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申请/专利权人：长江水利委员会水文局;长江水利委员会水文局长江口水文水资源勘测局

摘要：本发明提供一种ADCP数据实时拟合水文测验分层流速的方法，提出根据水深情况，选择采用整体或局部构建垂向流速拟合模型；确定长江口河段的垂向流速模型：当水深大于10m时，对垂线垂向流速进行上、下段划分，分别局部建模。上段拟合模型为对数或幂函数，下段拟合模型为抛物线；当水深小于10m时，整体建模，拟合模型为对数或幂函数；改进局部建模上、下段的分界点；解决了在潮汐河段水流运动复杂情况下，垂向流速呈现多种剖面型式时，实现对垂向流速模型的实时最优构建问题，提升常规水文测验垂线垂向分层流速流向的精度。

主权项：1.一种ADCP数据实时拟合水文测验分层流速的方法，其特征在于，包括：S1、获取ADCP现场测验时设置的参数和实测数据；S2、将ADCP实测的各深度单元层流速分解为X方向的流速分量及Y方向的流速分量；S3、建立垂线垂向流速表征集；S4、基于三种经典流速分布算法，分别构建X方向和Y方向垂向流速拟合模型；S5、评估所述垂向流速拟合模型的可靠性和精度，确定所述垂向流速拟合模型；S6、根据所述垂向流速拟合模型，拟合计算常规水文测验X方向和Y方向分层流速；S7、根据拟合计算的X方向和Y方向的分层流速，采用矢量法计算常规水文测验各分层的流速、流向；S8、根据拟合计算的X方向和Y方向分层流速，采用加权法计算垂线X方向和Y方向平均流速；S9、根据垂线X方向和Y方向平均流速，采用矢量法计算垂线平均流速及流向；所述S1中的实测数据为：ADCP在进行测验时，不但将沿航迹断面划分为许多微断面，即垂线，同时也将每一所述微断面垂向上划分为许多小单元，即深度单元，一个所述深度单元相当于一台流速仪，施测深度单元层的流速、流向；微断面垂线内第一个有效单元的深度Df为： 微断面垂线内最后一个有效单元的深度DL为：DL＝Df+Wn-1Ws；河底至水面的高度Z0为：Z0＝DADCP+d实测；河底至最后一个有效单元下边界的高度Z1为： 河底至第一个有效单元上边界的高度Z2为： 其中，DADCP为ADCP的入水深度；WF为余振效应影响的机械盲区，此为厂家给定的技术指标；Ws为深度单元长度；Wn为深度单元数目；d实测为ADCP实测水深；所述S2中，所述X方向的流速分量为： 其中，i为单元层数；Vi为第i个单元层平均流速；αi为第i个单元层平均流向；为第i个单元层X方向流速分量；为第i个单元层Y方向流速分量；所述S3中，垂线垂向流速表征集为： 其中，VX为X方向的流速分量集；VY为Y方向的流速分量集；为第i个单元层对应的距河底高度及实测的X方向流速分量；为第i个单元层对应的距河底高度及实测的Y方向流速分量；所述S4中，三种经典流速分布算法为：对数法、幂函数法和抛物线法；在三种经典流速分布算法基础上，构建X方向和Y方向垂向流速拟合模型为：垂向整体模型为：对数：Vw＝AlnZ+BZ∈0，Z0；幂函数：Vw＝AZbZ∈0，Z0；抛物线：Vw＝A×Z2+B×Z+CZ∈0，Z0；垂向分段模型为： 其中，H为水深；Vw为X轴和Y轴的二维向量；A、B、C为系数；Z为河底边界至计算点高度；Z0为河底至水面的高度；所述S5中，采用模型拟合值和常规水文测验流速仪施测的分层流速值进行对比分析，确定垂向流速拟合模型，具体为：S501、根据构建的所述垂向整体模型和所述垂向分段模型的分层流速值、常规水文测验流速仪施测的分层流速值，分别计算出垂线平均流速流向，再根据垂线平均流速流向计算出垂线单宽流量： 其中，q为单宽流量；为垂线平均流速；为垂线平均流向；H为水深；B为单位宽度；θ为单宽断面方位角；S502、在代表潮周期内，根据所述垂向整体模型和所述垂向分段模型拟合值计算的单宽流量与常规水文测验流速仪施测流速计算的单宽流量对比，分别计算相对误差、系统误差、随机不确定度、标准差的精度指标，用来衡量流速构建模型的可靠性和精度：相对误差：系统误差：标准差：随机不确定度：X′q＝2Se；其中，n为样本总数；X′i为第i个样本的相对误差；为系统误差；Se为标准差；X′q为置信水平为95％的随机不确定度；S503、根据精度指标分析，确定垂向流速拟合模型为：当水深小于10m时，垂向整体建模，流速拟合模型为对数或幂函数；当水深大于10m时，分段建模，上段流速拟合模型为对数或幂函数、下段流速拟合模型为抛物线；根据已确定的垂向流速拟合模型，基于相关系数R和标准差Se，在一个潮周期内不同时间选择最优流速拟合模型方法，具体为：1、当水深小于10m时，垂向整体建模，所有实测单元层参与模型构建，流速拟合模型为对数或幂函数： Z为河底边界至计算点高度∈0，Z0选取最优模型的原则为： 其中，n为参与拟合的单元层个数；R为相关系数；Se为标准差；为第i个深度单元实测流速值；为第i个深度单元流速拟合值；为n个单元层的实测流速平均值；为n个单元层的拟合流速平均值；根据最优流速拟合模型，拟合常规水文测验表层、0.2H、0.4H、0.6H、0.8H、底层的六个分层X和Y方向流速；2当水深大于10m时，分上段局部模型、下段局部模型：上段局部模型，从表层至相对水深0.6H，参与构建上段局部模型的单元层数∈1,k，k的计算为： k为满足公式的最小整数，则： 其中，表示向下取整；流速拟合模型为对数或者幂函数：分别构建对数流速模型和幂函数流速模型： Z为河底边界至计算点高度∈Z0-0.6H,Z0；选取最优模型的原则为： 根据最优流速拟合模型，拟合常规水文测验表层、0.2H、0.4H、0.6H的四个分层X和Y方向流速；下段局部模型：从相对水深0.4H，参与构建所述下段局部模型的单元层数∈k,Wn，k的计算为： 抛物线：Vw＝A×Z2+B×Z+C,Z为河底边界至计算点高度∈0,Z0-0.6H；根据最优流速拟合模型，拟合常规水文测验0.8H和底层的二个分层X和Y方向流速；所述S7中，各分层的流速流向为： 其中，t为常规水文测验分层，即0.0H、0.2H、0.4H、0.6H、0.8H、1.0H；为第t分层X和Y方向流速；Vt为第t分层流速；at为第t分层流向；所述S9具体为：X方向垂线的平均流速为： Y方向垂线的平均流速为： 所述S9中，垂线的平均流速及流向为： 其中，为垂线的平均流速，为垂线的平均流向。

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