专利名称：灌区配水口量水的率定方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种灌区、泵站灌溉配水流量的测定方法，特别是一种灌区、泵站灌溉配水口量水的率定方法及其装置。
目前国内灌区情况是比较富裕的灌区向装设新型测流仪器发展，但全面实现用仪器测量的极少，因灌区线路长，区域广，配水口众多，装设先进的测流仪器投资巨大，大多灌区难以承担，况且，测流仪器的使用技术较复杂，广大群众不易掌握，难以推广;有少数灌区修建了部分量水槽(无喉、巴氏);大型灌区有少数关键的分水闸，节制闸处利用流速仪进行测流。经专利检索CNPATCO-ROM(1985～1992)数据库，未见测量水流量采用率定方法及其装置。
国外与我国国情不同，发达国家灌区量水是向装设精密测流仪器发展，也未发现在全灌区采用率定方法量水的资料和信息。
本发明的任务是从我国灌区的实际情况出发，为解决灌区计量用水的一大难题而提供的一种对灌区、泵站灌溉配水口进行率定的方法，确定水位与流量的对应关系，实现灌区普遍量水。此法应用简便易行，投资少，灌区群众容易掌握应用，可为国家节约大量投资和费用。率定是利用灌区原有的渠系建筑物，在所选定的配水口断面上进行测流，不需要新筑工程，也不用装设测流仪器，主要采用流速仪测定流速，经换算制成水位～流量关系表，实用时查表即可确定配水口流量。
本发明的任务是以如下方式完成的
该率定量水法是利用流速仪在选定的配水渠道断面上进行流速测量，依据渠道流速的大小，可相应采用大、中、小三种型号流速仪(如选用旋杯式流速仪)。断面的每个水位规定测2～3条测线，每条测线采用一点法进行测量。每个断面测三个不同的水位(含正常灌溉时的最高水位)，计算出对应于三个不同水位的三个不同流量，加上座标零点就有四个点，即可在H-Q(H-水位，Q-流量)座标系上绘出一条曲线，再根据曲线从0点开始，水位每升高一厘米，所对应的流量均可查出来，形成了H-Q关系表。在每个所测定的量水断面侧壁上绘制上水尺，实际量水时，只要看水尺水位，就可在H-Q关系表上查出流量，再记下过水时间，就可计算出流水量。
率定的精度九一年春浇开始，对全市八个县区15个灌区进行全面的配水率定，从九二年春灌开始应用率定法量水，经用其它方法验证，率定误差不大于±5%，总误差不超过±5.23%，完全满足灌区量水要求。
下面结合附图及附表对发明作进一步说明。
图1(a)为梯形水渠配水口断面图。
图1(b)为图1(a)沿Ⅰ-Ⅰ线的剖面图。
图2(a)为矩形水渠配水口断面图。
图2(b)为图2(a)沿Ⅱ-Ⅱ线的剖面图。
图3为梯形断面水渠配水口测线布置图。
图4为矩形断面水渠配水口测线布置图。
图5为梯形断面配水口水位-流量(H-Q)关系曲线图。
图6为矩形断面配水口水位-流量(H-Q)关系曲线图。
参照图1，图中1是土质或石质渠体，2是渠表面，3是水尺，在选定的渠道配水口断面侧壁处用水泥抹光面，刷白漆底子，用红漆画出红白相间的水尺，水尺每格不大于2厘米。4是标定水尺处的砼予制板或三合土质渠测壁区。参照图2，对于矩形水渠一般均为素砼或块石防渗渠体，1是渠槽土基，2是水渠内表面，3是水尺，4是防渗渠体。
图3、图4中0，1，2，3，4-代表五条测线，其中0为基准测线。
V0，V1，V2，V3，V4-代表测线0，1，2，3，4的平均流速。
h0，h1，h2，h3，h4-代表测线0，1，2，3，4之水深。
本发明具体实施方法及其装置1、工具配备①测流工具流速仪(含滑尺、音响盒、秒表)、钢卷尺、皮尺、五号电池、架板、改变水位用的档水板(或装土的编织袋)、铁锨等。②施测记录用具记录表格、文件夹、铅笔。③计算用具计算器。④绘图工具三角板、曲线板、铅笔、橡皮、小刀、米格纸(16K)、水位-流量关系表。
2、施测断面选择①测流断面应围绕向行政村供水方向选择，一个断面能控制全村水地的，就选一个，两个或两个以上断面才能控制全村水地的，就选两个或两个以上断面，并将断面选在渠段平直、水流均匀、无旋涡回流的地方，要与水流方向垂直。②把所选定的率定断面一律标在灌区渠系现状图上，并从上游至下游统一编号。③在选定断面处标上水尺。
3、施测①仪器适应范围所购置的流速仪有三种，大型的有两种，小型的一种。大型金属旋杯式流速仪适用于较大流速的渠道测流，旋杯每转五圈记数器响一下;塑料旋杯式流速仪每转一圈记数器响一下;小型流速仪适用于小型渠道流速在0.5米/秒以下的情况。流速仪的使用方法依照其说明书要求。
②施测垂线布置渠道断面施测垂线数目应根据渠道宽度来确定，渠道较宽(1.5～5米)的干、支渠可设3～5条垂线;渠道断面较小的可设2～3条施测垂线，施测线具体布置如图3、图4。要求测线比较均匀的分布在测流断面上。
③基准线位置要求把水面与渠岸交接处作为基准线0点。
④测点位置垂直测线的平均流速施测均采用一点法，即将流速仪放在距水面以下0.6倍水深处(以流速仪旋杯的中心线为准)。
⑤要求所测水位数为了达到每个测流断面都能绘制出水位-流量关系曲线的目的，要求在同一个断面上最少要测三个不同的水位，并且要包括最小水位和满足浇地要求的最大水位。可根据施测灌区的具体情况及条件，采取相应的改变水位方法。
⑥在施测各级渠道利用系数时，只测一个水位，即以往浇地放水时的正常水位，并要求待水位稳定后再行施测，方有代表性，必须在同一个断面同一水位下连续测三次，最后将三次测值经计算取其三次平均值方为有效。
⑦施测时秒表与记数器(音响盒)要配合好，切记要以响数为准掐表，流速仪放入水流予定位置后，要等记数器响声均匀了，再开始记数，记数第一响掐表，记数为零，最后一响掐表，先记下音响数，然后再看秒表记下历时数。一般要求一个测点施测时间不少于120秒。
4、旋测记录①旋测时一组最少需三人，持流速仪施测一人，掐秒表测距一人，记录一人，要求三人互相配合工作。
②测记顺序(1)测基准0线水深h0(若水渠为梯形断面，则“0”点水深h0为零)。
(2)量垂线“1”起点矩L1(即基准线“0”至测线“1”的水平距)，并测垂线“1”水深h1，记录在表格内，将流速仪置於测线“1”水深h1的0.6倍处(距水面0.6倍的水深处)进行施测，并记录下记数器音响数和历时秒数，第一点测完。
(3)依照上述顺序和方法施测垂线“2”、“3”的各项。
(4)测量垂线“4”的起点矩L4及水深h4，并记录在表格中，至此该断面同一水位施测完毕。
(5)改变水位后，按照上述方法进行第二个水位的施测记录工作，最少要测三个不同的水位，一个断面的施测工作才算完成(如图4)。
5、计算①根据施测记录，利用该流速仪的流速计算公式计算出每个测点的流速V(即垂线平均流速)。垂线“0”和“4”对于矩形断面只有水深h，设有流速V;对于梯形断面，既无水深，也无流速。
②部分平均流速Vip的计算中间两垂线“1”和“2”;“2”和“3”的平均流速为两垂线间部分的流速，两边靠渠岸的部分流速为靠岸边的垂线“1”和“3”流速乘以一个系数K。
如图3，V1P＝V1×KV2P＝1/2(V1+V2V3P＝1/2(V2+V3V4P＝V3×K系数K，对于不同形状的断面其数值不同，矩形断面浆砌石防渗 K＝0.8砼防渗 K＝0.9梯形断面土渠和防渗粗糙者 K＝0.7砼防渗 K＝0.8③部分宽bi的计算设测线“0”、“1”、“2”、“3”、“4”的起点矩为L0、L1、L2、L3、L4，则b1＝L1-L0;b2＝L2-L1;b3＝L3-L2;b4＝L4-L3④部分平均水深hi矩形h0，1均＝1/2(h0+h1)h1，2均＝1/2(h1+h2)h2，3均＝1/2(h2+h3)h3，4均＝1/2(h3+h4)梯形两边h0＝h4＝0h0，1均＝1/2(O+h1)h1，2均＝1/2(h1+h2)
h2，3均＝1/2(h2+h3h3，4均＝1/2(h3+0)⑤部分面积fi矩形f1＝h0，1均×b1f2＝h1，2均×b2f3＝h2，3均×b3f4＝h3，4均×b4梯形f1＝1/2(h1×b1)f2＝h1，2均×b2f3＝h2，3均×b3f4＝1/2(h3×b4)⑥部分流量Qi部分流速Vip乘以相应的部分面积fi，即Q1＝V1p×f1Q2＝V2p×f2Q3＝V3p×f3Q4＝V4p×f4⑦整个断面流量Q断＝Q1+Q2+Q3+Q4⑧整个断面面积f断＝f1+f2+f3+f4⑨断面平均流速V断均＝Q断÷f断⑩断面平均水深h断均＝(h0，1均+h1，2均+h2，3均+h3，4均)÷46.绘制断面水位-流量(H-Q)曲线图，如图6。
①根据所计算出的断面不同水位和流量，在米格纸上H(水位)-Q(流量)座标系中点出相应的点，三个水位相应的三个流量可以点出三个交汇点，加上零点，用曲线板将此四个点绘成曲线，并将此渠道的断面图也绘制于H-Q曲线图下方。
②根据H-Q曲线将水位每升高1厘米所对应的流量数全部插补出来，填入水位-流量关系表内(见附表1)。
③施测各级渠道利用系数将渠道分段，对段首和段尾分别进行流量测验，并记入测流记录表(表2)，通过计算得出段首、段尾流量、测段长度，填入渠道利用系数计算表(表3)，并计算利用系数及单位损失系数等。
④渠道利用系数若为分段施测，则各段系数相乘即为整个渠道的利用系数。
⑤同一级渠道若有多条，则选择有代表性的测几条，然后将各条渠道的系数与各自的设计流量加权平均，以求得该级渠道的平均利用系数(见附表4)。
⑥填好各种与率定工作有关的统计表。
7、经常工作测流工作并非一劳永逸，因灌区的渠道是在不断变化的，如由未防渗变防渗、自然老化、人为破坏、防渗更新等，都会影响水位-流量关系曲线的变化和渠系利用系数的变化，这就要求随时将条件改变了的渠道重新测定，才能保持一定的精确性，才能更好地服务于灌区用水的管理。
8、对于较陡的小型渠道可采用量水堰测流①渠道较陡，流速过大，较小水位下的流量即可满足浇地要求的渠道，无法使用流速仪测流，这种渠段可用量水堰(梯形堰、三角堰)测流，选择的量水堰应与《农田灌溉的量水方法》一书中的量水堰尺寸相符，并按其技术要求制做，方可使用书中所列流量表。
②做成的每个量水堰都要经流速仪率定后方可使用。
附表1 灌区量水建筑物水位-流量关系表率定时间年月日 施测-记录-计算-校对-主持-
权利要求
1.一种为灌区配水口量水的率定方法，其特征是利用灌区原有的渠系建筑物，在所选定的配水口断面上进行测流，采用流速仪测定流速，计算出同一断面不同水位下的流量值，绘制各配水口断面水位--流量关系曲线图，由水位--流量关系曲线图同一断面不同水位值查出相对应的流量值，构成各断面水位--流量关系表，实际量水时，只要看配水口水尺水位值，在该断面的水位--流量关系表中查出流量，再记下实际过水时间，即可知灌溉用水量，具体率定方法是a、施测断面的选择①测流断面应围绕向行政村供水渠系方向选择，一个断面能控制全村水地的，就选一个，两个或两个以上断面才能控制全村水地的，就选两个或两个以上断面，并将断面选在渠段平直、水流均匀、无旋涡回流的地方，要与水流方向垂直，②把所选定的率定断面一律标在灌区渠系现状图上，并从上游至下游统一编号，③在选定的断面处标上水尺，b、布置施测垂线①断面施测垂线数目根据渠道宽度来确定，渠道较宽(1.5～5米)的干、支渠可设3～5条，渠道断面较小的设2～3条，施测垂线具体布置要求测线比较均匀分布在测流断面上，②基准线位置要求把水面与渠岸交接处作为基准线零点，c、测点位置垂直测线的平均流速施测均采用一点法，即将流速仪放在水面以下0.6倍处(以流速仪旋杯的中心线为准)，d、要求所测水位数为了达到每个测流断面都能绘制出水位-流量关系曲线图的目的，要求在同一个断面上最少要测三个不同的水位，并且要包括最小水位和满足浇地要求的最大水位，可根据施测灌区的具体情况及条件，采取相应的改变水位方法，e、施测渠道利用系数在施测各级渠道利用系数时，只测一个水位，即以往浇地放水的正常水位，并要求待水位稳定后再行施测，并在同一断面同一水位下连续测三次，最后将三次测值经计算取其三次平均值，f、施测顺序①测基准“0”线水深h0，②量垂线“1”起点距L1(即基准线“0”至测线“1”的水平距)，并测垂线“1”水深h1，将流速仪置于测线“1”水深h1的0.6倍处(距水面0.6倍的水深处)进行施测，待记数器响声均匀后开始记数掐秒表，并记录下记数器的音响数和历时数，第一点测完，一般要求一个测点旋测时间不少于120秒，③依照上述顺序和方法施测垂线“2”、“3”的各项，并在流速仪测流记录、计算表中记录下各垂线的施测值，④量垂线“4”的起点距L4及水深h4，并做好记录，至此，该断面同一水位各旋测垂线测点施测完毕，⑤改变渠道水位后按照上述顺序和方法进行断面的第二、第三等水位的施测工作，最少要测定三个不同的水位，一个断面的施测工作才算完成，g、施测断面流量计算①根据施测记录，利用施测所用流速仪的流速计算公式算出每个测点的流速(即垂线平均流速)，②部分平均流速的计算施测断面中间两施测垂线“1”和“2”；“2”和“3”的平均流速为两垂线间部分的流速，两边靠岸的部分流速为靠岸的施测垂线“1”和“3”流速乘以一个系数k，即V1p=V1×kV2p=1/2(V1+V2)V3p=1/2(V2+V3)V4p=V3×k系数k对于不同形状的渠道断面其值不同，矩形断面∶浆砌石防渗，k=0.8，砼防渗，k=0.9；梯形断面∶土渠和防渗粗糙者，k=0.7，砼防渗，k=0.8，③测线部分宽的计算设施测垂线“0”、“1”、“2”、“3”、“4”的起点距为L0、L1、L2、L3、L4，则测线部分宽b1=L1-L0，b2=L2-L1，b3=L3-L2，b4=L4-L3，④测线部分水深矩形断面h0，均=1/2(h0+h1)h1，2均=1/2(h1+h2)h2，3均=1/2(h2+h3)h3，4均=1/2(h3+h4)梯形断面岸两边垂线h0=h4=0h0，1均=1/2(0+h1)h1，2均=1/2(h1+h2)h2，3均=1/2(h2+h3)h3，4均=1/2(h3+0)⑤施测断面部分面积矩形f1=h0，1均×b1f2=h1，2均×b2f3=h2，3均×b3f4=h3，4均×b4梯形f1=1/2(h1×b1)f2=h1，2均×b2f3=h2，3均×b3f4=1/2(h3×b4)⑥施测断面部分流量Q1=f1×V1pQ2=f2×V2pQ3=f3×V3pQ4=f4×V4p⑦整个施测断面流量Q断=Q1+Q2+Q3+Q4⑧整个断面积f断=f1+f2+f3+f4⑨断面平均流速V断均=Q断/f断⑩断面平均水深h断均=(h0，1均+h1，2均+h2，3均+h3，4均)÷4h、绘制水位--流量关系曲线图根据所计算出的断面不同水位和流量，在米格纸上H(水位)--Q(流量)座标系中点出相应的点，三个水位相应的三个流量可点出三个交汇点，加上零点，用曲线板将此四点绘成曲线，并将此渠道断面图也绘制于H-Q曲线图下方，i、依据H-Q曲线图，由断面的不同水位值插补水位--流量关系表，将断面水位每升高1cm所对应的流量值全部在表中插补出来。
2.根据权利要求1所述的率定方法，其特征是当渠道条件发生变化后，要随时将条件改变了的渠道配水口施测断面重新率定。
3.根据权利要求1所述的率定方法，其特征是对于较陡的小型渠道可采用量水堰测流，所选择的量水堰(梯形堰、三角堰)应与《农田灌溉的量水方法》中的量水堰尺寸相符，按其技术要求制做，方可使用《方法》中所列流量表，所做成的每个量水堰都要经流速仪率定后方可使用。
4.一种为灌区配水口量水的率定方法所用的测流装置，其特征是该方法采用流速仪测定配水口断面流速，根据渠道流速的大小选用大、中、小三种型号流速仪，大型金属旋杯式流速仪适用于较大流速的渠道断面测速，小型的塑料旋杯式流速仪适用于小型渠道，流速在0.5米/秒以下的情况测流。
5.根据权利要求1和4所述的率定方法和测流装置，其特征是率定测流要在选定测流的各个渠道配水口断面上进行，并在选定的断面侧壁4处用水泥抹光面，刷白漆底子，用红漆画出红白相间的水尺3，水尺3每格间距不得大于2cm。
全文摘要
本发明提供了一种为灌区配水口量水的率定方法及其装置。该发明采用率定方法实现灌区普遍量水，是利用灌区原有的渠系建筑物，在所选的配水口断面上依据该率定方法要求，采用流速仪测定流速，计算在不同水位下的流量，绘制各配水口水位—流量关系曲线图，由不同水位值查出相对应的流量值，形成水位—流量关系表。实际量水时，只要看配水口的水尺水位值，就可在表中查出流量，再记下过水时间，即可知流水量。该方法简便实用，投资少，易掌握，可节省大量经费。
文档编号G01F1/704GK1110401SQ9312157
公开日1995年10月18日 申请日期1993年12月31日 优先权日1993年12月31日
发明者李虎成, 杨玉柯 申请人:长治市水利局