隨著中小河流治理項目的推進,改革水文測驗方式,探索測流方式方法技術(shù)創(chuàng)新勢在必行。本研究依托南京信息工程大學(xué)學(xué)生水文測驗教學(xué)實習(xí)過程中組織開展的2次測速垂線優(yōu)化精簡實驗,收集了漁梁水文站2次多測速垂線流量測驗數(shù)據(jù),針對原精簡算法在流量誤差最小的尋優(yōu)過程中可能刪去最有代表性的垂線這一問題,設(shè)計了直接尋求流量誤差最小的測速垂線組合的新算法,并深入分析了兩種精簡算法對流量誤差的影響。結(jié)果表明:測站目前采用的常測法選取的13根固定垂線代表性較好,流量測驗精度較高;對比原算法,新的垂線精簡算法在相同垂線數(shù)目下,流量誤差更小,測驗精度更高;由新算法,特殊水情下單垂線測流可考慮將垂線位置布設(shè)在起點距84 m處;流量相對誤差大小隨著優(yōu)選垂線數(shù)量的增加呈指數(shù)遞減規(guī)律。本研究所提的垂線精簡算法有助于提高實驗的精度,可為基層水文站開展垂線精簡分析工作,進行測流方式改革提供參考。 

【文章來源】：人民長江. 2020,51(03)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

漁梁站常規(guī)流量測驗與實驗的垂線布設(shè)位置

利用新的算法進行垂線優(yōu)選,結(jié)果如表2所列。若只優(yōu)選一根代表性垂線,2次實驗選出的垂線位置一致,為起點距84 m處,相對誤差絕對值分別為4.14%和1.74%,均小于上文給定的標(biāo)準(zhǔn)5%。為了進一步說明上述2次實驗優(yōu)選的單根代表性測速垂線(起點距84 m處)的測流效果,2019年7月8日09:24～09:40對該垂線相對水深0.6處進行流速儀施測流速,期間水位為111.12 m,右岸為緩坡,流速系數(shù)取0.7,左岸為陡坡取0.8,計算得到的斷面流量為81.23 m3/s。依據(jù)近期2018年本站水位-流量曲線關(guān)系表,查得該水位對應(yīng)的流量為84.4 m3/s,計算單根代表性垂線流量誤差為-3.75%,同樣小于5%。由此說明84 m處的垂線具備成為漁梁站特殊水情下單垂線簡易測流方法的潛力。由于該方案測流時僅需要測一根垂線的流速,耗費的工作時間比原精簡算法的兩根和三根代表性垂線測流更少,比常測法少92%,在5%誤差許可的前提下大大提高了2次實驗的測流效率。表2 新優(yōu)選算法實驗結(jié)果Tab.2 Results of two experiments devised from the new-designed reduction algorithm of vertical lines 精簡后的垂線數(shù)目/根 第1次實驗 第2次實驗 垂線位置/m 相對誤差絕對值 垂線位置/m 相對誤差絕對值 1 84 4.14×10-2 84 1.74×10-2 2 48,105 4.26×10-4 54,92 3.27×10-4 3 52,76,84 6.83×10-6 50,96,107 6.55×10-6 4 24,44,88,128 4.80×10-7 19,38,81,102 1.31×10-8

坐標(biāo)系中(見圖3),可發(fā)現(xiàn)2次實驗的數(shù)據(jù)均呈現(xiàn)較好的線性關(guān)系。以指數(shù)方程形式對垂線數(shù)量與相對誤差絕對值兩者的關(guān)系進行擬合,結(jié)果第1次實驗的回歸方程為y=1.2342e-3.823x,第2次實驗為y=2.736e-4.619x,R2均大于0.98,擬合效果都比較好,說明新的垂線精簡算法在增加代表性垂線數(shù)目時可以快速有效地減小測驗誤差。隨著選取垂線數(shù)量加大,誤差按照指數(shù)遞減數(shù)值降低很快,在垂線數(shù)目大于3之后,誤差基本衰減完畢,接近于零。進一步對2種算法結(jié)果進行比較,發(fā)現(xiàn)用原有算法第1次實驗精選出的兩根垂線算得的流量誤差比新算法優(yōu)選兩根垂線的流量誤差放大倍數(shù)為101數(shù)量級,而第2次實驗同樣優(yōu)選3根垂線誤差放大倍數(shù)量級更是達到了102。由此說明同樣條件下新的垂線優(yōu)選算法易于找到誤差更小、更有代表性的測速垂線,比原有的垂線精簡算法更優(yōu)。此外,在有限的垂線數(shù)目下,因計算量較小,新的算法可列舉所有可能并找到最優(yōu);而當(dāng)斷面垂線數(shù)量很大時,由于新算法計算量隨著優(yōu)選垂線數(shù)目的增加急劇增大,此時應(yīng)采用遺傳算法、粒子群優(yōu)化等算法求解以加快收斂速度,提高計算效率。

【參考文獻】：
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博士論文
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本文編號：3485240