一种天然河道非稳定流速水流历时的确定方法与流程

[0001]
本发明实施例涉及天然河道非稳定流中水环境容量计算及水环境承载能力、水生态修复、排污口设置等急需的技术领域，具体涉及一种天然河道非稳定流速水流历时的确定方法。


背景技术：

[0002]
目前研究河流综合降解系数方法很多，但天然河道非稳定流速下，水团从上断面到下断面的时间很难确定，致使采样时间难以把握，导致降解实验测定无法进行或偏差较大，甚至得出相反的结果。无论是水团跟踪还是测量有限断面的平均流速来确定水团从起始断面到达终止断面(约几公里到几十公里不等)的时间，均难以准确确定水流从起始断面到达终止断面的时间。


技术实现要素：

[0003]
为了能够准确计算天然河道非稳定水流从上游起始位置到达下游终止位置时所用的时间，本申请实施例提供一种天然河道非稳定流速水流历时的确定方法，以确定河流上下游起止断面采样的准确时间，即时进行采样，再经过室内检测分析计算，进而确定河流中某组分经过确定长度河段，历经一定时间以后其量的变化。其具体技术方案如下：
[0004]
根据本发明实施例提供的一种天然河道非稳定流速水流历时的确定方法，包括步骤：
[0005]
获取天然河道中没有出入水的起止断面；
[0006]
在所述起止断面的上游预设位置自动实时多次获取所述上游预设位置的水位、对应水位的上游采样时间及上游流速；
[0007]
在所述起止断面的下游预设位置自动实时多次获取所述下游预设位置的水位、对应水位的下游采样时间；
[0008]
计算上、下游水位变幅在一样高度时的上、下游采样时间差，并构建所述时间差与所述上游流速之间的数学关系，根据所述数学关系确定天然河道非稳定流速水流历时。
[0009]
进一步的，采用拟合算法构建所述时间差与所述上游流速之间的数学关系。
[0010]
进一步的，所述拟合算法采用spss拟合算法。
[0011]
本申请的另一方面还提供一种天然河道非稳定流速水流历时的确定装置，包括用于获取天然河道中没有出入水的起止断面的选取装置；用于在所述起止断面的上游预设位置自动实时多次获取所述上游预设位置的水位、对应水位的上游采样时间及上游流速的上游自动选取装置；用于在所述起止断面的下游预设位置自动实时多次获取所述下游预设位置的水位、对应水位的下游采样时间的下游自动选取装置；历史确定装置，用于计算上、下游水位变幅在一样高度时的上、下游采样时间差，并构建所述时间差与所述上游流速之间的数学关系，根据所述数学关系确定天然河道非稳定流速水流历时。
[0012]
进一步的，采用拟合算法构建所述时间差与所述上游流速之间的数学关系。
[0013]
进一步的，所述拟合算法采用spss拟合算法。
[0014]
本申请实施例提供的一种天然河道非稳定流速水流历时的确定方法，该方法包括获取天然河道中没有出入水的起止断面；在所述起止断面的上游预设位置自动实时多次获取所述上游预设位置的水位、对应水位的上游采样时间及上游流速；在所述起止断面的下游预设位置自动实时多次获取所述下游预设位置的水位、对应水位的下游采样时间；计算上、下游水位变幅在一样高度时的上、下游采样时间差，并构建所述时间差与所述上游流速之间的数学关系，根据所述数学关系确定天然河道非稳定流速水流历时。本申请采用在上下游的预设位置多次重复的采集水位、流速变化记录，确定出河道中上下游断面某水团流经时间，建立上下游水位变幅在相同高度时，水团流经历时ti或流速vi关系，确定天然河道非稳定流速水流历时，为任意时间分析河流中污染物提供了时间确定方法，同时也完成采样，准确分析河流中污染物的降解情况。为所有河流的降解分析提供方法，使的任意河道都可以实现污染物降解分析，填补国内外空白。
附图说明
[0015]
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
[0016]
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
[0017]
图1为本申请实施例提供的一种天然河道非稳定流速水流历时的确定方法的流程图；
[0018]
图2为本申请实施例提供的一种天然河道非稳定流速水流历时的确定方法的起止断面的选取情况示意图。
具体实施方式
[0019]
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0020]
参见图1为本申请实施例提供的一种天然河道非稳定流速水流历时的确定方法的流程图，包括步骤：
[0021]
获取天然河道中没有出入水的起止断面；
[0022]
在所述起止断面的上游预设位置自动实时多次获取所述上游预设位置的水位、对应水位的上游采样时间及上游流速；
[0023]
在所述起止断面的下游预设位置自动实时多次获取所述下游预设位置的水位、对应水位的下游采样时间；
[0024]
计算上、下游水位变幅在一样高度时的上、下游采样时间差，并构建所述时间差与所述上游流速之间的数学关系，根据所述数学关系确定天然河道非稳定流速水流历时。
[0025]
上述选取的天然河道为没有出入水的静止起始断面，该断面的河道宽度、深度分布比较均匀，基本能保证从上游流下的水流量在上游产生的高度变化，在下游同样的水流流量情况下，产生的下游水位高度是基本相同的。以此来确保当上游和下游水位达到相同高度时，下游水位上升到一定高度时采集的水样品是从上游达到相同水位时的水流量，以此确保经过一段时间采集的水样品是经过一段时间从上游流淌到下游的经过自然净化的水样品。上述对应水位的上游采样时间是指在水位上升或降落一定高度时采集水样的采集时间；上述上游流速是指采集水样时该位置的水流速；同样的，在下游，当检测到下游预设某位置的水位上升或下降到与上游水位相同位置时，采集水样并记录采样时间。根据上下游的相同水位变幅情况下的采样时间差，推算为水流流进上下游起止断面的时间，重复多次，建立时间与流速或水位的关系式，从而可根据任意水位h
i
或流速v
i
状态下，推算水流流经上下游起止断面的时间t
i
，以便在任意时间均可进行采样分析。本申请在特定的河道断面，从上游释放水流，在此种特定条件下，当上下游的水位达到相同高度时，采集水样品并保留采样时间和此时的水流速，以此来确定水团从上游流到下游时的时间，该时间相对于其他条件下检测的时间来说相对较准确，为后期的计算河道净化能力的测定提供了基础。
[0026]
下面以具体实例来说明本申请技术方案，参见图2为本申请实施例提供的起止断面的选取情况示意图，a为起始断面、b为终止断面；设上游起始断面为a，下游终止断面为b。断面a初始时刻t
a0
,初始水位h
a0
，断面b初始时刻t
b0
,初始水位h
b0
；水位涨(落)步长为2cm或根据具体河流确定，记录水位、流速、时间(时：分：秒)，24小时计，精确到秒。
[0027]
a断面：
△
t
a1
时段后，水位涨(落)，第一次记h
a1
、流速v
a1
、时间t
a1
(t
a0
+
△
t
a1
)，
△
t
a2
后水位记h
a2
、流速v
a2
、时间t
a2
(t
a0
+
△
t
a2
)，
…
,
△
t
ai
后水位记h
ai
、流速v
ai
、时间t
ai
(t
a0
+
△
t
ai
)。
[0028]
b断面同理：
△
t
b1
时段后，水位涨(落)，第一次记h
b1
、流速v
b1
、时间t
b1
(t
b0
+
△
t
b1
)，
△
t
b2
后水位记h
b2
、流速v
b2
、时间t
b2
(t
b0
+
△
t
b2
)，
…
,
△
t
bi
后水位记h
bi
、流速v
bi
、时间t
bi
(t
b0
+
△
t
bi
)。
[0029]
据a、b断面记录的时间计算出，t1＝t
b1-t
a1
，t2＝t
b2-t
a2
，
…
，t
i
＝t
bi-t
ai
，
[0030]
根据样本t1、t2、
…
、t
i
和各时刻a断面流速v
a1
、v
a2
、
…
、v
ai
，用spss拟合t
i
与v
ai
，建立t
i
～v
ai
关系式，其中t
i
为因变量，v
ai
为自变量，t
i
＝kv
ai
+b为线性关系式，或建立非线性关系式。
[0031]
根据上述关系式，可以在a断面任意流速v
ai
下，预测出a、b断面间的水流历时t
i
，从而确定采样时间，完成采样，进而分析河流中污染物组分从a到b的变化。
[0032]
本申请实施例提供的一种天然河道非稳定流速水流历时的确定方法，该方法包括获取天然河道中没有出入水的起止断面；在所述起止断面的上游预设位置自动实时多次获取所述上游预设位置的水位、对应水位的上游采样时间及上游流速；在所述起止断面的下游预设位置自动实时多次获取所述下游预设位置的水位、对应水位的下游采样时间；计算上、下游水位变幅在一样高度时的上、下游采样时间差，并构建所述时间差与所述上游流速之间的数学关系，根据所述数学关系确定天然河道非稳定流速水流历时。本申请采用在上下游的预设位置多次重复的采集水位、流速变化记录，确定出河道中上下游断面某水团流
经时间，建立上下游水位变幅在相同高度时，水团流经历时ti与流速v
ai
关系，确定天然河道非稳定流速水流历时，为任意时间分析河流中污染物提供了时间确定方法，同时也完成采样，准确分析河流中污染物的降解情况。为所有河流的降解分析提供方法，使的任意河道都可以实现污染物降解分析，填补国内外空白。
[0033]
本申请的另一方面还提供一种天然河道非稳定流速水流历时的确定装置，包括用于获取天然河道中没有出入水的起止断面的选取装置；用于在所述起止断面的上游预设位置自动实时多次获取所述上游预设位置的水位、对应水位的上游采样时间及上游流速的上游自动选取装置；用于在所述起止断面的下游预设位置自动实时多次获取所述下游预设位置的水位、对应水位的下游采样时间的下游自动选取装置；历史确定装置，用于计算上、下游水位在一样高度时的上、下游采样时间差，并构建所述时间差与所述上游流速之间的数学关系，根据所述数学关系确定天然河道非稳定流速水流历时。
[0034]
进一步的，采用拟合算法构建所述时间差与所述上游流速之间的数学关系。
[0035]
进一步的，所述拟合算法采用spss拟合算法。
[0036]
上述上游自动选取装置和下游自动选取装置为安装在起止断面不同位置的同一种装置，该装置可以自动测量水位和流速的装置，该设备能自动判断水位上涨(落)幅度并发出送信号，该装置测量到河道上游起始断面水位每涨(落)一定高度时，自动记录时间、水位、流速(可传送回后台)，同时发信号给自动采样器，自动采样器接到信号立即启动采样程序，采集一次水样。此后经过一定时间，下游终止断面监测到上述同样的水位涨(落)时采取同样的作业，记录时间，完成采样作业。根据上下游起止断面不同采样时间记录，从而可以准确确定水流历时(注：尽量上下断面选择的水深和水面宽相当，这样水位涨(落)幅度基本差不多)。重复上述若干次工作，建立时间与流速或水位的关系式，从而可根据任意水位h
ai
或流速v
ai
状态下，推算水流经过流经上下游起止断面的时间t
i
，以便在任意时间均可进行采样分析。能准确分析河流中某组分从起始断面到达终止断面时量的变化，从而准确分析出河流中某污染物在天然状态下的自净能力，定量分析出某种污染物的降解速率，本方法为水环境治理及水生态恢复或水域纳污能力、排污口设置、上游污染物限排提供合理的技术方案。
[0037]
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。