一种应用于矩形明渠流量计量的方法与流程

本发明属于水利工程技术领域，具体涉及一种应用于矩形明渠流量计量的方法。

背景技术：

随着水资源供需矛盾的日益尖锐，计划用水和水量调配工作显得越来越重要。水资源问题的提出和重视，很多场合都希望能够迅速、准确地测得流量水量等参数，突出地反映在灌区和引水工程的水量计算、污染物总量控制和水资源调度分配方面。目前，常用的检测方法为堰槽法，即采用量水堰成槽进行流量计量。

堰槽法是一种比较传统的量水设备，主要有:薄壁堰、宽顶堰、梯形剖面堰、三角剖面堰、平坦v型堰、长喉道槽、短喉道槽(包括巴歇尔槽和孙奈利槽)以及无喉道槽等。

堰槽法的基本原理是让水流通过束缩的过水断面并控制水流，利用水流通过过水断面最狭窄的部分时出现的稳定的水位流量关系来计算流量，因为在这种情况下，水流会形成缓流到急流的过渡即临界流，从而在槽前构成稳定的水位流量关系。

堰槽法是一种比较经济有效的方法，精度也相对较高，但其明显的缺点是若要保证精度，就需要保证在测量时，水位流量的关系式是稳定的，但是随着时间的推移，水位流量的关系往往是变化的。

堰槽法的测流精度受到很多因素的影响，如受到来流条件的限制，漂浮物和沉积物影响,或缩窄渠道断面而影响过流能力。而一般作为标准所用的标准薄壁量堰则存在容易产生淤泥的缺点，不适合长期测量所用。

因此，为满足当前的工程实际需求，急需提出一种简单、方便的明渠量水新技术与新方法。

技术实现要素：

针对现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种应用于矩形明渠流量计量的方法，所述方法包括步骤：

于明渠流量计量段起始点修建基底层至检测点正下方，将该区间的明渠渠底改造，使测量段的渠道底坡度-10％～0，检测点与下游原渠道渠底采用垂直跌坎或斜坡跌坎顺接；

利用超声波水位计，测定跌坎处水深he，通过如下公式，获得跌坎处的流量：

式中b为渠道宽度，g＝9.81m/s²，me＝0.70～0.75；he的单位为米。

本发明所述“流量计量段”为本领域常规意义上的为了进行测量而划定的测量区段。

如本发明的实施例所示，本发明对于明渠流速的检测精度很高，与标准测量方法相比，误差可控制在2％以下。同时，本发明避免了标准测量方法所具有的由于大量淤泥堆积导致的检测精度下降的问题。因此，本领域的技术人员容易理解，由于精度高且避免了检测精度下降的问题，本发明可以实现长期的流量计量。

优选的，所述渠道底坡度为0。

本领域技术人员可根据具体的测量环境，以最低成本对明渠改造，无需一定将坡度改造为0。

优选的，检测点与基底层起始端之间的距离不大于15m。

当上述距离不大于15m时，可以兼顾测量效果和施工成本。

本领域技术人员应知，上述距离的长短并不直接影响本发明的技术效果的获得，检测方和施工人员可以根据具体的地理环境和施工成本选择具体的长度。一般而言，不大于15m的距离，是比较合适的。

检测点跌坎跌落高不低于0.2m。

当跌落高不低于0.2m时，可以使得跌坎下落水流为自由跌落水流，利于本发明技术效果的获得。

位于检测点处跌坎角度θ为90～135°。

优选的，位于检测点正下方的基底层处的侧面与地平面垂直，即θ为90°。

优选的，所述基底层的璧面光滑。璧面的光滑可以保证水流的稳定，利于检测。

更优选的，所述基底层的璧面由包括表面光滑的玻璃、铜板或钢板衬砌而得。

当采用上述材料时，可以防止水流对基底层沙土的冲刷，可以提供更加稳定的测量效果。

所述基底层的结构为素混凝土结构或水泥砂浆结构，其在原有渠底基础上设置。本发明基底层的结构可用任何一种水利相关的施工结构进行修建，本领域技术人员可以根据具体明渠的特点或者施工成本等因素进行选择。

本发明的有益效果：

本发明对矩形明渠流量的计量具有高度的精确性，与标准方法相比误差不大于2％，同时能避免常规方法在长期使用中检测精度下降的问题。

附图说明

图1为本发明计量方法示意图，其中i0为明渠原底坡；i1为流量计量段渠底经填筑基底层后底坡，其坡度为-10％～0；θ为跌坎与水平角度，为90～135°；he为跌坎上利用超声波液位计或水位仪测定的跌坎水深(单位：m)。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只是用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

在实验室中，修建宽度为0.30m的矩形明渠，测量段坡度为0，流量计量段长度为10m，璧面为0.5cm厚的玻璃，跌坎高度为0.20m，跌坎角度为100°，经测定，水流量为0.050～0.200m³/s。

采用超声波水位计测定跌坎处水深he。

利用公式计算明渠流量，在明渠下游设置矩形标准薄壁量堰对利用上述公式计算的明渠流量进行校正，式中b为渠道宽度，g＝9.81m/s²，me＝0.75；he的单位为米。

经比对校正，本发明的测量误差在2％以内。

实施例2

在实验室中，修建宽度为0.30m的矩形明渠，测量段坡度为-5％，流量计量段长度为15m，璧面为0.5cm厚的玻璃，跌坎高度为0.30m，跌坎角度为135°，经测定，水流量为0.050～0.200m³/s。

采用超声波水位计测定跌坎处水深he。

利用公式计算明渠流量，在明渠下游设置矩形标准薄壁量堰对利用上述公式计算的明渠流量进行校正，式中b为渠道宽度，g＝9.81m/s²，me＝0.70；he的单位为米。

经比对校正，本发明的测量误差在2％以内。

实施例3

在实验室中，修建宽度为0.30m的矩形明渠，测量段坡度为-10％，流量计量段长度为15m，璧面为0.5cm厚的不锈钢钢板，跌坎高度为0.20m，跌坎角度为90°，经测定，水流量为0.050～0.200m³/s。

采用超声波水位计测定跌坎处水深he。

利用公式计算明渠流量，在明渠下游设置矩形标准薄壁量堰对利用上述公式计算的明渠流量进行校正，式中b为渠道宽度，g＝9.81m/s²，me＝0.72；he的单位为米。

经比对校正，本发明的测量误差在2％以内。