CN213867603U - 适于天然河道的水工测流槽 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种适于天然河道的水工测流槽，包括沿顺水流方向设置在天然河道两侧护岸之间河床上的大槽底板，所述大槽底板上均布开设有排水孔，大槽底板上沿顺水流方向开设有测流槽，所述测流槽沿顺水流方向依次由收缩消能段、喉道顺直段、扩散消能段和防冲段构成。本实用新型解决了山区性河流暴涨暴落、河道比降大和流速大等难题，采用多种测验方式结合使用，保证流量测验精度，创造一个规则性、稳定性、一劳永逸的测验断面。
Description
技术领域
本实用新型涉及水文流量监测，尤其是涉及适于天然河道的水工测流槽。
背景技术
水文站是水文信息采集的基本单元，受测验河段水流特性、地形地貌等限制，使得各水文站水文测验特别是流量测验的测验条件、测验难度以及自动测验方法的差异性巨大。部分河流在枯水期或常年处于低水位时，水流流速较低，流量自动测验设备很难满足测验精度要求。通过建设水工堰槽，可以很好的解决低水流量测验问题，但用于水文部门存在以下难点：
1、难以解决天然河道流态不均匀、泥沙含量高和漂浮物多的问题。由于目前运用的水工堰槽多运用在漂浮物少、泥沙含量少的实验室或者渠道灌溉上，利用水力学计算方式推算流量；但是天然河道存在诸多流态、泥沙和漂浮物等不可避免问题，对水力学推流影响较大，难以保证精度；尤其是黄河流域泥沙含量高、冲淤变化大，传统的水工堰槽难以运用。
2、对于山区性河流暴涨暴落、河道比降大以及流速大的河道，使测验精度无法满足。目前运用的水工堰槽要求河道比降较为平缓，水流必须呈缓流状态，弗劳德数Fr不应大于0.5，因此，传统的水工堰槽无法适用或者精度难以保证。
3、现有水工堰槽由于自身的局限性，无法满足河流水位全变幅的流量测验。传统的水工堰槽采用建设测流堰、测流槽等方式，通过水力公式和测量水位进行流量测验（推算），每一种测流槽只能针对某一个流量区间的测验；然而，天然河流常年可分非汛期和汛期，流量分布级别较大，传统水工堰槽受自身结构等限制，要么只能低水小流量测验，要么监测大流量但无法监测小流量，无法达到天然河流水位全变幅流量测验。
发明内容
本实用新型目的在于提供一种适于天然河道的水工测流槽，实现解决天然河道流态不均匀、泥沙含量高和漂浮物多影响侧流精度问题。
为实现上述目的，本实用新型采取下述技术方案：
本实用新型所述适于天然河道的水工测流槽，包括沿顺水流方向设置在天然河道两侧护岸之间河床上的大槽底板，所述大槽底板上均布开设有排水孔，大槽底板上沿顺水流方向开设有测流槽，所述测流槽沿顺水流方向依次由收缩消能段、喉道顺直段、扩散消能段和防冲段构成。
所述收缩消能段，包括对称于河床轴线自上游侧向下游侧逐渐收缩的收缩槽，位于所述收缩槽的槽底开设有收缩消能池，位于收缩槽进水口处和所述收缩消能池内分别设置有消能墩；
所述喉道顺直段，包括对称于河床轴线自上游侧向下游侧开设的顺直槽，所述顺直槽上游端与收缩槽相衔接；横跨喉道顺直段上方设置有钢绞线或支撑杆，所述钢绞线或支撑杆两端分别与设置在天然河道两侧护岸上的支架相连接，钢绞线或支撑杆上间隔设置有多个雷达测流探头；位于顺直槽一侧的大槽底板上设置有水位测量装置，位于顺直槽内设置有矩形薄壁堰；
本水工测流槽，小水位采用水力学推流方式通过所述矩形薄壁堰进行测流；中水位通过顺直槽建立水位流量单值化方式进行侧流；高水位通过雷达测流探头进行测流；
所述扩散消能段，包括对称于河床轴线自上游侧向下游侧逐渐外扩的扩散槽，所述扩散槽上游端与直顺槽相衔接，扩散槽的槽底开设有扩散消力池；
所述防冲段为铺设在位于扩散槽出水口两侧护岸之间大槽底板上的柔性石笼。
所述收缩槽的槽壁与水流方向夹角a大于20º小于45º，确保水流平稳进入所述顺直段的同时，水流冲力对收缩槽槽壁的作用减少到最小，提高收缩槽的安全性和耐久性。
所述收缩槽出口与所述顺直槽上游端衔接处为圆弧状过渡段，以减少河流水面波纹的产生，确保水面的更加平稳，利于精确侧流。
所述收缩消能池上、下游池壁为斜面，其目的是保证中、高水位时具有良好的冲砂性，避免淤积，尤其在山区性河流，效果显著；所述消能墩为顺水流方向设置的两排，第一排消能墩为三个，设置在所述收缩槽进水口处；第二排为二个，设置在收缩消能池内；第一排消能墩的竖直截面为直角三角形，顶面呈水平面，其目的是在消能的同时避免挂水草缠绕和漂浮物撞击；第二排消能墩的水平截面为等腰三角形，所述等腰三角形的底边位于上游侧，其作用是改变水流方向，配合收缩消能池消能，收缩消能池和消能墩目的是在水流进入顺直槽时减小其流速，避免急流产生，为精确侧流打下基础。
所述顺直槽的长度大于或等于顺直槽宽度的5倍。
所述水位测量装置距所述顺直槽出口的距离为顺直槽长度的0.4倍，此处水流较为平稳均匀；水位测量装置包括设置在所述大槽底板上的支架，所述支架上设置有雷达式自记水位计和人工水尺。
综合考虑出口消能和高水位阻水因素，所述扩散槽的扩散角度为1:3，确保各个水位量级的消能和阻水问题；所述扩散消力池上、下游池壁均为斜面，其目的是保证中、高位水时具有良好的冲砂性，避免淤积。
所述矩形薄壁堰设置在所述水位测量装置下游侧的所述顺直槽内；矩形薄壁堰采用厚10mm钢板作为堰板，插装于设置在顺直槽侧壁上的橡胶滑道内；当中、高位水时可将堰板垂直吊起，避免阻水，矩形薄壁堰用于精准检测低水位和超低水位流量。
横跨所述顺直槽设置有用于测验人员日常测验和运行维护的测桥，所述测桥位于所述矩形薄壁堰上游侧。
本实用新型解决了山区性河流暴涨暴落、河道比降大和流速大等难题，采用多种测验方式结合使用，保证流量测验精度，创造一个规则性、稳定性、一劳永逸的测验断面。
附图说明
图1是本实用新型的俯视结构示意图。
图2是图1的A-A向剖面结构示意图。
图3是图1的B-B向剖面逆时针旋转90º的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1-3所示，本实用新型所述适于天然河道的水工测流槽，包括沿顺水流方向设置在天然河道两侧护岸12之间河床上的大槽底板13，大槽底板13上均布开设有排水孔18，大槽底板13上沿顺水流方向开设有测流槽，测流槽沿顺水流方向依次由收缩消能段19、喉道顺直段20、扩散消能段21和防冲段22构成。
收缩消能段19，包括对称于河床轴线23自上游侧向下游侧逐渐收缩的收缩槽1，位于收缩槽1的槽底开设有收缩消能池3，位于收缩槽1进水口处和收缩消能池3内分别设置有消能墩。
收缩槽1的槽壁与水流方向夹角a大于20º小于45º，优选40 º，确保水流平稳进入顺直段20的同时，水流冲力对收缩槽1槽壁的作用减少到最小，提高收缩槽1的安全性和耐久性。
收缩消能池3上、下游池壁为斜面，其目的是保证中、高水位时具有良好的冲砂性，避免淤积，尤其在山区性河流，效果显著。消能墩为顺水流方向设置的两排，第一排消能墩2.1为三个，设置在收缩槽1进水口处；第二排消能墩2.2为二个，设置在收缩消能池3内；第一排消能墩2.1的竖直截面为直角三角形，顶面呈水平面，其目的是在消能的同时避免挂水草缠绕和漂浮物撞击；第二排消能墩2.2的水平截面为等腰三角形，等腰三角形的底边位于上游侧，其作用是改变水流方向，配合收缩消能池3消能，收缩消能池3和消能墩2.1、2.2目的是在水流进入顺直槽4时减小其流速，避免急流产生，为精确侧流打下基础。
喉道顺直段20，包括对称于河床轴线23自上游侧向下游侧开设的顺直槽4，顺直槽4上游端与收缩槽1出口衔接处为圆弧状过渡段，以减少河流水面波纹的产生，确保水面的更加平稳，利于精确侧流；顺直槽4的长度大于或等于顺直槽4宽度的5倍。
横跨喉道顺直段20上方设置有钢绞线16，钢绞线两端分别与设置在天然河道两侧护岸12上的支架14相连接，钢绞线16上间隔设置有三个雷达测流探头15，一个雷达测流探头15位于顺直槽4正上方，其他二个雷达测流探头15位于河床轴线23两侧大槽底板13上方。
位于顺直槽4一侧的大槽底板13上设置有水位测量装置，位于顺直槽4内设置有矩形薄壁堰8；矩形薄壁堰8设置在水位测量装置下游侧的顺直槽4内；矩形薄壁堰8采用厚10mm钢板作为堰板，插装于设置在顺直槽4侧壁上的橡胶滑道内；当中、高位水时可将堰板垂直吊起，避免阻水，矩形薄壁堰8用于精准检测低水位和超低水位流量。
水位测量装置距顺直槽4出口的距离为顺直槽长度的0.4倍，此处水流较为平稳均匀；水位测量装置包括雷达式自记水位计5和人工水尺7，雷达式自记水位计5安装在支架上，支架设置在大槽底板13上，雷达式自记水位计5设置在顺直槽4侧壁上；雷达式自记水位计5和人工水尺7分别设置在河床轴线23两侧并位于同一横截面上，自记水位计5配合人工水尺7进行水位校核。
横跨顺直槽4设置有用于测验人员日常测验和运行维护的测桥6，测桥6位于矩形薄壁堰8上游侧。
本实用新型的水工测流槽，小水位采用水力学推流方式通过矩形薄壁堰8进行测流；中水位通过顺直槽4建立水位流量单值化方式进行侧流；高水位通过雷达测流探头5进行测流。
扩散消能段21，包括对称于河床轴线23自上游侧向下游侧逐渐外扩的扩散槽9，扩散槽9上游端与直顺槽4相衔接，扩散槽9的槽底开设有扩散消力池10。
综合考虑出口消能和高水位阻水因素，扩散槽9的扩散角度设置为1:3，确保各个水位量级的消能和阻水问题；扩散消力池10上、下游池壁均为斜面，其目的是保证中、高位水时具有良好的冲砂性，避免淤积。
防冲段22为铺设在位于扩散槽9出水口两侧护岸12之间大槽底板13上的柔性石笼11，确保测验河段的稳定。
本实用新型工作原理简述如下：
收缩槽1将水流汇聚在一起，通过消能墩2.1、2.2减小水流流速，结合收缩消能池3有效将水流流速降低，并使水流平稳的进入喉道顺直段20。
水流进入喉道顺直段20，经过顺直槽4水流逐渐均匀平稳，当低水位和超低水位时，采用矩形薄壁堰8，由自记水位计5配合人工水尺7监测水位，采用水力学精确推算流量；当中水位时，矩形薄壁堰8从两侧橡胶滑道内移出，通过人工率定建立水位流量单值化关系，根据水位直接可推出流量，从而减少漂浮物及泥沙影响。当高水位时，雷达测流探头15测得高水水面流速，由自记水位计5监测水位从而推算出流量，同时水位数据根据人工水尺7进行校核。测桥6为后期测验人员运行维护提供便利，当中、高位水淹没时，测桥6可随着水流冲力绕测桥转轴转动，从而减小阻水影响。水流经过喉道顺直段20后随着扩散槽9进入扩散消能池10，对出槽水流消能，减小对下游河道冲刷，同时通过出口处的柔性石笼11，保证测验河段稳定。
为避免测流槽受天然河道暴涨暴落、漂浮物和泥沙含量大的影响，本测流槽中水位通过人工率定建立水位流量关系方式推流，同时合理的收缩消能段19设计，以及收缩槽1和顺直槽4间采用的圆弧状衔接设计，有效的将急流和紊流进行消能并平稳的导入顺直槽4内进行测流，大大提高了测流精度。经过长期的实验，本实用新型测流槽的槽底坡度设计为维持原始坡降且不小于0.2%，有效的与原始河床结合，并提高测流槽的冲砂性。大槽底板13上均匀开设有排水孔18,减小了板底扬压力，有效保证高水位的测流槽安全。
为了保证测流槽能够监测各个量级水位的流量，将矩形薄壁堰8、雷达式自记水位计5、和测流槽完美结合起来，可通过一个水位数据为各个变幅的水位提供流量监测参数，一方面减少更多的测验仪器的投入，另一方面保证了测流精度。
为了保证测流槽和测流河段的稳定，采用进口收缩消能池3、消能墩2.1、2.2和出口处扩散消能池10、防冲段22铺设的柔性石笼11，构成了消能加防护结合方式，同时测流槽整段均采用钢筋混凝土硬化，大大保证了测验河段的稳定，创造了一个良好的测验条件。
Claims (9)
1.一种适于天然河道的水工测流槽，其特征在于：包括沿顺水流方向设置在天然河道两侧护岸之间河床上的大槽底板，所述大槽底板上均布开设有排水孔，大槽底板上沿顺水流方向开设有测流槽，所述测流槽沿顺水流方向依次由收缩消能段、喉道顺直段、扩散消能段和防冲段构成；
所述收缩消能段，包括对称于河床轴线自上游侧向下游侧逐渐收缩的收缩槽，位于所述收缩槽的槽底开设有收缩消能池，位于收缩槽进水口处和所述收缩消能池内分别设置有消能墩；
所述喉道顺直段，包括对称于河床轴线自上游侧向下游侧开设的顺直槽，所述顺直槽上游端与收缩槽相衔接；横跨喉道顺直段上方设置有钢绞线或支撑杆，所述钢绞线或支撑杆两端分别与设置在天然河道两侧护岸上的支架相连接，钢绞线或支撑杆上间隔设置有多个雷达测流探头；位于顺直槽一侧的大槽底板上设置有水位测量装置，位于顺直槽内设置有矩形薄壁堰；
所述扩散消能段，包括对称于河床轴线自上游侧向下游侧逐渐外扩的扩散槽，所述扩散槽上游端与直顺槽相衔接，扩散槽的槽底开设有扩散消力池；
所述防冲段为铺设在位于扩散槽出水口两侧护岸之间大槽底板上的柔性石笼。
2.根据权利要求1所述适于天然河道的水工测流槽，其特征在于：所述收缩槽的槽壁与水流方向夹角a大于20º小于45º。
3.根据权利要求1或2所述适于天然河道的水工测流槽，其特征在于：所述收缩槽与所述顺直槽上游端衔接处为圆弧状过渡段。
4.根据权利要求1或2所述适于天然河道的水工测流槽，其特征在于：所述收缩消能池上、下游池壁为斜面；所述消能墩为顺水流方向设置的两排，第一排消能墩为三个，设置在所述收缩槽进水口处；第二排为二个，设置在收缩消能池内；第一排消能墩的竖直截面为直角三角形，顶面呈水平面；第二排消能墩的水平截面为等腰三角形，所述等腰三角形的底边位于上游侧。
5.根据权利要求1或2所述适于天然河道的水工测流槽，其特征在于：所述顺直槽的长度大于或等于顺直槽宽度的5倍。
6.根据权利要求1或2所述适于天然河道的水工测流槽，其特征在于：所述水位测量装置距所述顺直槽出口的距离为顺直槽长度的0.4倍；水位测量装置包括设置在所述大槽底板上的支架，所述支架上设置有雷达式自记水位计和人工水尺。
7.根据权利要求1或2所述适于天然河道的水工测流槽，其特征在于：所述扩散槽的扩散角度为1:3，所述扩散消力池上、下游池壁均为斜面。
8.根据权利要求1或2所述适于天然河道的水工测流槽，其特征在于：所述矩形薄壁堰设置在所述水位测量装置下游侧的所述顺直槽内；矩形薄壁堰采用厚10mm钢板作为堰板，插装于设置在顺直槽侧壁上的橡胶滑道内。
9.根据权利要求1或2所述适于天然河道的水工测流槽，其特征在于：横跨所述顺直槽设置有用于测验人员日常测验和运行维护的测桥，所述测桥位于所述矩形薄壁堰上游侧。
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| CN202022072260.3U CN213867603U (zh) | 2020-09-21 | 2020-09-21 | 适于天然河道的水工测流槽 |
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| CN202022072260.3U CN213867603U (zh) | 2020-09-21 | 2020-09-21 | 适于天然河道的水工测流槽 |
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| CN (1) | CN213867603U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112112117A (zh) * | 2020-09-21 | 2020-12-22 | 河南黄河水文勘测设计院 | 适于天然河道的水工测流槽 |
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2020
- 2020-09-21 CN CN202022072260.3U patent/CN213867603U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112112117A (zh) * | 2020-09-21 | 2020-12-22 | 河南黄河水文勘测设计院 | 适于天然河道的水工测流槽 |
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