隨著中小河流治理項(xiàng)目的推進(jìn),改革水文測(cè)驗(yàn)方式,探索測(cè)流方式方法技術(shù)創(chuàng)新勢(shì)在必行。本研究依托南京信息工程大學(xué)學(xué)生水文測(cè)驗(yàn)教學(xué)實(shí)習(xí)過程中組織開展的2次測(cè)速垂線優(yōu)化精簡(jiǎn)實(shí)驗(yàn),收集了漁梁水文站2次多測(cè)速垂線流量測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù),針對(duì)原精簡(jiǎn)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(jì)了直接尋求流量誤差最小的測(cè)速垂線組合的新算法,并深入分析了兩種精簡(jiǎn)算法對(duì)流量誤差的影響。結(jié)果表明:測(cè)站目前采用的常測(cè)法選取的13根固定垂線代表性較好,流量測(cè)驗(yàn)精度較高;對(duì)比原算法,新的垂線精簡(jiǎn)算法在相同垂線數(shù)目下,流量誤差更小,測(cè)驗(yàn)精度更高;由新算法,特殊水情下單垂線測(cè)流可考慮將垂線位置布設(shè)在起點(diǎn)距84 m處;流量相對(duì)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(jiǎn)算法有助于提高實(shí)驗(yàn)的精度,可為基層水文站開展垂線精簡(jiǎn)分析工作,進(jìn)行測(cè)流方式改革提供參考。 

【文章來源】：人民長(zhǎng)江. 2020,51(03)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

漁梁站常規(guī)流量測(cè)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)的垂線布設(shè)位置

利用新的算法進(jìn)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(shí)驗(yàn)選出的垂線位置一致,為起點(diǎn)距84 m處,相對(duì)誤差絕對(duì)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(jìn)一步說明上述2次實(shí)驗(yàn)優(yōu)選的單根代表性測(cè)速垂線(起點(diǎn)距84 m處)的測(cè)流效果,2019年7月8日09:24～09:40對(duì)該垂線相對(duì)水深0.6處進(jìn)行流速儀施測(cè)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(jì)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(duì)應(yīng)的流量為84.4 m3/s,計(jì)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(jiǎn)易測(cè)流方法的潛力。由于該方案測(cè)流時(shí)僅需要測(cè)一根垂線的流速,耗費(fèi)的工作時(shí)間比原精簡(jiǎn)算法的兩根和三根代表性垂線測(cè)流更少,比常測(cè)法少92%,在5%誤差許可的前提下大大提高了2次實(shí)驗(yàn)的測(cè)流效率。表2 新優(yōu)選算法實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Results of two experiments devised from the new-designed reduction algorithm of vertical lines 精簡(jiǎn)后的垂線數(shù)目/根 第1次實(shí)驗(yàn) 第2次實(shí)驗(yàn) 垂線位置/m 相對(duì)誤差絕對(duì)值 垂線位置/m 相對(duì)誤差絕對(duì)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(shí)驗(yàn)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(duì)垂線數(shù)量與相對(duì)誤差絕對(duì)值兩者的關(guān)系進(jìn)行擬合,結(jié)果第1次實(shí)驗(yàn)的回歸方程為y=1.2342e-3.823x,第2次實(shí)驗(yàn)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(jiǎn)算法在增加代表性垂線數(shù)目時(shí)可以快速有效地減小測(cè)驗(yàn)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(jìn)一步對(duì)2種算法結(jié)果進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)用原有算法第1次實(shí)驗(yàn)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(jí),而第2次實(shí)驗(yàn)同樣優(yōu)選3根垂線誤差放大倍數(shù)量級(jí)更是達(dá)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(cè)速垂線,比原有的垂線精簡(jiǎn)算法更優(yōu)。此外,在有限的垂線數(shù)目下,因計(jì)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(shí),由于新算法計(jì)算量隨著優(yōu)選垂線數(shù)目的增加急劇增大,此時(shí)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(jì)算效率。

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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本文編號(hào)：3485240