量水槽的設(shè)計(jì)

Bbb--堰口寬度，cm；T--Bbb--堰口寬度，cm；T--側(cè)邊寬度，cm；a--堰頂夾角，（0B--堰的安裝寬度，即行近河槽寬度，B=b+2T，cm；h--缺口高度，cm，h=hmax+5，cm；h--堰上游水頭，cm；hmax--堰上游最大水頭，cm；三角形堰示意圖量水建筑物的設(shè)置（1）量水槽的設(shè)計(jì)量水槽由進(jìn)水段、出水段和喉道三部分組成，各部分尺寸通常由喉道寬度W來確定:進(jìn)水段長度：L=0.5W+1.2進(jìn)水段斜邊長：A=0.5W+1.22進(jìn)口寬： B=1.2W+0.48出口寬： B產(chǎn)W+0.3量水槽一般應(yīng)滿足下列要求：量水槽的縱軸應(yīng)與河流的平均流向一致，其所在河段應(yīng)順直且水流平穩(wěn),順直段長度最好不少于河寬的5?10部，并有規(guī)則的槽形、橫斷面和一致的比降。設(shè)置量水槽的河段應(yīng)不受變動(dòng)回水的影響，下游最好沒有其他雍水的障礙物或類似作業(yè)的急轉(zhuǎn)彎道。量水槽的各部尺寸和槽底比降應(yīng)保證符合設(shè)計(jì)尺寸和技術(shù)要求，否則應(yīng)在整個(gè)水位變幅內(nèi)對其水位流量關(guān)系進(jìn)行全面檢定。設(shè)置量水槽時(shí)，槽上應(yīng)裝有觀測或推算逐日流量所用的水尺或自記水位計(jì)；水尺或自記水位計(jì)的進(jìn)水口應(yīng)位于水段內(nèi)，與喉道的距離為進(jìn)水口長度的2/3。（2）量水堰的設(shè)置常見的量水堰主要由溢流堰壁、堰前引水渠（或水池）以及護(hù)底等幾部分組

成。按堰頂和堰口形狀的不同，可有三角形堰、梯形堰、矩形堰和拋物線形堰之分。三角形堰是具有三角形堰口的薄壁堰，堰口為銳緣，角度。一般有600、900、1200等，設(shè)計(jì)取。=900。三角形薄壁堰是一種測流精度較高的堰，主要是利用豎直薄板上的V形缺口進(jìn)行測流，如圖6-2所示。缺口頂角Q的二等分線應(yīng)鉛垂，并于渠道兩側(cè)的邊墻等距離。頂角a的范圍是20°?100°，必須采用精確的方法加工。當(dāng)a=90°時(shí)，稱直角三角形堰，是使用最廣泛的一種三角堰。三角堰只適用在順直、水平的矩形渠段中。但是，如果缺口的面積與行近渠道的面積相比很小以致行近流速可以忽略時(shí)，則渠道形狀無關(guān)緊要。行近渠道中的水流應(yīng)均勻穩(wěn)定。當(dāng)b/B>1/3和hmax/P]>1時(shí)，對行近渠道要求的平坦光滑程度更高一些。梯形堰是具有上寬下窄的梯形缺口壁堰，缺口為銳緣，銳緣傾斜面向下游，堰口邊坡比通常1:4和1:1兩種。梯形堰為一種具有梯形缺口的薄壁量水設(shè)施（如圖6-7）?？捎媚景逖呖诩予F皮、鋼絲網(wǎng)混凝土薄板堰口加鐵皮或薄鐵板、塑料板等制成。b-梯形堰上口寬度，T-側(cè)邊寬度mL-b-梯形堰上口寬度，T-側(cè)邊寬度mL-堰的下底寬度，即行近河槽寬度，，cmh-缺口高度，H書，cmD-堰高度沖B-梯形堰下底寬度，p-缺口底距堰底高度，H-堰上游最大水頭，hn--下游水位高出堰坎的水深■-上下游水位差。梯形量水堰示意圖堰檻寬度b一般在（0.25?1.5）m之間，堰口側(cè)邊通常為4:1（豎:橫）的斜邊，堰口呈銳緣狀。常用的標(biāo)準(zhǔn)梯形堰結(jié)構(gòu)尺寸見表6-2。

堰坎寬BbHmaxhTP適宜施測流量q范圍(L/s)2531.68.313.38.38.32~125060.816.621.616.616.610~637590.025.030.025.025.030~178100119.133.338.333.333.361~365125148.341.646.641.641.6102~640150177.550.050.050.050.0165~1009表6-2常用梯形量水堰結(jié)構(gòu)尺寸表cm注：表中b=B+h/2,Hmax瑚/3+5,T=Bl3,PNBI3。矩形堰直立矩形薄壁堰的結(jié)構(gòu)如圖6-6。1、不淹沒無側(cè)收縮(b=B)溢流其常用的流量q計(jì)算公式如下:(1)巴贊公式適用條件為：0.2m<p上vLE,b=2m,OJmvHmm式中( 0.0133)1.794+ x1+0.55:式中( 0.0133)1.794+ x1+0.55:2]k H)]lH+P)k 上/jbH3/2(2)雷包克公式(適用條件為：0.15m<P上( H)1.782+0.024—P

k P"(6-3)<L22m'b=2m,H<4P上)bH3/2(6-4)H=H+0.0011m(3)全蘇水工科學(xué)研究院公式(適用條件為：HN0.10m,(6-5)心上)乂弋又bH3/2(6-6乂弋又bH3/2(6-6)q=3.313「1+p上kH)3/2bH3/2(6-7)( H)0.402+0.054——

pk P上(4)羅斯公式(適用與低銳緣堰，條件為：0<%<0.06)H2、不淹沒、有側(cè)收縮(b<B=溢流)流量常用下列巴贊公式計(jì)算:q=…山0.0133q=…山0.01331.794+ H-0-133Bbb]x1+0.55(b)^TH.2]lB)1H+P)上bH3/2(6-8)3、淹沒溢流(1)淹沒準(zhǔn)則。當(dāng)Z>0,3、淹沒溢流(1)淹沒準(zhǔn)則。當(dāng)Z>0,且時(shí)，下游水位影響過堰流量，即屬于淹沒堰。由表6-1查取，表中的m°值，按下式計(jì)算:=0.405+0.0027H(6-9)式中的H為堰上水頭，m。m0Z/P 0.100.200.300.400.500.751.01.502.00.420.890.840.800.780.760.730.730.760.820.460.880.820.780.760.740.710.700.730.790.480.860.800.760.740.710.680.670.700.78表6-1值"P"臨(2)淹沒堰流量。其流量計(jì)算公式為(6-10)式中：q——不淹沒堰的流量;q淹——淹沒堰的流量;淹沒系數(shù)。淹沒系數(shù)可按下列公式計(jì)算:r=1.051+0.2(6-11)I(6-11)量水堰的設(shè)置，一般應(yīng)盡可能遵守下列規(guī)定：為了把下滲和旁滲水量減少到最小程度，堰底應(yīng)設(shè)置截水墻，且最好伸至不透水層。堰口附近的迎水墻兩側(cè)應(yīng)伸入河岸至少0.5m，以保證與天然的河岸連接緊密。堰壁平整，且垂直于平均流向，鉛垂于水平面；在平面上水流動(dòng)軸線應(yīng)通過堰口的對稱中心；同時(shí)堰壁應(yīng)磨光或涂以油漆，以防止生銹和保證在水頭很小時(shí)，堰流水舌仍能自由跌落，而不致貼附在堰壁上。萬一出現(xiàn)這種現(xiàn)象，即停止使用量水堰測流。堰口邊緣應(yīng)銳利，堰坎高出堰前的河底或引水渠底不應(yīng)小于0.5m。堰前水流應(yīng)呈直線流動(dòng)。當(dāng)最大流量通過時(shí)，堰前漸近流速最好不超過0.25m/s，溢流水舌下應(yīng)保證空氣有自由通道。水尺或自記水位計(jì)應(yīng)位于堰口上游相距為最大水頭兩倍的地方。當(dāng)來水兇猛時(shí)，可更遠(yuǎn)些。其零點(diǎn)最好位于堰坎中央高度一致，以便直接觀讀或自記水位。（3）量水建筑物流量計(jì)算①量水槽量水槽流量計(jì)算，按照水流形態(tài)的不同可有兩種情況：I、 當(dāng)量水槽水流為自由出流時(shí)，即h下/h上＜0.7時(shí)（h上、h下分別為上、下游水深，單位為m），其流量按下式計(jì)算：Q=0.372W（h上/0.305）1.56W0.026式中：Q 過槽流量，m3/s；W 喉道寬度，m。II、 當(dāng)量水槽水流形態(tài)呈淹沒出流時(shí)，即當(dāng)0.95Nh下/h上＞0.7時(shí)，則將按自由出流公式計(jì)算出來的流量Q（同I），再減去按下式計(jì)算出來的流量修正值q：… h ，一一，， q=0.07 上 4.57-3.14上+0.007W0.815L（1.8/k）1.8-2.450.305式中：k 為淹沒度，k=h下/h上。當(dāng)k＞0.95時(shí)，量水槽便失去測流作用，此時(shí)就要用其他方法進(jìn)行測量。量水槽處于淹沒出流時(shí)，除使觀測資料的整理工作大大復(fù)雜外，還使測流精度顯著降低。因此，在決定量水槽槽底高程時(shí)，應(yīng)盡量使整個(gè)測流范圍內(nèi)的水流處于自由出流狀態(tài)。②量水堰應(yīng)用量水堰測流時(shí)，觀測其水頭高度，代入過堰流量公式，即可求得流量值。I、確定三角形堰過堰流量的基本公式為：

Q=(8/15川(2g)0.5(tgB/2)H2.5式中：Q——過堰流量，m3/s；R——流量系數(shù)，約等于0.6；H——過堰水深，m；。一一堰口夾角，度；g 重力加速度，9.81m/s2；當(dāng)三角形堰的堰口夾角。=900時(shí)，其過堰流量計(jì)算公式可由上式簡化為：Q=1.4H2.5。三角堰的測流范圍很小，但精度高。常常用作流量監(jiān)測設(shè)備。其流量公式分自由流公式和淹沒流公式兩類。三角堰過流時(shí)，下游水位低于堰頂時(shí)，即為自由流。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）推薦肯斯瓦特一沈氏公式：q=c.邑?tg生.、：2g-h5/2(6-1)4d15 2'%e(6-1)式中：q——過堰流量，m3/s；cD——流量系數(shù)，無量綱；a——三角堰的頂角，（°）；he——有效水頭。he=h+kh，h為實(shí)測堰上游水頭，kh為修正粘滯力和表面張力的綜合影響值，當(dāng)a=90°時(shí)，kh=0.00085m；a=20°?100。時(shí)，kh=（0.0029?0.00085）m，見圖6-5。CD=fCD=f(6-2)對于直角三角堰（即a=90°），流量系數(shù)cD可由圖6-3確定。當(dāng)a尹90°尚難通過試驗(yàn)來求得式（6-2）的一般關(guān)系式。但如行近渠道的過水?dāng)嗝娣e比三角堰缺口面積大得多，以致行近流速可以忽略不計(jì)，則h/P1和P1/B的影響也可忽略不計(jì)，此時(shí)cD僅為a的函數(shù)，如圖6-4所示。此時(shí)?僅為a的函數(shù)，如圖6-5所示?？纤雇咛匾簧蚴瞎竭m用條件為：頂角a必須在20°?100。之間；對于直角三角堰，h/P1及P1/B的適用范圍如圖6-3所示。對于其他角度的三角堰，要求h/P產(chǎn)0.35,P/B=0.10?1.5；h>0.06m；P1>0.09m；過堰水流為自由流。由于流量系數(shù)cD受三個(gè)變量影響，使用不便，于是在制造直角三角堰時(shí)規(guī)定，P1=T=hmax，即B=4P1，h/P普1(對于a尹90°的一般三角堰，也作類似規(guī)定)，此時(shí)取流量系數(shù)c°=0.59，得到簡化的通用流量公式。對直角三角堰：0=1.343h2.47II、確定梯形堰過堰流量的基本公式為：Q=M(b+0.8g&-H)H3/2式中：Q——過堰流量，m3/s；M——流量系數(shù)，等于1.86，當(dāng)來水流速大于0.3m3/s，取1.9；b 堰坎寬度，m；P——堰口邊坡角度，度；其他符號(hào)意義同上。若堰口邊坡采用1:4(即tgP=1/4)，堰坎寬b=3H時(shí)，其過堰流量可按下式計(jì)算：Q=MbH3/2=1.87bH3/2若堰口邊坡采用1:1(即tgP=1)，其過堰流量可按下式計(jì)算：Q=MbH3/2式中：M=1.860+H)/(b+0.25H)當(dāng)下游水位低于堰檻(自由流，見圖6-7)時(shí)，流量公式為q=1.86bH3/2 (6-12)式中：q 流量，m3/s；H——堰水深，m；b 堰坎高，m。1.86——綜合流量系數(shù)由實(shí)驗(yàn)求得，當(dāng)流速大于0.3m/s時(shí)，此值改為1.90。根據(jù)上面公式，并假設(shè)b=1，制成表6-3。適用時(shí)根據(jù)過堰水深H在表中查出相應(yīng)的流量，再乘以實(shí)際堰寬b，即得所求流量q。當(dāng)下游水位高出堰檻，且上、下游水位差與堰檻高之比(〃尸)小于0.7(潛流)時(shí)，流量公式為q=1.86fbH3/2 (6-13)式中：fn——潛沒系數(shù)，通?？捎杀?-4查得。表6-3梯形量水堰自由流流流量表 m3/s過堰水深H/s0.0000.0020.0040.0060.008過堰水深H/s0.0000.0020.0040.0060.0080.020.030.0050.0100.0060.0110.0070.0120.0080.0130.0090.0140.170.1310.1320.1350.1370.1390.180.1420.1440.1470.1490.1520.040.050.0150.0210.0160.0220.0170.0230.0180.0250.0200.0260.190.1540.1560.1590.1610.1640.200.01660.1690.1710.1740.1770.060.070.0270.0350.0290.0360.0300.0380.0320.0390.0330.0410.210.01790.1820.1840.1870.1890.220.1920.1940.1970.2000.2020.080.090.0420.0500.0420.0520.0450.0540.0470.0560.0490.0570.230.2050.2080.2110.2130.2160.240.2190.2210.2240.2270.2300.100.110.0590.0680.0600.0700.0630.0720.0640.0740.0660.0760.250.2320.2350.2380.2410.2440.260.2470.2500.2520.2550.2580.120.130.0780.0870.0800.0900.0820.0920.0840.0940.0850.0960.270.2600.2630.2660.2700.2720.280.2750.2780.2810.2840.2870.140.150.0980.1080.1000.1110.1020.1130.1040.1150.1060.1170.290.2900.2930.2960.2990.3020.300.3050.3080.3110.3140.3170.160.1190.1220.1240.1260.128hJHfhJHfhJHfhJHfhn/HfnhJHfn么/H | fn 么/H | fn 么/H | fn || 么/H | fn

0.060.9960.060.9960.280.9440.080.9920.300.9390.100.9880.320.9320.120.9840.340.9250.140.9800.360.9170.160.98888760.380.9090.180.9720.400.9010.200.9680.420.8920.220.9630.440.8840.240.9580.460.8750.260.9520.480.8650.500.8550.720.7140.520.8450.740.6980.540.8340.760.6820.560.8230.780.6620.580.8120.800.6420.600.8000.820.6210.620.7870.840.5990.640.7740.860.5760.660.7600.880.5500.680.7460.900.5200.700.730注：hn為下游水位高出堰檻的水深。（4）量水建筑物的檢定適時(shí)對量水建筑物進(jìn)行檢定，是量水建筑物測流的一項(xiàng)重要工作。應(yīng)用直接測流的方法，隨時(shí)檢驗(yàn)各種建筑物的水位流量關(guān)系，可以確保量水建筑物的測流精度。①一般要求通常按照標(biāo)準(zhǔn)尺寸設(shè)計(jì)建造的量水建筑物，其工藝水平符合標(biāo)準(zhǔn)要求，經(jīng)過驗(yàn)收后，在一定范圍內(nèi)可不經(jīng)過檢定直接應(yīng)用測流。各種量水建筑物原則上每年檢定1次，但若連續(xù)兩次檢定的曲線相差在土3%?±5%以內(nèi)，則以后可每隔2?3年檢定1次。量水建筑物的檢定范圍，量水槽在水頭低于5cm的范圍內(nèi)檢定，在流量大于2m3/s的高水頭范圍內(nèi)最好也做檢定。量水堰只在水頭低于5cm的范圍內(nèi)檢定，但當(dāng)發(fā)生貼壁流時(shí)，應(yīng)改用更可靠的設(shè)備經(jīng)常施測。此外，當(dāng)各種量水建筑物的各部分尺寸不合標(biāo)準(zhǔn)或裝置不正確時(shí)，其檢定范圍應(yīng)擴(kuò)大到整個(gè)水位變幅內(nèi)。②檢定方法量水槽的檢定一般用流速儀或體積法進(jìn)行。在流量大于2m3/s時(shí)，用流速儀法檢定；當(dāng)水頭小于5cm時(shí)，用體積法或活動(dòng)式三角形堰板同時(shí)測流檢定。流速儀檢定量水槽時(shí)，必須在流量穩(wěn)定時(shí)期進(jìn)行；測流時(shí)間盡可能縮短；測流方法按一般流速儀的規(guī)定進(jìn)行。用活動(dòng)式三角形堰板檢定時(shí)，首先裝好堰板，待過堰水流穩(wěn)定后，即進(jìn)行觀測。在裝好堰板之前和裝好堰板發(fā)生雍水以后，應(yīng)分別觀測和記錄水位。具體測流方法按一般要求。量水堰的檢定，其低水部分通常采用體積法。檢定時(shí)，最好在堰壁上加一個(gè)

集水通，用螺栓固定和用手壓緊，亦可加防止漏水的措施，以使全部堰水流注入測量容器內(nèi)。附表5三角堰堰高(h)-流量(Q)關(guān)系堰高堰高h(yuǎn)流量Q備注級(jí)別cmLg-iL/minm3-h-1m3-d-1堰高h(yuǎn)/cm系數(shù)c11.00.01420.8520.0511.227<5.00.014211.50.03912.3480.1413.3815.1?10.00.014112.00.08034.8200.2896.94010.1?15.00.014012.20.10196.1160.3678.80815.1?20.00.013912.40.12677.6030.45610.94820.1?25.00.013812.60.15489.2870.55713.37325.1?30.00.013712.80.186311.1770.67116.09513.00.221413.2810.79719.125公式Q=ch5/213.20.260115.6070.93622.47413.40.302718.1611.09026.15213.60.349220.9511.25730.16913.80.399723.9831.43934.53514.00.454427.2641.63639.26014.10.483329.0001.74041.76014.20.513330.8011.84844.35314.30.544532.6671.96047.04125.10.828249.693.071.55825.51.000360.023.686.42526.01.243474.604.5107.42626.51.518891.135.5131.22527.01.8279109.686.6157.93527.52.1721130.327.8187.66628.02.5524153.149.2220.52528.52.9701178.2010.7256.61429.03.4263205.5812.3296.03229.53.9222235.3314.1338.877210.04.4588267.5316.1385.241310.14.5387272.3216.3392.144310.55.0015300.0918.0432.131311.05.6184337.1020.2485.427311.56.2787376.7222.6542.483312.06.9836419.0225.1603.386312.57.7340464.0427.8668.216313.08.5307511.8430.7737.055313.59.3748562.4933.7809.984314.010.2671616.0337.0887.078314.511.2085672.5140.4968.416315.012.1999731.9943.91054.071415.112.3156738.9444.31064.072

415.513.1475788.8547.31135.946416.014.2336854.0251.21229.783416.515.3718922.3155.31328.123417.016.5629993.7859.6