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近些年來，對河道水位進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的監(jiān)測越來越受到廣大人民群眾的重視，河道水位流量監(jiān)測儀采用先進(jìn)的K波段平面雷達(dá)技術(shù)，計(jì)算并輸出實(shí)時(shí)斷面流量及累計(jì)流量；測量過程不受泥沙、河流污染物、水面漂浮物、溫度等因素的影響。

其中由于只能在下游頂托較低時(shí)將模型看作自由出流，進(jìn)而采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算流量值，故只計(jì)算S=0和S=0.25 2個工況下的經(jīng)驗(yàn)流量進(jìn)行對比。如圖4所示，經(jīng)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值結(jié)果很接近，前者略大是因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)公式對應(yīng)的是閘孔出流，閘孔后沒有管壁存在，而二維模型包含管道管壁對水流的阻尼效應(yīng)。根據(jù)以上分析推斷本文中的二維模型可開展雨水管道末端與河道水動力相互作用規(guī)律的探析研究，模擬結(jié)果滿足工程精度要求。

盡管在一年中的大部分時(shí)間，河道內(nèi)水位低，流量小。但當(dāng)短暫強(qiáng)勁的暴雨到來時(shí)，流量會急劇增加，這些“暴洪”帶來的強(qiáng)烈洪水波會引起相當(dāng)大的推移質(zhì)輸移。此外，河流輸沙量對河流形態(tài)也有顯著影響，這些河道形態(tài)變化可能會引發(fā)洪水，擾亂水利設(shè)施的穩(wěn)定運(yùn)行。

綜上可見，生態(tài)流量是維系河湖生物多樣性健康可持續(xù)的流量，保持河道形態(tài)穩(wěn)定的輸沙流量，保持河湖水質(zhì)要求的污染物降解流量，維持河口咸淡平衡的流量等。

圖1 Donzère和Caderousse小型水電站建造前Kh?ne河道地形模型在Kh?ne河上游、現(xiàn)有水利工程入口以及小型水電站進(jìn)水口渠道末端施加恒定流量邊界；在Kh?ne河主干道下游施加恒定水位邊界條件。為了盡量減少數(shù)值擴(kuò)散，并且與通用水動力仿真軟件中的潮灘設(shè)置兼容，ARTELIA的工程師使用LIPS對流格式來求解k-ε湍流模型。04 模型驗(yàn)證A.

比較工況D下的矩形河道算例和梯形河道算例，可以看到，在上游有流量時(shí)，矩形河道的鹽度邊界與梯形河道的有較大不同，這反映了地形對鹽度輸運(yùn)的影響。 圖 7四種工況下的梯形河道算例結(jié)果（工況A：只考慮擴(kuò)散，靜止水；工況B：只考慮密度驅(qū)動，靜止水；工況C：同時(shí)考慮擴(kuò)散和密度驅(qū)動，靜止水； 工況D：同時(shí)考慮擴(kuò)散和密度驅(qū)動，流動水） 3.

水力學(xué)與動力地貌學(xué)耦合標(biāo)度：A.水力標(biāo)度水力標(biāo)度主要基于低、中和高流量區(qū)域的水面輪廓，給不同的區(qū)域（裂縫結(jié)構(gòu)、一級河道中的沙床和寬闊的二級河道、狹窄的二級河道、洪泛區(qū)）分配不同的摩擦系數(shù)。除了一級河道中的沙床外，我們認(rèn)為粗糙系數(shù)在所有區(qū)域都是恒定的。基本假設(shè)是沙丘的形成（其大小隨著水位增加而增加）是沙床中產(chǎn)生摩擦力的主要原因。

03 現(xiàn)場試驗(yàn)介紹川原實(shí)驗(yàn)基地，是日本在北海道東八立河上建造的河流實(shí)驗(yàn)設(shè)施，實(shí)驗(yàn)人員在千代田試驗(yàn)通道上進(jìn)行了全面實(shí)驗(yàn)，來研究側(cè)溢流堤破壞的過程，對各種河道流入流量、堤土組成、缺口幾何形狀以及位置進(jìn)行了記錄。本文考慮的案例如下圖所示。該試驗(yàn)在一個8米寬、176米長、縱向床坡度為1/500的主河道中進(jìn)行。該堤壩沿著主河道的右側(cè)，面向一個80米寬的河漫灘修建。

輸入數(shù)據(jù)方面，選用了1998年到2013年23個較大降雨事件和對應(yīng)的出口流量過程（2 l/s 至 20 l/s） ，事件涵蓋春季，夏季和早秋，覆蓋范圍較廣。 計(jì)算公式計(jì)算原理方面，考慮到流域較小，匯流時(shí)間極短，故將降雨量直接當(dāng)作河道的輸入水量R；且降雨期氣候濕潤，故忽略流域的蒸發(fā)，將流域及河道的下滲量I作為水量的主要損失。

比較工況D下的矩形河道算例和梯形河道算例，可以看到，在上游有流量時(shí)，矩形河道的鹽度邊界與梯形河道的有較大不同，這反映了地形對鹽度輸運(yùn)的影響。圖 7四種工況下的梯形河道算例結(jié)果工況A：只考慮擴(kuò)散，靜止水；工況B：只考慮密度驅(qū)動，靜止水；工況C：同時(shí)考慮擴(kuò)散和密度驅(qū)動，靜止水；工況D：同時(shí)考慮擴(kuò)散和密度驅(qū)動，流動水3.

就水位而言，壩址水位變化最大，距壩址越遠(yuǎn)，水位變幅越小；就流量而言，壩址流速變化最大，庫中段流速變化較小，庫尾段斷面河道為峽谷型河道，流速變化較大。無論是年內(nèi)變化還是年際變化，水位變幅和流量變幅均呈現(xiàn)為“枯大豐小”的變化規(guī)律。就水體理化性質(zhì)而言，該工程運(yùn)行蓄水后，庫區(qū)形成開闊的緩流水域以及較大的庫灣，由于水庫具有日調(diào)節(jié)性能，水量交換相對頻繁，庫區(qū)內(nèi)不會出現(xiàn)水溫分層現(xiàn)象。

但瑪納斯河流域管理局落實(shí)不力，在執(zhí)行國家有關(guān)部門審批的《肯斯瓦特水利樞紐工程可行性研究報(bào)告》生態(tài)流量要求時(shí)偷換概念，將紅山嘴斷面的4.17立方米/秒最小生態(tài)基流流量曲解為1.3億立方米/年總水量，實(shí)際操作中僅在洪水季一次性放足水量，用泄洪水量“頂替”生態(tài)水量，而非洪水季則將河水全部引入東岸大渠。

上游邊界被定義為自由邊界，有水位和流量的輸入。下游邊界同為自由邊界，有規(guī)定的流量。上游的大腸桿菌輸入數(shù)據(jù)由從A點(diǎn)測量獲得的TLF值線性插值后提供。TLF在模擬中被視作一種示蹤劑。利用從最近的Bourget機(jī)場站獲得（在東北約9公里）每小時(shí)一次的氣象數(shù)據(jù)（風(fēng)速和方向、氣溫、大氣壓、相對濕度、云量和降雨），以及從奧利氣象站（南部約17公里）獲得的云覆蓋數(shù)據(jù)，來計(jì)算大氣換熱。

同時(shí)遠(yuǎn)算科技還推出新產(chǎn)品——視頻測流水利感知系統(tǒng)，流速流量，一步到位。該產(chǎn)品作為一款非接觸式河道流速測量工具，運(yùn)用了圖像正射矯正技術(shù)和大尺度粒子圖像測速技術(shù)，還原河道真實(shí)三維信息，實(shí)現(xiàn)河道表面全場流速測量和斷面流量測算，充分結(jié)合各種攝像設(shè)備，獲取目標(biāo)點(diǎn)位流速數(shù)據(jù)，降低測流成本，適用于多種河道、流速、流態(tài)、水深情況，可廣泛應(yīng)用于灌區(qū)、防洪、水文等多種測流場景。

快速定位城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)的管道淤堵點(diǎn)，對河道水位、雨量情況、污水廠進(jìn)水流量以及泵站運(yùn)行情況等進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，是預(yù)防暴雨內(nèi)澇可能帶來的城市安全隱患的關(guān)鍵之一。

淮河入海水道二期工程主要建設(shè)內(nèi)容為在一期工程基礎(chǔ)上，按設(shè)計(jì)行洪流量7000立方米/秒標(biāo)準(zhǔn)，擴(kuò)挖全線深槽，加高加固兩岸堤防，擴(kuò)建工程沿線5座樞紐建筑物。淮安水利樞紐大運(yùn)河立交工程：亞洲最大水上立交工程整體擴(kuò)建淮安水利樞紐大運(yùn)河立交工程，是淮河入海水道二期工程的一個關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)工程，同時(shí)它也是162.3公里水道上五座需要改建的大型樞紐工程之一。京杭大運(yùn)河和淮河入海水道在此立體交會。

水流測速遠(yuǎn)算科技水利應(yīng)用場景廣泛，最近新推出了視頻測流水利感知系統(tǒng)，流速流量，一步到位。視頻測流水利感知系統(tǒng)該產(chǎn)品作為一款非接觸式河道流速測量工具，運(yùn)用了圖像正射矯正技術(shù)和大尺度粒子圖像測速技術(shù)，還原河道真實(shí)三維信息，實(shí)現(xiàn)河道表面全場流速測量和斷面流量測算，充分結(jié)合各種攝像設(shè)備，獲取目標(biāo)點(diǎn)位流速數(shù)據(jù)，降低測流成本。

針對以上問題，遠(yuǎn)算自主研發(fā)了視頻測流產(chǎn)品，運(yùn)用圖像正射矯正技術(shù)和大尺度粒子圖像測速技術(shù)，還原河道真實(shí)三維信息，實(shí)現(xiàn)河道表面全場流速測量和斷面流量測算。產(chǎn)品可充分結(jié)合各種攝像設(shè)備，獲取目標(biāo)點(diǎn)位流速數(shù)據(jù)，大幅降低測流成本，適用于多種河道、流速、流態(tài)、水深情況，可廣泛應(yīng)用于灌區(qū)、防洪、水文等多種水利測流場景。通常情況下，專業(yè)測流設(shè)備費(fèi)用高達(dá)數(shù)十萬元，安裝操作復(fù)雜，后期運(yùn)維耗資巨大。

01 概要雖然在具有規(guī)則幾何形狀的明渠中，二次流的識別可能是明確直接的，但是在邊界松散和不規(guī)則的自然河道，情況并非如此。事實(shí)上，由于平面形狀不斷變化，河床地形多變，天然曲流河道的水動力學(xué)相當(dāng)復(fù)雜。流場是三維的并且會在蜿蜒流的每個截面中產(chǎn)生橫向流動。本文用TELEMAC-3D簡要分析了在阿根廷Colastiné河出口處測得的橫流特性，該處水流分為兩條幾乎成T形的分流。

所有案例使用的地形數(shù)據(jù)來自高精度的LIDAR入海口數(shù)據(jù)，海圖數(shù)據(jù)或船測數(shù)據(jù)，然而仍缺少河道地形數(shù)據(jù)，因此河道地形是用均勻向下降低2m后的LIDAR測量河高。