Method for deducing flow velocity distribution under ice sheet
A technology of flow velocity distribution and ice cover, which is applied in the field of calculation of important parameters, can solve problems such as unmeasurable conditions, complex ice conditions, and high labor intensity of scientific researchers, and achieve the effect of solving complex measurement operations and reducing work intensity
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AI Technical Summary
Problems solved by technology
Method used
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Examples
Embodiment 1
[0036] 本实施例是一种冰盖下流速分布的推演方法,流程如 figure 1 shown.
[0037] 所述方法的具体步骤如下:
[0038] 步骤1,选择典型河道的测量断面:选择主流河道设置测量断面;对于自然河道则选择在水文站附近,河床形状相对规则,比降适中,水流相对平稳的位置。对于引水渠道则选择在控制闸门和分水口一定距离的位置。测量断面选定后记录测量断面的河床状态,包括:是否为砂石河床、有植被河床、混凝土衬砌河床。根据已有水文资料,将测量断面的水位分为低水位、中水位和高水位。
[0039] 本实施例所述的典型河道是指在水文站附近,即能够经常性的进测量的河河段,或者历史上经常发生冰塞、冰坝的河段。测量断面应当选择在冬季能够形成冰盖1的自然河道,其河床2的横截面形状为中间较深,两侧坡面相对比较对称,且冰盖下流速近似双幂指数分布曲线形状,如 figure 2 shown. 对于引水渠道则由于是人工开挖因此,其河段断面形状比较规则,并且沿途有控制闸门等有人管理设置,测量一般不成问题,因此主要选择在远离闸门和分水口的位置,以避免影响测量。
[0040] 步骤2,将冰期全过程分为流冰期、封冻期和开河期,将封冻期过程分为初封期、稳封期和开河前期:将测量断面的封冻30%、50%、60%、80%作为河道未完全封冻的测量时段;测量断面的初封期测量时间间隔不大于2天,稳封期的测量时间间隔不大于7天,开河前期的测量时间间隔不大于2天;根据冰面具体变化情况或适当的河道断面间距设置,调整封冻期的测量频率。
[0041] 测量时间点选择,当然是选择在冬季水面开始出现流凌直至第二年春天冰面完全融化的整个期间。选择时段除了用年月日时的分段方式外,还要根据冰冻的状态进行分段。本实施例将河道开始出现冰花到河面出现冰盖之前阶段称为流冰期;将河道出现固定冰盖,敞露水面面积小于河道面积20%阶段称为封冻期;将冰盖破裂,冰块开始移动到冰块完全消失阶段称为开河期。将封河期分为3各阶段,冰盖厚度快速增长期为初封期;当冰盖增长一定厚度,冰盖增长缓慢,或者保持不变阶段称为稳定封冻期;随着气温升高,冰盖厚度减小到开河前阶段称为开河前期。对于称为封冻期的完全封冻状态,在实际测量过程中按时日进行测量外,还要根据气候的条件增加测量时段,如在气温骤降等条件下。
[004...
Embodiment 2
[0098]本实施例是实施例一的改进,是实施例一关于率定参数的方式的细化。本实施例所述的率定参数的方式为:遗传法、BP神经网络法、贝叶斯网络法中的一种。
[0099] 遗传法、BP神经网络法、贝叶斯网络法是现代十分常用的概率计算方法,由于现代计算机技术的发展,可以同时使用几种方式同时进行计算,以哪个效果最佳作为取舍。
Embodiment 3
[0101] 本实施例是上述实施例的改进,是上述实施例关于参数率定步骤的细化。本实施例所述的率定参数的步骤中,在率定参数后,根据测量断面建立缩小的实体模型,对各个参数进行试验验证。
[0102] 参数率定后,可以根据被测河段的具体形状建立缩小的实体模型,近似的模拟河道进行参数的实验验证。
[0103] 如建立一个长20m模拟天然河道的宽浅型复式断面可变底坡明渠的模拟河道的试验平台,复式断面河道采用有机玻璃材质加工,以便于观察流态和流速。采用ADV(AcousticDoppler Velocimetr,声学多普勒流速仪)和PIV(Particle Image Velocimetry,粒子图像测速法测量仪)测量流速。
[0104] 冰下流速分布主要取决于流量、冰盖和河床糙率等因素的变化,实验中冰盖糙率取值为3种:0.009、0.017和0.025,实验中模型冰冰盖分别采用有机玻璃板、有机玻璃板上粘贴纱网和聚乙烯泡沫板模拟,分别代表不同封冻期的冰盖糙率。
[0105] 在模拟河道上设置多个测量断面,每个测量断面沿水深方向每隔0.5cm布置一个测点,采用聚乙烯泡沫板模拟冰盖,对水深8cm时的各测点进行流速测量。
[0106] 通过公式(2)数据进行曲线拟合,得到:
[0107] α=0.80,m i =6.3,m b =4.9。
[0108] 已知α、m i 、m b ,采用公式(6)计算得到流量Q=0.056m 3 / s,实测流量为0.055m 3 / s,误差为3.6%。
[0109] 对各个模型测量断面的数值分析,并与实际河流测量断面的参数进行对比两者十分接近,说明本发明所述的流速分别推演方法精确度较高,能够达到准确推演冰盖下流速和流量的 Effect.
PUM
Abstract
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