丁文昌法计算流量的一点改进

讨论分析了目前国内外常见的几种流速面积法实测流量的计算方法.根据我国的流量测验情况,对精度较高的丁文昌法进行了改进,使之与我国的流量测验情况更加适应.提出了一种与<河流流量测验规范>(GB50179-93)测深、测速垂线布设原则相适应的实测流量计算方法.     

梯形明渠流速分布及水位流速法流量测量分析

阐述验证了梯形明渠的垂线流速分布规律以及垂线均流速的平向分布规律;探讨了明渠截面流量测量的"水位流速法";基于典型明渠计算参数组合,开展了"水位流速法"流量测量,并通过与实地"面积流速法"流量测量对比分析,验证了"水位流速法"的检测准确性及适用性,对工程应用有参考价值。     

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。     

主流平均流速法在宽浅河道断面洪水测验中的应用

主流平均流速法是通过实测主槽部分断面面积的主流区内3－5条垂线流速，计算出断面流量的一种测验方法，该方法的实施可有效缩短测流历时，能够完全整地控制洪水过程呼水位流量关系的转折变化。以具有代表性的范围口水文站为例，探讨了主流平均流速法在黄河下游宽浅河道断面洪水测验中应用的可行性。     

二层测速方式超声波时差法测流参数自率定方法研究

为解决超声波时差法比测率定的难题,采用二层测速方式构建基于垂向流速分布的河流断面水平层流速与断面平均流速的转换数学模型,通过二个水平层流速的信息提取与流速分布模型参数识别,获取河流断面流速分布特征,进而完成流量计算参数的率定,实现水平层流速与断面平均流速的转换计算。通过湘潭水文站实例验证,水平层流速与断面平均流速转换模型计算的流量成果精度能够满足流量测验精度要求。     

文丘里法在河流流量推算中的应用

流量测验常见方法有常规水文缆道流速仪法、超声波时差法、声学多普勒流速(ADCP)、雷达波流速等,上述方法各有优缺点,适用于不同场合。文丘里现象被广泛用来测量封闭管道中单相稳定流体的流量,依据伯努利定律可知流速的增大伴随流体压力的降低,即受限流动在通过缩小的过流断面时流体出现流速增大的文丘里效应,根据该效应,可通过河段文氏等效,获得估算的天然河流水体流量。经实例验证,该方法计算精度较高,达到流量测验规范要求,可作为流量估算的一种辅助手段。     

大型水工建筑物流量测验方法探究

以江都水利枢纽大型水闸和泵站水工建筑物为例,依据多年流速仪实测资料,以系统误差和随机不确定度等指标分析各垂线平均流速推算断面流量的精度。结果表明:大型水闸和泵站的上下游河道断面稳定,均存在多条测速垂线,其平均流速与断面平均流速在高、中、低水期都有很好的相关关系。与断面平均流速相关性较高且推算断面流量精度较高的测速垂线,均位于测流断面主流区,即中水位时河道中部约1/3水面宽的区域内。河道主流区中泓两侧相距较远的相关性较高的2条测速垂线,综合反映了全断面的水流状态、测站特性和水工建筑物运行控制的特点,其平均流速推算断面流量的精度远高于相关性较高的任意单垂线,且对水工建筑物在闸门低开启或开启高度不一致等工况下的出流,均可达到一类精度水文站的规范要求。分析成果具有较好的代表性,可供全国同类型水文站的流量测验精简分析借鉴和参考,为实现高精度的在线流量监测提供分析的依据。     

虚拟单元法求解渗流流量

提出了计算渗流场流量的虚拟单元法,推导了虚拟单元法有限元方程,并探讨了虚拟单元法的有限元实现方法,建立了虚拟单元法求解渗流流量的理论和方法体系。二维径向渗流和平底坝基算例比较分析表明,虚拟单元法具有计算精度高及有限元实现简单并容易编写通用程序等优点。虚拟单元法与中线法计算流量具有相同的精度,但在应用上虚拟单元法有一定优势。     

内陆河流域河流水面流速系数比测试验研究

水面流速系数是流量测验中经常使用的参数.目前,大部分水文站使用水面流速系数均选用经验值,为提高流量洲验精度,2003-2007年间.在内陆河流域代表站莺落峡、高崖、正义峡、祁连、肃南水文站开展了对水面流速系数的比测试验工作,取得大量比测试验资料.通过分析得出试验分析成果,并对试验分析计算方法和比测试验方法进行了探讨.水面流速系数分析计算方法采用算术平均法、回归分析法.两种分析方法得出的结论基本一致.算术平均法是对回归分析成果的校核.因此均采用回归分析法比测试验分析成果.以莺落峡站为例对垂线比测法和断面流量比测法两种不同比测试验方法进行对比分析和比测试验方法优选.垂线比测法和断面流量比测法均能得到比较满意的结果,相关系数均达O.95以上,分析成果比较接近.断面流量比测法理论比较严密,得到的水面流速系数适合全断面应用.这些试验分析成果为提高流量测验精度提供理论依据.     

流速断面法在长江古流量估算中的应用

河流古流量的估算可以定量化研究流域的水文、气候变化特征。根据收集的多个地质钻孔资料恢复出长江南京段3个古河槽横断面,对古深槽沉积物样品进行¹⁴C与ESR年代测定以及沉积相的分析,判定-50~-90m的古深槽形成于末次冰期最盛期。根据古河床沉积物粒度,利用泥沙起动公式计算古河槽不同深处的垂线平均流速,然后利用垂线平均流速和垂线间的过水面积计算单宽流量,最后累加恢复末次冰期最盛期的平滩流量。其计算结果为10000~12000m³/s,与现在1月份多年平均流量相当。该时期的纵坡降为4×10^-4~5×10^-4,与现在长江上游屏山—宜宾段相当。     

天山南坡科其喀尔冰川消融区运动特征分析

基于2009年5月至2011年10月科其喀尔冰川的花杆观测资料,对其消融区的表面运动特征进行分析. 结果表明：冰川消融区的年水平运动速度最大值为86.69 m·a^-1,年垂直运动速度最大值为15.34 m·a^-1,均出现在冰川海拔4 000~4 200 m的消融区上部;在靠近冰川末端的冰舌下部,受冰量补给减弱、厚层表碛覆盖等影响,冰川运动缓慢,年水平运动速度小于5 m·a^-1,而垂直运动速度值小于2 m·a^-1. 大多数横剖面的水平运动速度具有从中部向边缘逐渐减小的特征,而有的剖面却出现局部速度增大的区域. 整体而言,冰川水平及垂直运动速度随海拔降低而减小,符合冰川运动的一般规律,但主要受地形作用的影响,垂直运动速度随海拔的变化会出现波动. 消融期月水平运动速度与同期气温和降水的变化具有一定的相关性,可能反映出气候快速变化对冰川运动的影响.     

基于质量守恒的示踪测速模型及实证

示踪测井技术能准确测定地下水渗透流速,传统方法适用于没有垂向流的测井。总结了前人的研究,结合工程实际引入函数vv(z)和vh(z),并根据示踪剂质量守恒的原理建立了基于质量守恒的示踪测速模型,考虑了测井中水流垂向运动的影响。最后利用模型计算了存在较强垂向流的小浪底反调节水库6#井的渗透流速,计算结果与水库渗漏勘探结果一致,说明模型的计算结果是正确的,能排除垂向流的干扰,模型有较强的实际应用价值。     

面板堆石坝垂直缝破坏下三维渗流场有限元模拟

采用改进节点虚流量法求解无压稳定渗流场,并引入无厚度的裂缝模型对破坏的垂直缝渗流行为进行模拟,得到面板堆石坝裂缝渗流问题的有限元分析方法,并编制Fortran程序。以某混凝土面板堆石坝为例,计算了面板单一垂直缝破坏和多条垂直缝破坏条件下的三维渗流场,得到不同条件下渗流场的水头分布、浸润线以及渗漏量,系统分析了面板堆石坝在垂直缝破坏条件下的稳定渗流场规律和特点。结果表明,该方法能对渗流逸出点和浸润线进行准确定位,还能很好地模拟面板垂直缝破坏对坝区渗流场的影响,可以为面板堆石坝的接缝设计提供参考。     

基于图像测速的薄壁堰流表面流场测量方法

针对薄壁堰流水面落差大、流速沿程变化剧烈的特点,提出一种测量堰流表面三维流场的有效方法。该方法基于双相机共面法重构水面形态（无需对相机进行复杂的内外参数标定）和大尺度粒子图像测速技术（LSPIV）测量二维流场,通过相机像平面与水面之间的空间映射关系,将像平面的二维流场数据逆投影至世界坐标系下已知坐标点的切平面上,解算出三维表面流场。该方法应用于薄壁堰流试验,有效重构了堰流三维表面形态及流场,其初步结果表明,堰流的流向速度在自由泄流长度范围内先增加后减小,转折点大致在自由泄流长度中间位置;在该位置之后,垂向流速占主导;同时该方法可行,计算结果合理。     

一维地下水非稳定流计算的配点法

传统的地下水数值计算方法(如有限元法和有限差分法)都需要网格或单元,网格生成需要占用大量的计算时间,求解所需数据量也较大。配点型无网格法摆脱了网格和单元的限制,只需节点信息,且节点布置灵活,易于实施。本文将配点型无网格法应用于解决一维地下水非稳定流计算问题,用MATLAB编制相应的程序,将结果与解析解和传统方法的计算结果相比较,计算得到的结果与解析解吻合很好,精度较高,计算过程简单,稳定性好。     

冰川运动速度研究： 方法、 变化、 问题与展望

冰川运动将积累区获得的物质输送到消融区, 维持着冰川的动态平衡。近年来, 随着气候变化, 全球大部分冰川面临着剧烈的退缩, 而冰川运动变化则较为复杂, 引起了学者们的广泛关注。文章系统总结了近年来冰川运动速度的提取方法、 冰川运动速度时空分布与变化及其影响因素的相关研究进展。另外, 还探讨了目前冰川运动速度研究中存在的问题和未来的发展趋势。结果表明： 基于测杆的方法能够获得精度较高的测量数据, 但存在时间和空间上的局限性; 基于遥感数据自动化提取的方法应用广泛, 但影像之间的配准以及海量数据的计算是当前阶段制约冰川运动速度研究的主要问题; 近年来, 无人机和地基合成孔径雷达的应用为冰川运动速度研究提供了高精度的数据支撑, 但二者在冰川运动研究中的应用还不够广泛。冰川运动速度的分布及其变化在空间上存在明显差异, 冰川厚度的变化可能是全球大部分冰川运动速度变化的主要原因, 但在单个冰川系统上, 冰川运动速度变化较为复杂, 其原因还需要进一步探讨。遥感数据的不断丰富, 云计算平台的使用, 物联网、 无人机和地基合成孔径雷达等技术的不断普及, 以及星、 空、 地协同观测的出现将会极大促进未来冰川运动速度研究的发展。此外, 冰川动力学过程也将备受关注, 成为未来冰川运动研究的热点问题。     

低坝影响下的流场与淤积形态特性试验研究

为研究径流式低坝影响下的水流流动与泥沙淤积特性,开展水槽试验,基于图像测量技术,获取并解析坝附近区域流场信息及典型淤积形态。结果表明：坝前附近流段纵向流速在垂线上出现衰减区,减幅随水流强度增大而减小;坝顶断面纵向和垂向流速沿垂线的分布均呈现显著的分区特性,分区界限几乎不受水流强度的影响;随坝顶水深增加,坝下游漩涡涡心向下游及河底移动,面积和强度皆增大;坝上游淤积形态特性对水流强度的变化非常敏感,在较低强度来流下,呈接近坝体的稳定曲面斜坡,而在高强度来流下,不形成稳定淤积体;坝下游形成动态稳定的淤积斜坡,纵剖表面线呈抛物线规律,随来流强度变异程度小。     

沙波迎流面流速分布公式

为进一步揭示沙波水流运动特性及提高沙波迎流面流速计算精度,采用两种概化模型,通过小水深沙波水槽试验,运用声学多普勒流速仪,对沙波沿程及垂线流速分布进行了测量。基于乐培九次生流理论公式,结合沙波水流特性,假定次生流在沙波迎流面上处于一个不断发展演变的过程,提出了发展函数和修正函数,得到了适用于沙波迎流面的流速垂线分布公式。研究结果表明:相对水深越小,沙波地形对迎流面水流作用越显著,使得上部流速减小、近底流速增大,且越靠近波峰这种现象越明显;建立的沙波流速公式与实测值吻合较好,能够准确地反映出迎流面流速变化规律。     

Fast 3D Reservoir Simulation and Scale Up Using Streamtubes

This paper presents an implementation of a semianalytical method for oil recovery calculation in heterogeneous reservoirs that is both fast and accurate. The method defines streamline paths based on a conventional single-phase incompressible flow calculation. By calculating the time-of-flight for a particle along a streamline and assigning a volumetric flux to each streamline, the cumulative pore volume of a streamtube containing the streamline can be calculated. Subsequently, the streamtube geometries are kept constant and the effects of the time varying mobility distribution in two-phase flow are accounted for by varying the flow rate in each streamtube, based on fluid resistance changes along the streamtube. Oil recovery calculations are then done based on the 1D analytical Buckley–Leverett solution. This concept makes the method extremely fast and easy to implement, making it ideal to simulate large reservoirs generated by geostatiscal methods. The simulation results of a 3D heterogeneous reservoir are presented and compared with those of other simulators. The results shows that the new simulator is much faster than a traditional finite difference simulator, while having the same accuracy. The method also naturally handles the upscaling of absolute and relative permeability. We make use of these upscaling abilities to generate a coarse curvilinear grid that can be used in conventional simulators with a great advantage over conventional upscaled Cartesian grids. This paper also shows an upscaling example using this technique.