河流流量监测系统及其水位流量标定方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水利监测领域，尤其涉及一种河流流量监测系统及该系统中使用的水位流量标定方法。
【背景技术】
[0002]水资源是基础性的自然资源和重要的战略资源。对河流流量的监测是对水资源进行调度和充分利用的基础，是实行最严格的水资源管理制度的基础。而在防洪、防汛和抗旱的过程中也需要进行河流流量的测量和监测。对于水文、生态和环保的科学研宄课题来说，有时需要研宄降水、地表水(江河湖泊以及水库、溪流、沟渠等)地下水之间的循环、转换的规律以及自然河流的自净等自然恢复功能的规律，也需要进行流量监测。现有河流流量监测方法需要对河流进行改造，使河流的某段河道成固定形状，再将流量监测装置安装在该河道中。这种河流流量监测方法费用高、改造困难。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种水位流量标定方法，旨在解决河流流量监测方法费用高、改造困难的问题。
[0004]本发明是这样实现的，一种水位流量标定方法，包括如下步骤:
[0005]SI)选址:选定河流下游中河道形状稳定位置；
[0006]S2)瞬时流量监测:测定某时段所述河道瞬时水位，使用多普勒流量计测定该瞬时水位对应的瞬时流量；
[0007]S3)重复瞬时监测:重复所述步骤S2瞬时流量监测，并得到该时段内的多组瞬时水位及对应的瞬时流量:(H1, Q1)、(H2, Q2)、(H3, Q3)……(Hn, Qn)；
[0008]S4)瞬时水流:根据所述S3重复瞬时监测:将得的各组所述瞬时水位及对应的瞬时流量，绘制函数曲线，得到所述时段的瞬时函数Q ' = kH ' +b ；
[0009]S5)实时流量监测:实时测量所述河流水位，并代入所述瞬时函数得到所述河流实时流量；
[0010]S6)流量曲线:将测得的所述实时流量乘以相应的时间，得到所述河流对应水位的累计流量，并重复所述步骤S2至步骤S5，分别测得所述河流不同水位时对应的累计流量，将测得的各水位及对应的累计流量绘制成水位流量标定曲线。
[0011]本发明通过提供水位流量标定方法，以绘制水位流量标定曲线，从而可以针对需要监测流量的河流进行水位流量标定曲线绘制，进而在测量河流流量时，只需要测出该河流的水位高度，即可以知道相应的流量，无需对河流的河道进行改造，简单、方便、成本低。
[0012]本发明的另一目的在于提供一种河流流量监测系统，包括用于监测河流水位的水位监测设备，还包括所述河流的水位流量标定曲线，所述水位流量标定曲线由如上所述的水位流量标定方法得到。
[0013]本发明的河流流量监测系统，使用了上述河流水位流量标定曲线，从而无需对河流的河道进行改造，仅需要安装测定该河流水位的水位监测设备，安装简单、可靠、易于操
作、成本低。
【附图说明】
[0014]图1是本发明实施例提供的一种河流流量监测系统的结构示意图。
[0015]图2是本发明实施例提供的一种水位流量标定方法的流程图。
[0016]图3是本发明实施例提供的某河流水位流量标定曲线图。
【具体实施方式】
[0017]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0018]请参阅图2，本发明实施例提供的一种水位流量标定方法，包括如下步骤:
[0019]SI)选址:选定河流下游中河道形状稳定位置；
[0020]S2)瞬时流量监测:测定某时段所述河道瞬时水位，使用多普勒流量计测定该瞬时水位对应的瞬时流量；
[0021]S3)重复瞬时监测:重复所述步骤S2瞬时流量监测，并得到该时段内的多组瞬时水位及对应的瞬时流量:(H1, Q1)、(H2, Q2)、(H3, Q3)……(Hn, Qn)；
[0022]S4)瞬时水流:根据所述S3重复瞬时监测:将得的各组所述瞬时水位及对应的瞬时流量，绘制函数曲线，得到所述时段的瞬时函数Q ' = kH ' +b ；
[0023]S5)实时流量监测:实时测量所述河流水位，并代入所述瞬时函数得到所述河流实时流量；
[0024]S6)流量曲线:将测得的所述实时流量乘以相应的时间，得到所述河流对应水位的累计流量，并重复所述步骤S2至步骤S5，分别测得所述河流不同水位时对应的累计流量，将测得的各水位及对应的累计流量绘制成水位流量标定曲线。
[0025]对于河流来说，如果河流的下游的河床没有发生改变，如没有设拦截坝等，河流的水位一定时，其流速也是一定的，即其流量一定。通过提供水位流量标定方法，以绘制水位流量标定曲线，从而可以针对需要监测流量的河流进行水位流量标定曲线绘制，进而在测量河流流量时，只需要测出该河流的水位高度，即可以知道相应的流量，无需对河流的河道进行改造，简单、方便、成本低。
[0026]由于河道的形状改变，如河道的宽度改变，则相同流量的情况下，河流的水位高度也会随之改变。在上述SI选址步骤中，选取河道形状稳定位置，可以流量水位测定更为稳定；防止河道的改变导致水位或流速的改变，而影响测量的准确性，或影响待制作的水位流量标定曲线的使用寿命。
[0027]由于河流的流量及水位在一段时间内相对较为稳定，而河流中水流时，水位高度会有一定的变化，且在河流某断面的不同位置测量的水位也会有所不同。通过S2瞬时流量监测步骤，以测出河流某时段一个位置处的瞬时水位及瞬时流量。另外，由于观察、测量时会存在误差，因而需要进行S3重复瞬时监测步骤，得到该时段内的多组瞬时水位及对应的瞬时流量，通过多组瞬时水位和瞬时流量，以减少测量误差。
[0028]再通过S4瞬时水流步骤，根据测得的各组瞬时水位及对应的瞬时流量，绘制函数曲线，进而拟合出瞬时函数(Γ =kH' +b，其中Q'为瞬时流量，H'为河道断面上测量点的瞬时水位，k为形成瞬时函数的增益，b为瞬时函数的补偿值。则该瞬时函数可以相对准确地表达出测量时段内，河流流速相对稳定，而测量点水位形成较小变动时的瞬时流量。进而可以实时测量河流实时水位，并使用该瞬时流量函数得到河流的实时流量，即进行步骤S5实时流量监测。
[0029]为了使绘制的函数曲线更为准确，需要尽可能多的瞬时水位与瞬时流量数据，即瞬时水位与瞬时流量越多越好，但数据过多，会导致测量难道增加，工作量加大，故一般来说，瞬时水位与瞬时流量至少要12组，即所述S3重复瞬时监测步骤中，η彡12。
[0030]由于实时流量仅能反应某时间点河流的流量，因而需要将测得的相对准确的实时流量乘以相应的时间，即实时流量乘以测量的时段，形成该时段内河流的累计流量，而河流水位可以根据该时段内实时测得的水位进行平均取值，以得到该时段内相对准确的水位高度；即得到一组累计流量及水位数据。同理，重复步骤S2至步骤S5，分别测得河流不同水位及对应的累计流量，从而得到多组水位与累计流量数据，将测得的各水位及对应的累计流量绘制成水位流量标定曲线，即进行步骤S6流量曲线，绘制出相应河流的水位流量标定曲线。
[0031]在具体流量测量时，可以按精测法布设测速垂线和测点，采用流速仪实时测量流过垂线断面上各点流速，计算各垂线处的平均流速，进而测出相邻垂线间的平均流速；以及计算出相邻垂线部分面积，进而计算相邻垂线部分流量及过水断面流量。
[0032]在使用测得的多组水位与累计流量数据进行水位流量标定曲线绘制时，可以采用多项式拟合出水位流量关系曲线公式，并进行流量误差评定及检验。一般累计流量及相应的水位数据需要15组，最少不低于12组，以保证绘制的水位流量标定曲线的准确性。另外还必须有最高、最低水位时的累积流量监测数据，以控制绘制的水位流量标定曲线的线型。高、中、低水位标定测量的累积流量数据应不少于10组，流量误差应不大于±2%，随机不确定度不大于± 11 %，并需要根据测得的数据，对各条关系曲线，如水位流量标定曲线的测量点数据做符号检验、适线检验和偏离检验。符号检验值采用0.25，适线检验值采用0.05，偏离检验值采用0.1。当三种检验均接受原假