量水槽由进水段、出水段和喉道三部分组成,各部分尺寸通常由喉道宽度W来确定:
量水槽的纵轴应与河流的平均流向一致,其所在河段应顺直且水流平稳,顺直段长度最好不少于河宽的5?10部,并有规则的槽形、横断面和一致的比降。
设置量水槽的河段应不受变动回水的影响,下游最好没有其他雍水的障碍物或类似作业的急转弯道。
量水槽的各部尺寸和槽底比降应保证符合设计尺寸和技术要求,否则应在整个水位变幅内对其水位流量关系进行全面检定。
设置量水槽时,槽上应装有观测或推算逐日流量所用的水尺或自记水位计;水尺或自记水位计的进水口应位于水段内,与喉道的距离为进水口长度的2/3。
成。按堰顶和堰口形状的不同,可有三角形堰、梯形堰、矩形堰和抛物线形堰之分。
三角形堰是具有三角形堰口的薄壁堰,堰口为锐缘,角度。一般有600、900、1200等,设计取。=900。
三角形薄壁堰是一种测流精度较高的堰,主要是利用竖直薄板上的V形缺口进行测流,如图6-2所示。缺口顶角Q的二等分线应铅垂,并于渠道两侧的边墙等距离。顶角a的范围是20°?100°,必须采用精确的方法加工。当a=90°时,称直角三角形堰,是使用最广泛的一种三角堰。
三角堰只适用在顺直、水平的矩形渠段中。但是,如果缺口的面积与行近渠道的面积相比很小以致行近流速可以忽略时,则渠道形状无关紧要。行近渠道中的水流应均匀稳定。
当b/B1/3和hmax/P]1时,对行近渠道要求的平坦光滑程度更高一些。
梯形堰是具有上宽下窄的梯形缺口壁堰,缺口为锐缘,锐缘倾斜面向下游,堰口边坡比通常1:4和1:1两种。
梯形堰为一种具有梯形缺口的薄壁量水设施(如图6-7)。可用木板堰口加铁皮、钢丝网混凝土薄板堰口加铁皮或薄铁板、塑料板等制成。
b-梯形堰上口宽度,T-侧边宽度mL-堰的下底宽度,即行近河槽宽度,,cmh-缺口高度,H书,cmD-堰高度冲
B-梯形堰下底宽度,p-缺口底距堰底高度,H-堰上游最大水头,hn--下游水位高出堰坎的水深■-上下游水位差。
堰槛宽度b一般在(0.25?1.5)m之间,堰口侧边通常为4:1(竖:横)的斜边,堰口呈锐缘状。常用的标准梯形堰结构尺寸见表6-2。
为了把下渗和旁渗水量减少到最小程度,堰底应设置截水墙,且最好伸至不透水层。堰口附近的迎水墙两侧应伸入河岸至少0.5m,以保证与天然的河岸连接紧密。
堰壁平整,且垂直于平均流向,铅垂于水平面;在平面上水流动轴线应通过堰口的对称中心;同时堰壁应磨光或涂以油漆,以防止生锈和保证在水头很小时,堰流水舌仍能自由跌落,而不致贴附在堰壁上。万一出现这种现象,即停止使用量水堰测流。
堰口边缘应锐利,堰坎高出堰前的河底或引水渠底不应小于0.5m。堰前水流应呈直线流动。当最大流量通过时,堰前渐近流速最好不超过0.25m/s,溢流水舌下应保证空气有自由通道。
水尺或自记水位计应位于堰口上游相距为最大水头两倍的地方。当来水凶猛时,可更远些。其零点最好位于堰坎中央高度一致,以便直接观读或自记水位。
I、 当量水槽水流为自由出流时,即h下/h上<0.7时(h上、h下分别为上、下游水深,单位为m),其流量按下式计算:
II、 当量水槽水流形态呈淹没出流时,即当0.95Nh下/h上>0.7时,则将按自由出流公式计算出来的流量Q(同I),再减去按下式计算出来的流量修正值q:
当k>0.95时,量水槽便失去测流作用,此时就要用其他方法进行测量。量水槽处于淹没出流时,除使观测资料的整理工作大大复杂外,还使测流精度显著降低。因此,在决定量水槽槽底高程时,应尽量使整个测流范围内的水流处于自由出流状态。
当三角形堰的堰口夹角。=900时,其过堰流量计算公式可由上式简化为:Q=1.4H2.5。
三角堰的测流范围很小,但精度高。常常用作流量监测设备。其流量公式分自由流公式和淹没流公式两类。
三角堰过流时,下游水位低于堰顶时,即为自由流。国际标准化组织(ISO)推荐肯斯瓦特一沈氏公式:
对于直角三角堰(即a=90°),流量系数cD可由图6-3确定。当a尹90°尚难通过试验来求得式(6-2)的一般关系式。但如行近渠道的过水断面积
比三角堰缺口面积大得多,以致行近流速可以忽略不计,则h/P1和P1/B的影响也可忽略不计,此时cD仅为a的函数,如图6-4所示。此时?仅为a的函数,如图6-5所示。
对于直角三角堰,h/P1及P1/B的适用范围如图6-3所示。对于其他角度的三角堰,要求h/P产0.35,P/B=0.10?1.5;
由于流量系数cD受三个变量影响,使用不便,于是在制造直角三角堰时规定,P1=T=hmax,即B=4P1,h/P普1(对于a尹90°的一般三角堰,也作类似规定),此时取流量系数c°=0.59,得到简化的通用流量公式。
M——流量系数,等于1.86,当来水流速大于0.3m3/s,取1.9;b 堰坎宽度,m;
若堰口边坡采用1:4(即tgP=1/4),堰坎宽b=3H时,其过堰流量可按下式计算:
1.86——综合流量系数由实验求得,当流速大于0.3m/s时,此值改为1.90。根据上面公式,并假设b=1,制成表6-3。适用时根据过堰水深H在表中查出相应的流量,再乘以实际堰宽b,即得所求流量q。
当下游水位高出堰槛,且上、下游水位差与堰槛高之比(〃尸)小于0.7(潜流)时,流量公式为
适时对量水建筑物进行检定,是量水建筑物测流的一项重要工作。应用直接测流的方法,随时检验各种建筑物的水位流量关系,可以确保量水建筑物的测流精度。
通常按照标准尺寸设计建造的量水建筑物,其工艺水平符合标准要求,经过验收后,在一定范围内可不经过检定直接应用测流。
量水建筑物的检定范围,量水槽在水头低于5cm的范围内检定,在流量大于2m3/s的高水头范围内最好也做检定。量水堰只在水头低于5cm的范围内检定,但当发生贴壁流时,应改用更可靠的设备经常施测。此外,当各
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