入渗量的计算精度具有非常重要的意义。
发明内容
为了克服水文站位置影响区间河段河床入渗量的不足，本发明提供了一种任意河段河流区间渗漏量的确定方法，包括如下步骤：
在待求渗漏量的河流区间上设置上测量断面和下测量断面；
获取上测量断面和下测量断面的水位序列，并对所述水位序列进行校正，得到上测量断面和下测量断面的绝对水位序列；
对所述绝对水位序列进行互相关分析，得到所述上测量断面和下测量断面的水位序列滞后时间；
获取区间旁侧入流量及河流区间的上测量断面和下测量断面的流量序列；
在所述上测量断面的流量序列中选取水位持续下降或持续上升时段的流量序列，并结合所述水位序列滞后时间，获得下测量断面流量序列中与上测量断面相对应的水位持续下降或持续上升时段的流量序列；并结合区间旁侧入流量计算河床渗漏量。
优选的，所述获取区间河床上测量断面和下测量断面的水位序列，包括如下步骤：
根据待求渗漏量的河流区间，将第一压力计固定在上测量断面中心处的河床上，获取上测量断面处的水位序列WLS_01；
将第二压力计固定在下测量断面中心处的河床上，获取下测量断面处的河水位序列WLS_02。
优选的，对所述水位序列进行校正，得到上测量断面和下测量断面的绝对水位序列，包括如下步骤：
将第三压力计悬置在待求河流渗漏量的河流区间附近的深井中，获取当地大气压强序列APS_01；
将水位序列WLS_01与大气压强序列APS_01相减，得到上测量断面的绝对水位序列WLS_03；
将水位序列WLS_02与大气压强序列APS_01相减，得到下测量断面的绝对水位序列WLS_04。
优选的，结合区间旁侧入流量计算区间河床渗漏量，包括如下步骤：
在上测量断面的流量序列中选取水位持续下降或持续上升的流量序列RDS-01，设所述流量序列RDS-01的起始时间为T1，结束时间为T2；在下测量断面的流量序列中提取起始时间为T1+△T、结束时间为T2+△T的流量序列RDS-02；
计算上测量断面起始时间为T1，结束时间为T2的第一累积流量；
计算下测量断面起始时间为T1+△T、结束时间为T2+△T的第二累积流量；
将第一累积流量与第二累积流量相减，得到累积流量差△Q；
获取入渗区间的旁侧入流量Q1，得到区间河床渗漏量△Q-Q1。
优选的，所述第一压力计和第二压力计的连续观测时间不少于48h，数据记录频率为每5分钟1次。
优选的，所述上测量断面和下测量断面的流量序列分别通过两个位于上测量断面和下测量断面的走航式声学多普勒流速剖面仪同时测量获得，测量期间多普勒流速剖面仪在上测量断面和下测量断面的航迹垂直于水流方向，相邻两次航行所测得的断面面积的误差在5％以内。
优选的，所述走航式声学多普勒流速剖面仪在测量流量序列时匀速航行，速度低于0.1m/s，连续不间断观测时间不少于48h，每30分钟至少测得2个流量数据。
优选的，所述水位序列和流量序列连续观测时间的开始时间和结束时间保持一致。
优选的，所述第三压力计悬置于与入渗区间垂直距离小于2km的水井中，压力计距井口下至少10m，且高于地下水面。
优选的，采用统计分析软件SPSS软件对所述绝对水位序列进行互相关分析。
本发明提供的河流区间渗漏量的确定方法具有以下有益效果：
本发明通过悬置在入渗河段附近的水井中的压力计获得恒温条件下的大气压，再对获得的上测量断面和下测量断面的水位序列进行校正，能够精确消除温差引起大气压改变而影响水位测量精度问题，从而提高上测量断面和下测量断面的水位序列获取精度；通过对绝对水位序列进行互相关分析，获取待求渗漏量河流区间的上测量断面和下测量断面的水位序列滞后时间；通过水位序列滞后时间确定与上测量断面对应时段的下测量断面的流量序列，从而获得流量滞后时间；通过流量滞后时间并结合区间河段入流量能够准确计算出河流区间渗漏量。
本发明的计算过程不依赖水文站测流资料，无需由测量断面向上或向下外推至水文站，从而能够避免由于上、下测量断面与水文站距离产生的误差，精确计算出河流区间渗漏量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例及其设计方案，下面将对本实施例所需的附图作简单地介绍。下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的河流区间渗漏量的确定方法的流程图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案并能予以实施，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定或限定，术语“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，在此不再详述。
实施例
本发明提供了一种河流区间渗漏量的确定方法，具体如图1所示，包括如下步骤：
步骤1：确定测量河道的上测量断面和下测量断面的位置。
步骤2：获取上测量断面和下测量断面的水位序列，并对水位序列进行校正，得到上测量断面和下测量断面的绝对水位序列，具体包括如下步骤：
根据待求渗漏量的河流区间，将第一压力计固定在上测量断面中心处的河床上，获取上测量断面处的水位序列WLS_01；
将第二压力计固定在下测量断面中心处的河床上，获取下测量断面处的河水位序列WLS_02；
将第三压力计悬置在待求河流渗漏量的河流区间附近的深井中，获取当地大气压强序列APS_01；
将水位序列WLS_01与大气压强序列APS_01相减，得到上测量断面的绝对水位序列WLS_03；
将水位序列WLS_02与大气压强序列APS_01相减，得到下测量断面的绝对水位序列WLS_04。
其中，第一压力计、第二压力计及第三压力计均为Diver水位计，且第一压力计和第二压力计的连续观测时间不少于48h，数据记录频率为每5分钟1次。
通过压力计测量水位的原理是，将压力计探头置于水下某一深度处，其内部的压力传感器可测量水位计所处位置的静水压力和大气压力之和。在标高不变的情况下，大气压一般与温度密切相关，在开放的环境下，温度越高气压越低。如果测量期间地表温度发生较大变化，压力计所记录的水位序列包括静水压力变化和大气压力变化之和，难以区分静水压力的绝对变化值。由于地温随时间变化相对缓慢，据观测当地表温度的昼夜变化达20摄氏度时，地表下0.8m处的地温仍旧恒定不变，通过放置在距离测流断面小于2km处的水井中10m处的压力计就能获取大气压力的变化值，再通过河水中压力计减去水井中压力计的值，即可得到绝对河水位变化。
步骤3：使用统计分析软件SPSS软件对绝对水位序列进行互相关分析，得到上测量断面和下测量断面的水位序列滞后时间△T。
利用SPSS软件对上测量断面的绝对水位序列WLS_03和下测量断面的绝对水位序列WLS_04进行相关性分析，获得相关系数最高时序列WLS_04相较于水位序列WLS_03的滞后时间△T。
步骤4：获取区间旁侧入流量及河流区间的上测量断面和下测量断面的流量序列。
上测量断面和下测量断面的流量序列分别通过两个位于上测量断面和下测量断面的走航式声学多普勒流速剖面仪同时测量获得，测量期间多普勒流速剖面仪在上测量断面和下测量断面的航迹保持固定，且测量断面与水流方向垂直；同时，走航式声学多普勒流速剖面仪在测量流量序列时匀速航行，速度低于0.1m/s，连续不间断观测时间不少于48h，每30分钟至少测得2个流量数据。
区间旁侧入流量根据《河流流量测验规范》的要求进行测量。
由于采用走航式声学多普勒流速剖面仪在测量流量序列时一次测流需要较长时间，期间河流流量可能因为上游取水、退水等原因发生变化，因此采用走航式声学多普勒流速剖面仪获得的流量序列不能正确反应河流流量的瞬态变化，因此，本发明通过放置在测流断面上的压力计，每5分钟记录一次河水位，能非常灵敏地铺捉到河流流量的变化，每5分钟记录一次河水位，能非常灵敏地铺捉到河流水位的变化，进而能精确判断河流流量的变化过程。
步骤5：在上测量断面的流量序列中选取水位持续下降或持续上升时段的流量序列，并结合水位序列滞后时间，获得下测量断面流量序列中与上测量断面相对应的水位持续下降或持续上升时段的流量序列；并结合区间旁侧入流量计算河床渗漏量，具体包括如下步骤：
在上测量断面流量序列中选取水位持续下降或持续上升的流量序列RDS-01，该序列的起始时间为T1，结束时间为T2；
在下测量断面流量序列中选取起始时间为T1+△T、结束时间为T2+△T的流量序列RDS-02；
将上测量断面起始时间为T1，结束时间为T2的累积流量与下测量断面始时间为T1+△T、末刻时间为T2+△T的流量过程相减，得到河流入渗过程序列，对其求和得△Q；
在没有区间入流的情况下，△Q即为区间河流入渗量；有区间入流的情况下(入流量为Q1)，△Q-Q1即为区间河流入渗量。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明提出了计算没有水文站测量断面的河段河床入渗量方法，可以实现任意长度河流流入渗量的确定，十分便捷；
(2)本发明利用悬置在水井中的Diver水位计观测数据，消除了温差引起大气压改变影响河水位测量精度问题，确保计算结果的准确性；
(3)本发明采用同期上、下测量断面河水位的相关性分析确定了上、下测量断面河水位滞后时间，简单可行。
以上实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种河流区间渗漏量的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：
在待求渗漏量的河流区间上设置上测量断面和下测量断面；
获取上测量断面和下测量断面的水位序列，并对所述水位序列进行校正，得到上测量断面和下测量断面的绝对水位序列；
对所述绝对水位序列进行互相关分析，得到所述上测量断面和下测量断面的水位序列滞后时间；
获取区间旁侧入流量及河流区间的上测量断面和下测量断面的流量序列；
在所述上测量断面的流量序列中选取水位持续下降或持续上升时段的流量序列，并结合所述水位序列滞后时间，获得下测量断面流量序列中与上测量断面相对应的水位持续下降或持续上升时段的流量序列；并结合区间旁侧入流量计算河床渗漏量。
2.根据权利要求1所述的河流区间渗漏量的确定方法，其特征在于，所述获取区间河床上测量断面和下测量断面的水位序列，包括如下步骤：
根据待求渗漏量的河流区间，将第一压力计固定在上测量断面中心处的河床上，获取上测量断面处的水位序列WLS_01；
将第二压力计固定在下测量断面中心处的河床上，获取下测量断面处的河水位序列WLS_02。
3.根据权利要求2所述的河流区间渗漏量的确定方法，其特征在于，对所述水位序列进行校正，得到上测量断面和下测量断面的绝对水位序列，包括如下步骤：
将第三压力计悬置在待求河流渗漏量的河流区间附近的深井中，获取当地大气压强序列APS_01；
将水位序列WLS_01与大气压强序列APS_01相减，得到上测量断面的绝对水位序列WLS_03；
将水位序列WLS_02与大气压强序列APS_01相减，得到下测量断面的绝对水位序列WLS_04。
4.根据权利要求3所述的河流区间渗漏量的确定方法，其特征在于，结合区间旁侧入流量计算区间河床渗漏量，包括如下步骤：
在上测量断面的流量序列中选取水位持续下降或持续上升的流量序列RDS-01，设所述流量序列RDS-01的起始时间为T1，结束时间为T2；在下测量断面的流量序列中提取起始时间为T1+△T、结束时间为T2+△T的流量序列RDS-02；
计算上测量断面起始时间为T1，结束时间为T2的第一累积流量；
计算下测量断面起始时间为T1+△T、结束时间为T2+△T的第二累积流量；
将第一累积流量与第二累积流量相减，得到累积流量差△Q；
获取入渗区间的旁侧入流量Q1，得到区间河床渗漏量△Q-Q1。
5.根据权利要求2所述的河流区间渗漏量的确定方法，其特征在于，所述第一压力计和第二压力计的连续观测时间不少于48h，数据记录频率为每5分钟1次。
6.根据权利要求1所述的河流区间渗漏量的确定方法，其特征在于，所述上测量断面和下测量断面的流量序列分别通过两个位于上测量断面和下测量断面的走航式声学多普勒流速剖面仪同时测量获得，测量期间多普勒流速剖面仪在上测量断面和下测量断面的航迹垂直于水流方向，相邻两次航行所测得的断面面积的误差在5％以内。
7.根据权利要求6所述的河流区间渗漏量的确定方法，其特征在于，所述走航式声学多普勒流速剖面仪在测量流量序列时匀速航行，速度低于0.1m/s，连续不间断观测时间不少于48h，每30分钟至少测得2个流量数据。
8.根据权利要求1所述的河流区间渗漏量的确定方法，其特征在于，所述水位序列和流量序列连续观测时间的开始时间和结束时间保持一致。
9.根据权利要求3所述的河流区间渗漏量的确定方法，其特征在于，，所述第三压力计悬置于与入渗区间垂直距离小于2km的水井中，压力计距井口下至少10m，且高于地下水面。
10.根据权利要求1所述的河流区间渗漏量的确定方法，其特征在于，采用统计分析软件SPSS软件对所述绝对水位序列进行互相关分析。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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