不同方法在感潮河段ADCP在线测流系统中应用的比较分析

在水力因素多变的长江下游感潮河段建立ADCP在线测流系统实时采集指标流速,可选用合适的方法推求断面平均流速,从而实现流量的实时报汛和整编。多元线性回归分析和BP神经网络具有原理明晰、实现便捷等特点,为比较以上两种方法在断面平均流速计算中的优劣,以南京水文实验站2014年以来实测数据为例,分析不同情况下两种模型的拟合精度和预测精度。结果表明,两种模型均具有较好的有效性、精确性和稳定性,且拟合精度与模型选用的监测指标有关;对于只采用单一指标流速而言,BP神经网络模型的结果明显优于多元线性回归模型。同时,两种模型都能较好的预测断面平均流速,其中BP神经网络适应更好。     

改进的最小二乘法在水文分析计算中的应用

在水分析计算中，经常涉及到变量之间的线性或非线性拟合，而在拟合各种特性曲线时，通常应用以实测资料与拟合曲线间的误差平方和最小作为目标函数的方法——最小二乘法，但这种方法忽视了所有实测点应与拟合曲线间的相对误差尽量不超过某一百分比的原则，为了达到上述要求，提出了非线性的加权最小二乘法及线性相关方程的最小距离平方和法，探讨改进了传统的最小二乘法达到优化的效果。最小距离平方和法与常用的图解法相比，本法所得成果较为客观；与传统的单方向(x或y方向)最小二乘回归法相比，所求线性方程不会因坐标系的选取而改变。最后应用算例进行了初步讨论。     

侧扫雷达测流系统在水文信息监测中的比测研究及误差分析

国内现有的侧扫雷达测流大多停留在比测试验上,尚未有在国家水文站,尤其是大江大河上正式投产、参与整编归档的案例。利用自主研发的UHF雷达测流系统,通过在仙桃水文站与常规缆道流速仪测流开展比测试验,判断其测得的表面流速分布的合理性;重点研究表面流速反演流量的技术方法,并开展相应的误差分析。结果表明,UHF雷达测流系统有较好的流量测验精度,可为该系统在水文信息监测中的推广应用提供参考。     

非线性回归法求解爆破振动速度衰减公式参数

准确分析场地爆破振动衰减规律是爆破工程设计的基本依据。通过考察爆破振动速度衰减公式中参数的线性回归方法和非线性回归方法,提出了线性残差平方和与非线性（亦即标准残差平方和）的概念,给出了求解衰减公式参数的非线性回归法,并详述了该方法的实现过程。结合工程实例,以标准残差平方和作为爆破振动实测数据与衰减公式拟合值偏差大小的判断依据,分析了线性和非线性回归分析方法得到的萨道夫斯基公式和其修正公式的标准残差平方和。分析结果表明,非线性回归分析方法的准确度明显高于线性回归分析方法;分别采用线性回归和非线性回归方法得到的萨道夫斯基公式和其修正公式的标准残差平方和非常接近,因此,采用两种形式的公式拟合爆破振动衰减规律都是可行的。     

水文站在线流量测验方法初探

提出了寻找水文站流量测验断面平均流速的代表性垂线流速,从而得到满足测验精度之下的在线流量测验方法,并对进而配置自动化遥测流量测验设备测流、寻找水面一点流速的相关位置测流提出了相关建议。以秦淮河流域句容河前垾村水文站1990~2016年918个流量测验成果为分析对象。分析结果表明在高水期、中水期、低水期,起点距为65 m的垂线平均流速与断面平均流速的确定性系数R都在0.98以上,起点距为65 m的测速垂线适宜作为高、中、低水期的V-ADCP自动测流设备安装位置。上述研究为全国同类型水文站在线流量测验研究提供可行的建议使用方法。     

拉格朗日乘子法在水位流量关系拟合中的应用

针对传统方法在水位流量关系拟合中线性化后存在的不足以及未考虑拟合函数的显著性水平的局限性,以流量残差平方和最小为目标函数,以显著性水平为约束条件,结合拉格朗日乘子法对水位流量关系进行优化处理。通过算例对比分析了水位流量关系在传统算法、自适应加速遗传算法及本文优化算法下的拟合结果。计算结果表明:提出的优化理论能更精确地模拟实际工程中水位流量关系,其基本思想可为类似的水文分析提供借鉴作用。     

适用于水文应急监测的GNSS测流系统研究

为提升水文应急监测技术能力,提出一种基于5 G通讯技术和GNSS定位技术的测流系统设计方案,实现多用户对多流速球终端的远程监测、数据实时查看和存储功能。测流系统通过重庆、四川等地的实地环境试验测试,防水性能良好,工作时长大于48 h,通讯指标均大于99.9%,精度比测指标相对误差均小于1%,能够满足水文应急监测的需要。     

雷达流速仪测量精度关键技术研究

雷达流速仪在水文测验中的应用越来越广泛,目前该类产品主要存在流速测量精度偏低、对波浪等外界环境影响难以克服、不能适应低流速等问题。提出在快速傅里叶变换基础上使用最大值插值拟合算法提高流速测量精度的方法,采用多普勒频率加权平均算法消减波浪对流速测量的影响,利用变频方法满足较低流速测验的精度要求,并且将研究成果应用于新型雷达流速仪样机,进行了仿真试验及验证。试验表明,方法合理可行,可较好解决目前雷达流速仪普遍存在的上述问题,具有良好应用前景。     

定点式声学多普勒流速仪的应用难点与误差分析

定点式声学多普勒流速仪(简称"HADCP")在国内已较为普及,但对其应用却多停留在表面,鲜有人研究其测验误差控制及参数优化方法,影响HADCP测流精度。为解决HADCP使用中的一些疑难问题,从流速仪测验误差表现的三方面对HADCP的测流误差开展讨论。以测验误差为控制指标,对HADCP在使用中各个环节的误差来源及应用难点进行分析,并以多个实例阐明提高仪器应用精度的优化设置方法。按照所论及方法进行对照检查并合理优化,可减小测流误差,提高HADCP测流方案的整体精度。     

基于横断面垂线平均流速分布的流量计算模型研究与应用

深入分析横断面流速分布特性,提出横断面垂线平均流速分布模型及计算公式。该模型利用大断面、河道水位及断面上一条垂线的平均流速,即可较准确地计算出断面上任意一条垂线的平均流速,从而计算出断面流量。这种方法缩短了测流历时,在保证测流精度的同时,为防汛调度决策延长了预见期。讨论了该方法的应用条件、误差来源和误差控制方法。为明渠实时在线监测提供了一种新的方法,为明渠流量计研发奠定了理论基础。     

间断性阶梯抽水试验求解水文地质参数解析法

针对利用间断性阶梯流量抽水试验资料求解水文地质参数采用试算法、特殊标准曲线比对法及线性回归法等存在的计算过程繁复、人为误差难免、图表束缚严重等问题,采用优化拟合方法,在工程适应参数范围内,通过对以级数表示的泰斯井函数的简单函数替代,并依据抽水试验降深时间关系曲线上的选点,采用降深比值法,经对间断性阶梯流量抽水井流函数的整理推导,获得了可直接完成相关水文地质参数求解的一元二次方程,求解过程简捷直观,便于实际工程应用。精度分析表明,在工程适用参数范围内,最大相对误差小于2%,完全满足实际工程的计算精度要求。     

基于高光谱的桂东北峰丛洼地土壤有机碳含量预测

以桂东北寨底峰丛洼地土壤为研究对象,利用二阶微分和去除包络线二阶微分方法对土壤光谱进行处理,筛选出3种光谱指数与土壤有机碳（SOC）相关系数最高的特征波段,通过比较偏最小二乘回归、多元线性回归与多元逐步回归等模型的精度,确定SOC最佳估测模型。结果表明:（1）研究区土壤样品有机碳质量分数最小值为 0.20%,最大值为6.06%,变异系数为63.28%,具有中等强度的空间异质性;（2）二阶微分光谱指数建立的多元线性回归模型精度优于原始光谱反射率及包络线二阶微分的模型;（3）二阶微分、包络线二阶微分光谱指数建立的偏最小二乘回归预测模型均比通过原始数据建立的模型精度高出0.3;（4）基于二阶微分所建立的多元逐步回归模型具有较高的预测精度（R2=0.75,均方根误差RMSE=4.83和较大的剩余估计偏差RPD=2.00）。      

堰槽组合设施测流机制试验研究

山区季节性溪流流量变化大,已有灌溉渠道量水设施难以在较大流量范围内均达到测流精度要求,本文以克伦普堰和排淤量水槽组合而成的堰槽组合量水设施为试验对象,通过试验探究其测流机制。根据流量在5~79 L/s范围内的概化水槽水力性能试验,分析不同流量下的水面线、弗劳德数、垂线纵向时均流速、薄水层特征长度和特征宽度的变化,建立不同流量阈值范围内的测流公式。结果表明:①随流量的增大,堰槽组合设施流动形态从槽内流变为堰流,流量阈值对应的阈值相对水深为0.885,拟合得到组合设施槽内流和堰流的测流公式,与实测流量对比,相对误差小于3%。②组合设施槽内流和堰流水力特性不同,槽内流时槽内各测点纵向时均流速、薄水层的特征长度和特征宽度以及综合流量系数均随着流量增大而增大;堰流时,排淤量水槽槽内前段各测点纵向时均流速随着流量增大而减小,后段各测点纵向时均流速随着流量增大而增大,槽内收缩扭面段中部附近断面平均流速大小一致。③堰槽组合流量系数随着流量增大而减小。④堰槽设施下游薄水层的特征长度和特征宽度随着流量增大有下降趋势,最大值均出现在流量阈值情况下。本研究有效解决了流量变幅较大的明渠测流设施匮乏问题,可为山区季节性溪流测流设施应用提供参考。     

下古生界海相页岩TOC测井预测模型优选及应用——以川南长宁地区为例

有机碳含量（TOC）是页岩气资源评价与预测选区的关键指标之一,测井预测是实现单井TOC连续识别的重要手段,本次研究拟揭示各类预测方法在下古生界海相页岩中的预测效果。本次以川南长宁地区龙一段黑色页岩为对象,尝试采用多类预测方法（ΔLogR法及其改进方法、多元线性回归法与神经网络法）与不同的研究尺度（全段或分层）建立TOC测井预测模型,并对不同方法的预测效果进行深入探讨。研究表明,各方法预测效果差异较大,适用性各不相同。整体而言,多元线性回归法与BP神经网络法在研究区的预测效果均优于ΔLogR法及其改进方法。笔者等研究提出多元线性回归法对研究区TOC高值段的预测效果更佳,而神经网络法对TOC低值段的预测精度更高。本次研究根据龙一段各亚段有机质分布特征与测井响应特征的差异,提出通过“精细分层与最优方法匹配”的方式,因地制宜地选择相应的方法进行TOC测井预测。针对龙一1a-c与龙一1d-龙一2,分别采用多元线性回归法与BP神经网络法进行分层精细建模,并获得了最佳的预测效果,不仅预测精度较高,而且相对误差较小,绝大部分样品相对误差不超过20%。     

线性回归模型和灰色预测系统GM(1,1)模型在旱灾预测中的比较应用

为了比较不同预测方法在洛阳旱灾预测中精度和优缺点,根据1368—2016年河南干旱灾害发生时间及灾情统计数据,在分析河南省干旱灾变特点、规律和成因的基础上,建立线性回归模型和灰色预测系统GM(1,1)模型对干旱年份进行预测,利用回归模型理论,经Excel求解得到回归方程。该模型具有很高的精度,可以用来预测旱灾发生年份。利用灰色系统理论,建立GM(1,1)模型模拟洛阳市灾变年份,经Matlab求解得到时间响应序列函数。通过计算机仿真发现预测值和实测值拟合良好,具有很高的精度。最后对数据预测精度进行一个比较分析,得出结论:灰色建模和灰色预测在一些特定的情况下,是一种较一元线性回归预测精度更好的实用预测方法。     

堰闸测流率定的流量系数如何用于工程设计

(一)问题的提出利用堰闸测流率定的流量系数去推算过闸流量,实践证明,它是经济有效的测流方法之一。惟在堰闸测流方面,由于要求计算方法简便,多不单独考虑闸上行近流速水头;又为克服小水位差影响测验精度,闸上、下水尺的布设,多被拉长了距离,增大水位差数值。这对提高测流精度,简化计     

梯形喉口无喉道量水槽水力性能分析

以解决灌区普遍存在的通过增大水头损失来提高测流精度的问题为目标,探究梯形喉口无喉道量水槽在末级梯形渠道中量水的适用性。基于Flow-3D软件,采用RNG k-ε紊流模型和Tru-VOF方法对梯形喉口无喉道量水槽和矩形喉口无喉道量水槽水力性能进行了数值模拟,并通过物理原型试验验证了模拟结果的合理性。研究结果表明:梯形喉口无喉道量水槽测流过程中弗劳德数沿程呈单峰分布,在喉口下游附近出现临界流且喉口上游弗劳德数均小于0.5,满足灌区量水要求;测流过程中,最大流速位置随着量水槽边界变化而变化;对喉口收缩比相同的矩形喉口和梯形喉口无喉道量水槽测流精度、水头损失比较得出,梯形喉口有效改善了小流量时测流误差和大流量时的水头损失。     

最小一乘方线性回归计算新方法

最小一乘方线性回归计算新方法李松仕（福建省水文水资源勘测局）１引言线性回归模型的最小一乘法,指的是使下列目标函数达最小的参数估计方法：ｍｉｎ｛Ｆ＝∑ｎｉ＝１｜εｉ｜｝其中,ε为点对回归面（或线）的离差。在统计数学中,称其为“稳健回归”。［１］对于一般...     

染色法测量坡面流流速的最佳测流区长度研究

染色法是测定坡面流流速最常用的方法,但对测流区长度的选择没有统一标准.统一测流区长度不仅能减少流速测定误差,还能提高不同试验间的可比性.本文采用室内变坡水槽试验,用染色法测量表面最大流速并计算平均流速时,选择6个常见测流区长度,以流量法计算的平均流速为参照值,选取5个统计参数(RRMSE、RE、NSE、R2、MAE)作为评价指标,将不同测流区长度下染色法与流量法所获得的平均流速进行比较,分析染色法测量坡面流流速的最佳距离.研究结果表明:当测流区长度为2m和3m时,RRMSE都较小;在2m处,RE、MAE达到最小,NSE、R2最接近1,此时染色法测定的流速与流量法计算的流速最为接近.因此,用染色剂法测量坡面流速度的最佳距离应选在2m.     

基于粒子群优化算法的多元线性拟合方法研究及其应用

实际测井中,密度曲线最易受扩径的影响。为了消除这种影响,在多元线性拟合方法中引入了粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO),提出了基于粒子群优化算法的多元线性拟合方法,粒子群优化算法是对目标函数优化具有自适应控制的智能进化算法。这里将粒子群优化算法与多元线性拟合法结合,选取井眼环境好,且与扩径层段有相同的岩性、物性的井段作为参考层,利用受井眼环境影响相对小的测井曲线(伽马、电阻率和声波时差),建立更加精确的多元线性拟合模型;再运用这个模型在扩径层段重构密度曲线;最后将重构密度曲线与原始密度曲线、Gardner公式计算的密度曲线进行对比分析。研究结果表明,提出的基于粒子群优化算法的多元线性拟合法重构的密度曲线的合成地震记录与井旁地震道相关系数可达0.86,说明该方法能够更有效提高密度测井曲线的质量。