一种弯道测流装置及测流方法与流程

本发明属水利工程技术领域，涉及一种弯道测流装置及方法，主要应用于水利行业弯道测流方面，尤其是应用于流量变幅很大的弯道测流，可以准确测量水流流量。

背景技术：

在水力学上，准确地进行弯道流量测量一直是一个难题。所谓弯道，不是弯曲的管道，而是指天然河道、人工渠道的弯曲段。虽然在这方面前人进行了较多的研究，但是大部分停留在试验、试用阶段，甚少应用到实际工程中，这是由于受到严格边界条件的限制，所测量的流量并不准确。但是在有些情况下，要求在弯道出流的情况下准确测量流量，要同时包括很大的流量和很小的流量，例如水库溢洪道在溢洪时流量很大，但在进行灌溉、应急供水、生态补水时，流量很小，而在这时却需要进行准确的测量流量，以便于计量收费、评估补水效果等等。弯道水流态复杂，会出现断面环流，断面水深出现横向比降；在急流流态下还会出现冲击波，流态更加不稳定。且流速场是不稳定的，这就造成了准确测量流量的困难，同时由于这些情况下过流断面的宽度很大，小流量时水深很小，粘滞力所起的作用不能被忽略，更难以进行精确测量。很多水库的规划布置时，由于受到地形的限制，常常布置成岸边式溢洪道，水流在下泄后回归主河道，必然形成弯道水流。

技术实现要素：

本发明之目的是发明一种能够实现弯道水流流量测量的装置与方法。实现该目的所采用的技术方案是这样的：一种弯道测流装置，其特征在于：该装置在弯道10的出口端处设有铺盖，铺盖的作用是护底防冲，维持断面形状，在铺盖的下游设有连通沟，在较小流量时将水集中汇流。在连通沟的下游是测量段，在测量段的设计高程上设有底板，在底板上设有导流墙及导流边墙，形成第一过流通道、第二过流通道及第三过流通道，若流量大，水道宽，可设置多个过流通道。在过流通道的末端分别设置溢流堰，相对第一过流通道、第二过流通道及第三过流通道分别设置第一溢流堰、第二溢流堰及第三溢流堰，溢流堰顶高程根据量水建筑物水力设计确定；各溢流堰再向下设有下游护坦，以防止水流冲刷。所述的底板在不同的过流通道上高程不同，如图所示，第二过流通道的底板高程和连通沟的底高程相同，该过流通道内的堰顶高程也低于其他堰；第一过流通道和第三过流通道的底板高程和连通沟的沟顶高程相同。所述的溢流堰在不同的过流通道上高程不同，第二溢流堰的高程低于第一溢流堰和第三溢流堰的高程。在导流墙及导流边墙的前端，设置工作桥，在其下的各个过流通道中，设有超声波水位计（也可以是其他形式的水位计，）以便于实时监测各个过流通道的水位。

本发明的测流方法如下：

一种弯道测流方法，根据调度运行方案进行放水，水流进入弯道后，经过铺盖，首先进入到连通沟中，然后进入到底板高程低的第二过流通道中，经过堰顶高程低的第二溢流堰流出，通过下游护坦进入到下游河道中。若流量较小，所有水均通过第二过流通道；随着流量的加大，水位上升，高于第一过流通道、第三过流通道的底板高程，其他各过流通道开始过水，在导墙及导流边墙的作用下形成恒定流，过流通道内的水位稳定，由于弯道流的作用，各过流通道内的水位是不相同的，超声波水位计开始工作，实时测量各个通道内的水位并计算过流流量，累加即可得到整个流量。

本发明是在弯道的出口处（若条件合适，入口也可以）设置多道平行的导流墙，形成多孔过流通道。在导流墙的前端设置连通沟，在导流墙的末端设置溢流堰，导流墙范围内的过流断面参数如断面形状、糙率等要素沿程不发生变化。中间有一过流通道的底板高程低于其他过流通道，和连通沟的底高程相等，其他过流通道的底板高程和连通沟的边坡顶高程相同。在运行时，弯道流出的水流被分隔，进入到导流墙中，导流墙的长度要足够长，要大于该断面最大水深的3～5倍，其目的是弯道出流的水进入到导流墙中，在导流墙的约束下，水流逐渐平顺，并形成恒定流，通过溢流堰。在水流平顺的位置安装水位计，测出堰上水头，堰上水头和流量有稳定的相关关系，可以通过公式进行计算求出流量。

在流量比较小的时候，弯道水流流出弯道后首先进入到连通沟中，然后汇流到高程低的过流通道中，由于水流集中，有足够的水深，可以准确地测量出水位，从而计算出流量。为降低造价，由于导流墙受力很小，可以使用薄壁结构；在导流墙上设有工作桥，以便于测量工作及两岸的交通。

本发明不仅在大流量时可以进行流量的测量，也可以在小流量时进行准确测量，且不影响过水断面的过流能力；方法简单可靠，小流量测量时精度尤高。

附图说明：

图1是本发明结构平面图；

图2是本发明结构b-b剖面图；

图3是本发明结构的a—a剖面图；

图4是本发明结构的正视图。

图中，1、铺盖；2、超声波水位计；3、工作桥；4、导流墙；5、第一溢流堰；6、下游护坦；7、连通沟；8、底板；9、导流边墙；10、弯道，11、第一过流通道，12、第二过流通道，13、第三过流通道，14、第二溢流堰，15、第三溢流堰。

具体实施方式：

参照附图，一种弯道测流装置，其特征在于：该装置在弯道10的出口端处设有铺盖1，铺盖1的作用是护底防冲，维持断面形状，在铺盖1的下游设有连通沟7，在较小流量时将水集中汇流。在连通沟7的下游是测量段，在测量段的设计高程上设有底板8，在底板8上设有导流墙4及导流边墙9，形成第一过流通道11、第二过流通道12及第三过流通道13，若流量大，水道宽，可设置多过流通道。在过流通道的末端分别设置溢流堰，相对第一过流通道11、第二过流通道12及第三过流通道13分别设置第一溢流堰5、第二溢流堰14及第三溢流堰15，溢流堰顶高程根据量水建筑物水力设计确定；各溢流堰再向下设有下游护坦6，以防止水流冲刷。所述的底板8在不同的过流通道上高程不同，如图所示，第二过流通道12的底板高程和连通沟7的底高程相同，该过流通道内的堰顶高程也低于其他堰；第一过流通道11和第三过流通道13的底板高程和连通沟7的沟顶高程相同。所述的溢流堰在不同的过流通道上高程不同，第二溢流堰14的高程低于第一溢流堰5和第三溢流堰15的高程。在导流墙4及导流边墙9的前端，设置工作桥3，在其下的各个过流通道中，设有超声波水位计2（也可以是其他形式的水位计，）以便于实时监测各个过流通道的水位。

本发明的测流方法如下：

一种弯道测流方法，根据调度运行方案进行放水，水流进入弯道10后，经过铺盖1，首先进入到连通沟7中，然后进入到底板高程低的第二过流通道12中，经过堰顶高程低的第二溢流堰14流出，通过下游护坦6进入到下游河道中。若流量较小，所有水均通过第二过流通道12；随着流量的加大，水位上升，高于第一过流通道11、第三过流通道13内的溢流堰顶高程，其他各过流通道开始过水，在导墙4及导流边墙9的作用下形成恒定流，过流通道内的水位稳定，由于弯道流的作用，各过流通道内的水位是不相同的，超声波水位计2开始工作，实时测量各个通道内的水位并计算过流流量，累加即可得到整个流量。

由于在过流通道内的水流是稳定平顺的，水位也是稳定水平的，所以测量的结果是准确的。在小流量时，水流集中，水深大，也可以准确测量出水位，从而测得准确的流量。