专利名称：坡面薄层水流流速测量方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及边 界获取技术领域，特别涉及ー种坡面薄层水流流速測量方法及系统。
背景技术：
电解质脉冲模型测量坡面薄层水流流速的方法，从理论上能够在一定条件下准确预测水流流速。然而，由于设备的限制，输入边界为脉冲函数的假定在实际中很难实现，尤其对于短距离流速测量误差较大。夏卫生等人通过实验验证结果表明，脉冲模型方法在距离电解质注入点O. 5m处测量的流速相对误差达到38%。电解质示踪实测边界条件法，是在距离电解质注入点约O. 05m处新增一组探针，測量得到电解质浓度信号作为模型的边界条件，改进了原来模型中脉冲边界的假设。该方法分别利用正态分布函数和正弦函数形式模拟溶质输入边界，对理论的发展起到了推动性的作用，较脉冲模型而言，该方法显著提高了流速预测的精度，然而，模型采用O. 05m处测量得到的函数近似地作为边界条件，仍不是发生在Om处的真实边界条件。由于该方法对边界条件在时间和距离上反应是非常敏感的，边界条件的不准确仍将导致流速测量的误差。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是如何提高坡面薄层水流流速测量的精度。(ニ)技术方案为解决上述技术问题，本发明提供了ー种坡面薄层水流流速測量方法，所述方法包括在当前坡面薄层水流的待测截面设置感应探针，在所述感应探针上游的预定位置注入电解质，设所述预定位置和待测截面之间的距离为X ;所述感应探针采集所述待测截面的电导率，并将所述电导率換算为归ー化电解质浓度；利用所述归ー化电解质浓度、距离X、及采用正弦函数和正态分布函数来表示的边界条件计算所述当前坡面薄层水流的流速。优选地，计算所述当前坡面薄层水流的流速具体包括以下步骤将所述归ー化电解质浓度和距离X分别代入采用正弦函数来表示边界条件的对流弥散方程W和采用正态分布函数来表示边界条件的对流弥散方程m中，对所述对流弥散方程w和对流弥散方程m进行拟合，以获得所述当前坡面薄层水流的流速。优选地，所述对流弥散方程为C1 (x,/) = I C (x,t - τ)/{τ) τ
其中
权利要求
1.ー种坡面薄层水流流速測量方法，其特征在于，所述方法包括 在当前坡面薄层水流的待测截面设置感应探针，在所述感应探针上游的预定位置注入电解质，设所述预定位置和待测截面之间的距离为X ； 所述感应探针采集所述待测截面的电导率，并将所述电导率換算为归ー化电解质浓度； 利用所述归ー化电解质浓度、距离X、及采用正弦函数和正态分布函数来表示的边界条件计算所述当前坡面薄层水流的流速。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，计算所述当前坡面薄层水流的流速具体包括以下步骤 将所述归ー化电解质浓度和距离X分别代入采用正弦函数来表示边界条件的对流弥散方程w和采用正态分布函数来表示边界条件的对流弥散方程m中，对所述对流弥散方程w和对流弥散方程m进行拟合，以获得所述当前坡面薄层水流的流速。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对流弥散方程为 C1 {X. O = JqC'(.T31 - τ)/(τ) τ 其中，c w—り=Dh为水动力弥散系数，七为时间，u为所述当前坡面薄层水流的流速， ·(τ)为所述边界条件，C1(^t)为所述归ー化电解质浓度。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对流弥散方程w为 所述对流弥散方程m为 其中，A、B和D为所述边界条件的待确定系数。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在干，对所述对流弥散方程w和对流弥散方程m采用最小二乗法进行拟合。
6.ー种坡面薄层水流流速測量系统，其特征在于，所述系统包括 探针设置模块，用于在当前坡面薄层水流的待测截面设置感应探针，在所述感应探针上游的预定位置注入电解质，设所述预定位置和待测截面之间的距离为X ； 換算模块，用于所述感应探针采集所述待测截面的电导率，并将所述电导率換算为归一化电解质浓度； 流速计算模块，用于利用所述归ー化电解质浓度、距离X、及采用正弦函数和正态分布函数来表示的边界条件计算所述当前坡面薄层水流的流速。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在干，计算所述当前坡面薄层水流的流速具体包括以下步骤 将所述归ー化电解质浓度和距离X分别代入采用正弦函数来表示边界条件的对流弥散方程w和采用正态分布函数来表示边界条件的对流弥散方程m中，对所述对流弥散方程W和对流弥散方程m进行拟合，以获得所述当前坡面薄层水流的流速。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述对流弥散方程为
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述对流弥散方程w为
10.如权利要求6所述的系统，其特征在干，对所述对流弥散方程w和对流弥散方程m采用最小二乗法进行拟合。
全文摘要
本发明公开了一种坡面薄层水流流速测量方法及系统，涉及边界获取技术领域。本发明以正弦函数和正态分布函数表达的边界条件实现坡面薄层水流流速测量，规避了因边界条件测量不准确而导致的流速测量精度低的问题，从而提高了坡面薄层水流流速测量的精度。另外，不需要先计算边界条件，再计算坡面薄层水流流速，而是同时计算出水流流速和边界条件，进而提高了流速测量的效率。
文档编号G01P5/08GK102680732SQ20121016546
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月24日 优先权日2012年5月24日
发明者史晓楠, 赵军, 雷廷武 申请人:中国农业大学