(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111199366.2 (22)申请日 2021.10.14 (71)申请人 朱蕾 地址 610041 四川省成 都市高新区天府大 道1700新世纪环球中心W5 -1305 (72)发明人 朱蕾　罗朝传　张人元　 (74)专利代理 机构 成都金英专利代理事务所 (普通合伙) 51218 代理人 詹权松 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06N 3/04(2006.01) G06N 3/08(2006.01) G01P 5/00(2006.01) G01F 1/00(2006.01) (54)发明名称 一种基于渠道横切面的平均流速 计算方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于渠道横切面的平均 流速计算方法， 包括以下步骤： 步骤1： 设置若干 条水平切线均匀分布将断面划分为若干个横切 面； 步骤2： 利用测速仪获得渠道横切面上中点位 置流速； 步骤3： 建立渠道横切面上中点位置流速 与横切面平均流速之间的线 性关系； 步骤4： 根据 横切面面积和横切面平均流速计算得到河道断 面流量。 本发 明解决了传统流速面积法水位改变 需要重新测量所有数据的问题， 仅需测量每个横 切面上中点位置流速， 通过训练好的神经网络模 型得到各横切面的平均流速， 成本更低， 测量更 方便使得测量测验工作更加高效、 准确， 具有重 要的创新 意义和应用价 值。 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 CN 113887142 A 2022.01.04 CN 113887142 A 1.一种基于渠道横切面的平均流速计算方法， 包括以下步骤： 步骤1： 设置若干条均匀分布的水平切线将渠道横截面划分为若干个横切面； 步骤2： 通过测速仪测出每个横切面的中点位置流速、 宽度以及水深； 所述中点位置流 速为断面的上表面中间点 位置处的流速； 步骤3： 建立渠道横切面中点 位置流速与横切面平均流速之间的线性关系； 步骤4： 根据中点 位置流速和横切面 面积计算得到河道断面 流量。 2.根据权利要求1所述的一种基于渠道横切面的平均流速计算方法， 其特征在于， 所述 步骤1具体为： 分析渠道断面结构， 对于宽深比大于5的断面， 若整个断面的水深超过1m， 则 每0.1米划分一个横切面； 若整个断面的水深超过0.5m且不超过1m， 则每0.08m划分一个横 切面； 若整个断面的水深不超过0.5 m， 则每0.05m划分一个横切面； 对于宽深比小于等于5的 断面， 在整个断面的距离水面20% ‑40%区域内划分精度按照对于宽深比大于5的断面的划分 规则提高一倍， 其余位置的划分规则不变； 所述宽深比为河道水平中位线长度与河水深度 之比。 3.根据权利要求1所述的一种基于渠道横切面的平均流速计算方法， 其特征在于， 所述 步骤3具体为： 使用GA_BP神经网络， 将渠道横切面上中点位置流速， 横切面断层宽度和水深 作为特征输入， 将 横切面平均流速作为特 征输出。 4.根据权利要求3所述的一种基于渠道横切面的平均流速计算方法， 其特征在于， 所述 GA_BP神经网络的构建过程为： 先构建基本的BP神经网络； 然后， 采用GA算法优化神经网络 初始的权值及阈值， 并选取最优的权值及阈值； 最后， 再继续使用BP神经网络进行训练。 5.根据权利要求4所述的一种基于渠道横切面的平均流速计算方法， 其特征在于， 所述 GA_BP神经网络模 型的训练过程为： 测量多组河流渠道断面的各个横切面的平均流速， 使用 GA_BP神经网络将各个横切面中点位置流速、 各个横切面宽度和各个横切面断层水深作为 特征输入， 横切 面平均速度作为特征输出， 得到中点流速与流速所在横切 面平均流速的关 系。 6.根据权利要求5所述的一种基于渠道横切面的平均流速计算方法， 其特征在于， 所述 测量多组河流渠道断面的各个横切面的平均流速的测量原则为： 尽量选择在渠道水位相差 较大时， 进行测量； 以获得 水位相差较大的多组河流断面的各个横切面的平均流速 。 7.根据权利要求5所述的一种基于渠道横切面的平均流速计算方法， 其特征在于， 所述 步骤4具体为： 输入渠道中点位置各个断层流速， 通过GA_BP神经网络获得各个断层的平均 流速， 再根据各断层的面积计算出河道断面 流量。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 113887142 A 2一种基于渠道横切面的平均流速计算方 法 技术领域 [0001]本发明涉及水文测验应用技术领域， 尤其涉及一种基于渠道横切面的平均流速计 算方法。 背景技术 [0002]河流断面流量的精确测量是进行水资源优化配置和科学管理的重要环节， 也是灌 区和引水工程中取 水量实时精确计量急需解决的技 术问题。 [0003]相比于管流流动， 自然明渠流动更加复杂多变； 且多为湍流流动。 湍流边界层内的 速度不单 由粘性力决定， 还与脉动产生的雷诺应力有关； 故而湍流边界层 并不由单一的规 律决定， 而是可以分为内外两层； 其中外层较厚， 内层较薄， 内外层之间有交叠。 (外层主要 受主流影响， 内层主要受壁面影响)。 明渠流速分布大致满足对数分布规律， 但实际多有偏 差； 很多科学家从试验中得到了不同的参数k和B， 各种定律表示了造成这种流速偏离对数 分布规律的原因。 [0004]传统的流量测算方法包括水工建筑物测流法： 利用标准型式的量水建筑物来测量 流量， 如堰槽 法。 目前使用最为广泛的流量测算方法是流速面积法， 在明渠断面上测出过流 断面某些局部(点、 线或小面积)流速， 用这些流速来计算过水断面的平均流速， 再测量水位 求得过水断面面积， 最后用过水断面的平均流速乘以过水断面面积求取流量。 但是传统的 流速面积法是同时测 量多个点的流速， 计算出部分区域的平均流速， 再逐一结合断面面积 累加计算得到断面流量， 同时每次水位变化 都需要重新测量各个点流速， 过程繁琐且耗时。 因此如何快速准确的得到平均流速是流量计算的难点。 实际的河流断面流量测量中， 由于 河道断面的不规整， 水深随着断面位置和河岸距离变化， 且流速的变化也更加复杂， 这 都使 得河流流量测量十分棘手。 [0005]在专利申请号201911180284.6中公开了一种基于水平ADCP施测垂线流速分布的 河流流量测量方法， 该河流流量测量方法包括如下步骤： 1)水平ADCP横向水平测线布置； 2) 垂向测速垂线测点流速的获取； 3)垂向测速垂线流速分布参数拟合； 4)测流断面流量的计 算； 该方法通过移动水平AD CP， 能将水平代表相关法转换为 成熟的河流流量测量方法， 提高 了流量测量精度； 避免部分流流水平ADCP代表线选择难题， 提高了水平ADCP测量方法的适 用范围； 并能指导水平ADCP的频率选择。 但是， 该方案ADCP设备价格昂贵， 且需测量每条垂 线上多个点 位置， 测量成本高。 发明内容 [0006]本发明的目的在于克服现有技术的不足， 提供一种基于渠道横切面的平均流速计 算方法。 [0007]本发明的目的是通过以下技 术方案来实现的： [0008]一种基于渠道横切面的平均流速计算方法， 包括以下步骤： [0009]步骤1： 设置若干条均匀分布的水平切线将渠道横截面划分为若干个横切面；说　明　书 1/5 页 3 CN 113887142 A 3