CN103852113B - 一种适用于u形渠道的量水槽及其计量方法 - Google Patents

Abstract

一种适用于U形渠道的量水槽，U形渠道中部设有截面为上开口抛物线形的喉口⑴，喉口⑴与上游渠道之间平滑过渡形成上游收缩渐变段⑵，喉口⑴与下游渠道之间平滑过渡形成下游扩张渐变段⑶。其优点是：测流精度高；适合在U形渠道内使用；适用于不同坡度的量水槽；流量计算简单；结构简单，造价低，施工方便。

Description

一种适用于U形渠道的量水槽及其计量方法

技术领域

本发明涉及水流量测量技术领域，具体的说是一种水利水电工程中测量水流量使用的量水设备，即适用于U形渠道的量水槽及其计量方法。

背景技术

随着对水资源的管理由粗放型向集约型的转变，对水资源进行总量控制和定额管理，需要对水资源进行量化；衡量科研、生产、生活及管理中的用水量、水的利用效率需要有准确的取用水计量；市场对具有商品属性的水资源的使用权、排污权等进行交易，需要在流通过程进行权威的取用水计量。目前明渠取水量的量水设备，常采用长喉道量水槽和矩形无喉道量水槽。巴歇尔量水槽、矩形无喉道量水槽凭借其结构简单、不易淤塞、量水精度较高等特点广泛应用于各类渠道，但由于其断面为折线形，在U形断面渠道中使用会造成较大的水头损失。

1994年7月《水利学报》第7期刊载了一篇名为“平底抛物线形无喉段量水槽试验研究”的论文，公开了一种新结构的量水槽，该结构的量水槽——平底抛物线形无喉段量水槽，平底抛物线形量水槽在U形渠道中使用时有过流能力强、水头损失小、低水位时测流精度高、结构简单等特点，但安装在有坡度的U形渠道内时要求量水槽上游一段距离渠底水平，这要求在安装平底抛物线形无喉段量水槽时操平渠底，不仅增加了施工难度还会在下游制造跌坎从而引起水头损失，而且平底抛物线形无喉段量水槽存在以下不足：不适用于在坡度大于1/1250坡度的U形渠道量水；流量计算需要经过复杂的试算过程。

发明内容

本发明的目的是针对现有量水槽存在的不足，设计一种适用于U形渠道的量水槽及其计量方法，不仅在安装时不用操平槽底，从而减小制造安装难度，而且适用于不同坡度的U形渠道。

一种适用于U形渠道的量水槽，U形渠道中部设有截面为上开口抛物线形的喉口1，喉口1与上游渠道之间平滑过渡形成上游收缩渐变段2，喉口1与下游渠道之间平滑过渡形成下游扩张渐变段3。

所述喉口1处设有水位测量装置。

所述喉口1的断面方程为：

y＝Px²

式中：y、x为喉口断面的纵、横坐标，单位均为m；P为抛物线的形状系数，单位为m^-1。

所述喉口1底部与U形渠道底部相平，喉口1顶部与U形渠道顶部相平。

所述上游收缩渐变段2的长度L₁和下游扩张渐变段3的长度L₂为L₁＝L₂＝3(B-b)，其中B为U形渠道顶部宽度，b为喉口顶部宽度，B和b的单位均为m。

一种适用于U形渠道的量水槽的计量方法，其流量计算公式为：

α_t'＝0.908-0.033(h_t/H)

K＝1.0889

式中，Q为计算流量，单位为m³/s；

h_t为喉口处水深，单位为m；

g为重力加速度，单位为m/s²；

K为比例常数；

α_t'为喉口处的压力修正系数；

H为渠深，单位为m。

本发明适用于U形渠道的量水槽及其计量方法的优点是：

1.测流精度高；本发明的量水槽在各坡度的U形渠道内在不同工况下使用时最大相对误差为2.47%，平均相对误差为0.78%，完全满足田间量水要求；

2.适合在U形渠道内使用；本发明的量水槽喉口断面契合U形渠道，在U形渠道内使用时具有水头损失小、排沙效果好、不会造成上游壅水等优点；

3.适用于不同坡度的量水槽；本发明的量水槽适用在0～1/400坡度的U形渠道内量水；

4.流量计算简单；本发明的量水槽的流量计算公式由水力学公式推导而来，且计算流量无需复杂的试算过程；

5.结构简单，造价低，施工方便；本发明的量水槽直接在已建好的U形渠道内修建，无需操平槽底。

附图说明

图1为本发明适用于U形渠道的量水槽的俯视结构示意图。

图2为图1的A-A向剖视图。

图3为图1的C-C向剖视图。

图4为本发明适用于U形渠道的量水槽的立体结构示意图。

图中，1为喉口，2为上游收缩渐变段，3为下游扩张渐变段。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进行进一步说明。如图1-4所示，一种适用于U形渠道的量水槽，U形渠道中部设有截面为上开口抛物线形的喉口1，喉口1与上游渠道之间平滑过渡形成上游收缩渐变段2，喉口1与下游渠道之间平滑过渡形成下游扩张渐变段3。

所述喉口1处设有水位测量装置。

所述喉口1的断面方程为：

y＝Px²

式中：y、x为喉口断面的纵、横坐标（m）；P为抛物线的形状系数（m^-1）。

所述喉口1底部与U形渠道底部相平，喉口1顶部与U形渠道顶部相平。

所述上游收缩渐变段2的长度L₁和下游扩张渐变段3的长度L₂为L₁＝L₂＝3(B-b)，其中B为U形渠道顶部宽度（m），b为喉口顶部宽度（m）。

一种适用于U形渠道的量水槽的计量方法，其流量计算公式为：

α_t'＝0.908-0.033(h_t/H)

K＝1.0889

式中，Q为计算流量（m³/s）；h_t为喉口处水深（m）；g为重力加速度（m/s²）；K为比例常数；α_t'为喉口处的压力修正系数；H为渠深（m）。

实施例一

某U形渠道槽底坡度为1/1250，渠底半径R=0.2m，渠深H=0.45m，渠底中心角θ=152°。选择收缩比ε=0.65的量水槽，计算得U形渠道断面面积A₀＝0.182m²，抛物线形状系数进、出口渐变段L₁=L₂=3(B-b)=0.45m，水尺设置在喉口处。量水槽用常规混凝土制作。

测得喉口处水深h_t=0.2438m，α_t'＝0.908-0.033(h_t/H)＝0.8901，K＝1.0889，

实验测得实时流量为0.06m³/s，误差为-0.55%。

实施例二

某U形渠道槽底坡度为1/400，渠底半径R=0.3m，渠深H=0.60m，渠底中心角θ=152°。选择收缩比ε=0.55的量水槽，计算得U形渠道断面面积A₀＝0.348m²，抛物线形状系数进、出口渐变段L₁=L₂=3(B-b)=0.868m，水尺设置在喉口处。量水槽用常规混凝土制作。

测得喉口处水深h_t=0.3365m，α_t'＝0.908-0.033(h_t/H)＝0.8895，K＝1.0889，

实验测得实时流量为0.12132m³/s，误差为-1.51%。

本发明适用于U形渠道的量水槽安装宜采用喉口预制、整体现浇法。直接在U形渠道内制造抛物线形喉口。喉口安装时保证其中心线与行进渠中心线一致，喉口底部与水尺处的渠底相平。渐变段可用直尺刮成，操作简便。

Claims (4)

1.一种适用于U形渠道的量水槽的计量方法，其特征在于：适用于U形渠道的量水槽，U形渠道中部设有截面为上开口抛物线形的喉口⑴，喉口⑴与上游渠道之间平滑过渡形成上游收缩渐变段⑵，喉口⑴与下游渠道之间平滑过渡形成下游扩张渐变段⑶；所述喉口⑴处设有水位测量装置；

适用于U形渠道的量水槽的流量计算公式为：

$Q=\frac{4}{9}{h}_t^2\sqrt{g\[\frac{24}{K}-18{{\mathrm{\α}}_t}^{\′}\]/P}$

α_t'＝0.908-0.033(h_t/H)

K＝1.0889

式中，Q为计算流量，单位为m³/s；

h_t为喉口处水深，单位为m；

g为重力加速度，单位为m/s²；

K为比例常数；

α_t'为喉口处的压力修正系数；

P为抛物线的形状系数，单位为m^-1；

H为渠深，单位为m。

2.如权利要求1所述的适用于U形渠道的量水槽的计量方法，其特征在于：所述喉口⑴的断面方程为：

y＝Px²

式中，y、x为喉口断面的纵、横坐标，单位为m；P为抛物线的形状系数，单位为m^-1。

3.如权利要求1所述的适用于U形渠道的量水槽的计量方法，其特征在于：所述喉口⑴底部与U形渠道底部相平，喉口⑴顶部与U形渠道顶部相平。

4.如权利要求1所述的适用于U形渠道的量水槽的计量方法，其特征在于：所述上游收缩渐变段⑵的长度L₁和下游扩张渐变段⑶的长度L₂为L₁＝L₂＝3(B-b)，其中B为U形渠道顶部宽度，b为喉口顶部宽度，B和b的单位均为m。