灌区量水方法

灌区量水方法概述灌区量水是实行计划用水，按方计征水费，促进节约用水和提高灌区管理水平的一项必不可少的重要工作。具体地说，灌区量水有以下几方面的作用：１、可以较准确地按照用水计划，调节、控制各级渠道的分水流量，促进节约用水；２、根据量水结果资料，可以分析计算各级渠道的输水能力和输水损失，统计计算各地段的用水量和各种作物的灌水定额，进而提供渠系水和田间水的利用率，为计划用水提供必要的数据，同时也为新建、扩建或改建灌区提供规划设计的基本资料；３、为按水量计征水费和经济用水管理提供较可靠的依据。测站的布设为了执行计划用水，需要建立测水站。按其作用的不同，又分为基本测水站和辅助测水站。基本测站包括：１、水源测站——设于引水口上游50-100m的平直河段上。观测水源水位、流量、含沙量变化情况及它们与渠首引水量之间的关系；降雨与河道径流的关系。２、引水渠渠首测站——设于引水渠进水口以下50-80m的平直渠段上(或进水闸)。观测从水源引入的流量和引水口水位与引水流量变化关系，指导配水工作。３、配水渠渠首测站——设于配水闸以下30～60m的平直渠段上（也可用配水闸）。观测从上一级渠道配来的水量（支斗渠）４、分水点测站——设于分水渠渠首以下20-30m的平直渠段上，也可用分水闸量水。观测从配水渠分得的水量。（农渠）测站的布设辅助测站有：１、平衡测站——为观测、分析灌区水量平衡而设，主要观测水源下泄，水量灌区退水和排出水量。渠首引水口下游河段，各级渠道末端及排水渠道枢纽上。２、专用测站——为观测收集专门资料而设(如渠道输水损失、糙率系数、流速、流量与冲淤关系等)。测站布设位置视需要而定。灌区量水方法与选择原则灌区比较常用的量水方法有下列几种：1、利用水工建筑物量水；2、利用特设的量水设备量水；3、通过实测渠中流速确定流量；4、利用水尺测流。选择量水方法的原则综上所述，量水方法很多，选用何种方法量水要因地制宜，其原则是：1、设备费用及维修费用低廉；2、能利用当地的建筑材料；3、观测计算方便；4、精确度符合要求。利用水工建筑物量水利用渠道上已有的水工建筑物量水，不必再添置其它量水设备和仪表，是最为经济，简便的量水方法，因此，在有可能利用水工建筑物量水的地方，应尽量选用此法。用来做为量水的水工建筑物应完整，无损坏，建筑物上、下游应无淤积、无杂物。渠道上可供量水的建筑物很多，下面介绍几种简单、常用的建筑物量水方法。利用跌水（或陡坡）量水跌水是联接高、低渠道使水产生自由跌落，集中降低高程的建筑物。跌水口常见的形式为矩形和梯形两种，如图所示。水尺应安设在上游3～4倍正常水深处，零点与跌水口底齐平。利用跌水（或陡坡）量水计算流量的公式依据跌水口的形式有：1、矩形断面跌水2、梯形断面跌水式中：Ｑ——流量（米３／秒）；b——跌水底宽（米）；Ｈ——上游水头（米）；n——为梯形断面边坡系数；m是流量系数,实测求得，如无实测资料可参考下表可根据上述公式和采用的流量系数，绘制水位、流量关系图表，从图表中查得水尺读数相应的流量。gHmbHQ2gHHnHbmQ28.0H/b0.51.01.52.02.5M0.370.4150.4300.4350.45表１跌水流量系数利用闸门量水（启闭式闸门）利用闸门量水首先要测量水位，然后区别流态，最后选用正确的流量公式进行计算。水位及闸门开度由特设的水尺和标尺读出。闸门开度标尺零点与闸孔完全关闭时的闸门顶部齐平，其它四种水尺的零点均与闸底板齐平。利用启闭式闸门量水，需根据过闸水流的流态来选定流量计算公式。利用闸门量水（启闭式闸门）图中：Ｂ为闸孔净宽(米)；H大为闸前最大水深(米)；①为上游水尺（设于上游距建筑物３H大处）。②为闸前水尺；（可直接绘设于闸前侧墙上，距闸门B／４处）。③为闸门开度标尺；（可直接绘设在闸槽边缘的边墩上）。④为闸后水尺；（可直接绘设于闸后侧墙上，距闸门B／４处）。⑤为下游水尺；（设于下游距建筑物1.5～2B处）闸门开度标尺零点与闸孔完全关闭时的闸门顶部齐平，其它四种水尺的零点均与闸底板齐平。过闸水流流态过闸水流流态常见的有：有闸控制潜流，有闸控制自由流，闸门全开潜流，闸全开自由流等四种。计算流量时可根据具体情况选用不同的公式。有闸控制潜流形成有闸控制潜流的条件是：①闸前、闸后水面均淹没闸底边；②闸后水深h1大于起闸高度hw。其过闸流量可用下式计算：式中：Ｑ——过闸流量（米３／秒）；μ——流量系数；一般在0.5～0.64。b——闸孔宽度(米)；hw——启闸高度(米)；g——重力加速度为9.81（米/秒２）；Z1——闸前后上、下游水位差(米)；Ｚ=H-h1。65.0HhW12gZbhQW有闸控制潜流有闸控制潜流（矩形明渠放水口）有闸控制自由流形成有闸控制自由流的条件是：①水流从闸门下缘流过，即hw/H≤0.65；②闸后水深小于启闸高度，即h1hw。其过闸流量可用下式计算：式中：μ——流量系数，一般为0.51~0.64。其它符号意义同前。)65.0(2WWhHgbhQ有闸控制自由流有闸控制自由流闸门全开潜流形成无闸潜流的条件是：①水过闸时，闸板不阻水，即闸门下缘高于水面,即hw/H0.65②闸后下游水深hH与闸前上游水深H之比大于0.7，即hH/H0.7。其过水流量用下式计算：式中：μ——流量系数，一般为0.79~0.86。其它符号意义同前。)(2HHhHgbhQ闸门全开潜流闸门全开潜流闸门全开自由流无闸自由流的形成条件是：①闸门下缘高于水面，即其闸启开高度hw与闸前上游水深Ｈ之比大于0.65，（hw/H0.65）。②闸后下游水深hH与闸前上游水深Ｈ之比小于0.7，即hH/H0.7。其过闸流量可用下式计算：式中：μ——流量系数，一般为0.295～0.33；其它符号意义同前。gHbHQ2闸门全开自由流闸门全开自由流确定流量系数在上述各种流量公式中，有不同的流量系数，其值与建筑物进口型式（翼墙型式）有关，为了提高测流的精度，应对拟做为量水设备的建筑物，事先用流速仪测流，根据测得的流量与水尺读数，代入经过选定的流量公式，求该建筑物的实际过闸流量系数，建立适用于该建筑物的流量、水位关系图表，供测流时查找应用。利用特设的量水设备量水特设的量水设备一般常用的有三角量水堰、梯形量水堰、量水喷嘴、巴歇尔量水槽、无喉道量水槽等。简易量水槽简易量水槽简易量水槽简易量水槽水跃计柱形量水槽柱形量水槽转轮量水计转轮量水计转轮量水计三角形量水堰1、三角形量水堰的结构三角量水堰的结构如图所示。堰板可用铁板、木板（堰口镶铁皮）、塑料板制成，缺口做成45°的锐缘，斜面向下游。其结构尺寸如表所示，供制作时参考。直角三角形量水堰直角三角形量水堰结构尺寸注表中的堰高D和堰宽L已包括安装尺寸，采用时可视实际需要适当增减。编号渠道流量（升/秒）最大水头H（厘米）口高h（厘米）槛高P（厘米）堰高D（厘米）边宽T（厘米）堰宽L（厘米）堰口宽b（厘米）150~70303530753015070270~1003540358535170803100~1404045409540190904140~185455045105452101005185~240505550115502301106240~300556055125552501207300~37560656013560270130三角形量水堰2、三角形量水堰安装使用注意事项：①堰板直立，两肩水平，锐缘朝上游；②T值与P值都要大于最大过堰水深；③堰底及堰板两侧，不得有漏水；④水尺零点与堰口齐平，安装在距堰上游3～5倍最大过水堰深处，也可直接安装在堰口旁侧的堰板上；⑤安装位置与进口的距离不得小于2～3倍的正常过堰水深。3、三角形量水堰的流量计算主要用于自由流（潜流时，计算复杂，精度较差），其流量可按下式计算：（θ=90°）Q=1.343H2.47为了便于应用，根据上述公式可计算绘制成三角形量水堰水位——流量关系图表，由观测的水位直接查得过水流量。梯形量水堰1、梯形量水堰的结构这种量水堰的堰口为梯形。侧边边坡为4∶1（竖∶横），堰口呈锐缘。堰板可用铁、木、塑料板制成，当用木板时要加筋加固，堰口最好用钢板或白铁皮镶边，堰板各部尺寸按流量大小而定。常用梯形量水堰结构尺寸表（单位：厘米）堰槛宽BbH最大hTPDL适宜施测流量Q（升/秒）2531.68.313.38.38.326.664.22~125060.816.621.616.616.643.2110.010~637590.025.030.025.025.060.0156.030~178100119.133.338.333.333.376.6201.761~365125148.341.646.641.641.693.2247.5102~640150177.550.055.050.050.0110.0293.5165~1009梯形量水堰2、梯形堰的安装梯形堰的安装与三角堰基本相同，堰槛水平，堰身直立，堰板底部和两侧不得漏水，堰板上水尺零点应与堰槛齐平。为了提高量水精度，应尽量使过堰水流为自由流，因此，安装时应使堰槛高于下游水面（通过最大流量时）2厘米。梯形量水堰3、梯形堰的流量计算在自由流时（下游水面低于堰槛），梯形量水堰的流量可按下式计算：Q=mBH1.5式中：Q——过堰流量（米3/秒）；m——流量系数，一般为1.86，当来水流速大于0.3米/秒时，m=1.90；B——堰槛宽度（米）；H——过堰水深（米）。为了便于应用，根据公式可以制成单宽条件下（B=1米）梯形量水堰的水深——流量关系图表，由测得水深从图表上查出流量数值，再乘实际堰槛宽度即为实际流量。量水喷嘴1、量水喷嘴的构造量水喷嘴由档板和管嘴两部分组成，依喷嘴的形状可分正方形、长方形及园形三种。正方形、长方形便于制作，其构造如图所示。长方形喷嘴量水喷嘴在构造图中：A、B——管嘴入口的高和宽（厘米）；a、b——管嘴出口的高和宽（厘米）；l——管嘴长度（厘米）；L、Y——档水板的宽和高（厘米）。图中各部尺寸的关系：L——根据渠道宽度来定；Y——根据渠道水深及渠底降低高度来定。长方形喷嘴结构尺寸表（单位：厘米）喷嘴号码出水口高度a出水口宽度b进水口高度A进水口宽度B喷嘴长度l适宜水位差Z适宜施测流量Q（升/秒）110201929302~2012~37215302944452~2026~83320403858602~2046~147425504772752~2072~230530605781902~20104~33063570661011052~20142~450表中b=2aA=1.9al=3a方形喷嘴结构尺寸表（单位：厘米）喷嘴号码出水口边长a进水口边长A喷嘴长l适宜水位差Z适宜施测流量Q(升/秒)11019202~206~1921529302~2013~4232038403~3523~8242548503~3536~12853057603~3552~18463567703~3571~25174076803~3593~328表中A=1.9al=2a量水喷嘴2、量水喷嘴的设计和安装：①首先根据渠道过水能力在表5-3中选择相应的喷嘴型号，确定管嘴各部尺寸；②进行渠底降低h值的计算。如渠道水深不足，未能满足淹没孔口的要求深度时，要把渠底降低，降低深度h按下式计算：或式中h——渠底降低深度（厘米）；hk——渠道中最小水深（厘米）；T——孔口至渠底的距离，一般为5~10厘米；Z——渠中最小流量时的上、下游水位差（厘米）。③喷嘴安装要符合图的要求。ThaAhk210ZhTAhk5量水喷嘴量水喷嘴3、使用量水喷嘴必须遵守的条件：①上、下游孔口必须淹没，下游孔口淹设深度不得少于5厘米；②档水板上、下游水位差（Z）不应大于30厘米，亦不应小于2厘米，以免冲刷和淤积。③上、下游水尺，绘设在档板前后，其零点均与出水口上缘齐平（用特制的分叉式水尺量测更方便）。④喷嘴在使用时必须安平，渠中流量必须全部通过管嘴，不得有漏水现象。量水喷嘴4、喷嘴的流量计算流经喷嘴的流量公式是：式中：