一种具有超泄能力的量水堰及布置方法

1.本发明属于水利工程泄洪及农业灌溉技术领域，尤其涉及一种具有超泄能力的量水堰及其布置方法。


背景技术：

2.我国西北地区地处内陆、干旱少雨，水资源是西北地区生存发展的最基本和最重要要素，西北地区水利工程建设有利于水资源的开发、优化配置和高效利用，农业水利的发展则对西北地区有着十分重要的作用。
3.西北地区为了发展地方经济和改善生态环境，沿黄河修建了一批高扬程梯级提水泵站工程，当上一级泵站因事故或其他原因而停机时，造成下一级泵站所提水量不能及时往上输送，需在大型水利工程泵站前池旁修建溢洪明渠排泄较大流量的水。这些梯级提水泵站工程一般修建在需要灌溉或供水的农田、村镇附近，离河道相对较远，需修建排水渠将泄水导至下游河道，以免泄水造成冲毁农田、房屋等次生灾害。同时，为灌溉农田，需要修建供水的明渠，一般过水流量较小，并在渠道上修建量水设施，以便量测灌溉水量。因此，为解决渠道既能排泄大流量的洪水，也能量测灌溉时的小流量的难题，则可将灌溉供水的小流量明渠与排泄大流量的明渠合二为一，修建一条过水明渠即可达到目的，减少修建一条灌溉供水明渠的工程量及投资，具有明显的经济效益。
4.为达到既能农业灌溉用量水又具有排泄大流量洪水的作用，需要兼具两种功能的量水堰，以达到节省工程量及投资，发挥一渠多用的功能，解决了既要超泄洪水又能量测过水小流量的矛盾。
5.所以，一种具有超泄能力的量水堰及其布置的方法，可以有效解决这种问题的发生。


技术实现要素：

6.本发明的目的就是在于为解决上述问题而提供的一种具有超泄能力的量水堰及布置方法。对于溢洪道泄水与农田灌溉中具有重要意义。
7.本发明通过以下技术方案实现上述目的：
8.本发明包括进口渐变段、顶部矩形段、底部巴歇尔槽、出口渐变段、底板、相对侧边墙，所述底板位于地平面上，所述底板上端设置巴歇尔槽，所述底部巴歇尔槽上端设置顶部矩形段，所述底部巴歇尔槽前后连接明渠，所述底板两侧设置相对边墙，所述底部巴歇尔槽两侧边墙对称收缩并构成收缩段。
9.优选的，所述底部巴歇尔槽与顶部矩形段相结合的截面面积应不小于明渠面积。
10.优选的，所述进口渐变段下侧为收缩段，上侧为突扩段，出口渐变段下侧为扩张段，上侧为突缩段。
11.进一步，所述巴歇尔槽应以实际灌溉用水量进行设计。
12.优选的，所述顶部矩形段与明渠的渐变段的夹角为6～30
°
；所述渐变段段为整个
巴歇尔槽全长的1/6～1/5。
13.系统左右对称，分为上下两部分，为顶部矩形段和底部巴歇尔槽，共同构成组合渠。明渠与组合渠通过进(出)口渐变段相连接。
14.本发明的有益效果在于：
15.本发明是一种具有超泄能力的量水堰及布置方法，与现有技术相比，本发明在大型泵站前池泄水时，该装置可以有效对过多的水进行自排，防止发电机组过载，与此同时，该装置能根据作物情况人为设定农田水层控制深度，进行量水并提供灌溉用水，从而大大提高了排水效率，本结构设计合理实用性强、便于推广和应用。
附图说明
16.图1是本发明的整体结构示意图；
17.图2是本发明的纵剖图；
18.图3是本发明i-i横剖图；
19.图4是本发明
ⅱ‑ⅱ
横剖图。
具体实施方式
20.下面结合附图对本发明作进一步说明：
21.如图1所示:本发明包括进口渐变段3、顶部矩形段4、底部巴歇尔槽5、出口渐变段6、底板1、位于底板上两相对侧边墙2，所述底板1位于地平面上，所述底板1上端设置巴歇尔槽5，所述底部巴歇尔槽5上端设置顶部矩形段4，所述底部巴歇尔槽5前后连接明渠，所述底板1两侧设置相对边墙2，所述底部巴歇尔槽5两侧边墙对称收缩并构成收缩段。
22.如图3和图4所示：优选的，所述底部巴歇尔槽5与顶部矩形段 4相结合的截面面积应不小于明渠面积。
23.如图2所示：优选的，所述进口渐变段3下侧为收缩段，上侧为突扩段，出口渐变段6下侧为扩张段，上侧为突缩段。
24.进一步，所述底部巴歇尔槽5应以实际灌溉用水量进行设计。
25.如图1所示：优选的，所述顶部矩形段4与明渠的渐变段的夹角为6～30
°
；
26.所述渐变段段为整个巴歇尔槽5全长的1/6～1/5。
27.本发明的工作原理如下：
28.大型泵站前池旁的溢洪道进行泄水时，可分为两种情况，第一种，泄水流量适用于灌溉流量时，泄出的水通过明渠流经巴歇尔槽，通过巴歇尔槽使水位抬高，流速增大，进行量水灌溉；第二种，泄水流量大于灌溉流量时，泄出的水通过明渠流入巴歇尔槽与顶部矩形段，通过巴歇尔槽的水位抬高，流速增大，可进行量水，流经顶部矩形段的水作为多余的水通过渠道汇入河流，达到一渠多用的效果。
29.其中巴歇尔槽的目的是进行量水灌溉，而顶部矩形段起到泄洪作用。
30.推理计算过程
31.选用曼宁公式进行推理计算，曼宁公式形式简单，计算方便，且应用于管道及较小的河渠可得到较满意的结果。
32.在顺直棱柱体渠道中的恒定流，当流量沿程不变时，只要渠道有足够的长度，在离
开渠道进口、出口或建筑物一定距离的渠段，水流仍近似于均匀流，实际上常按均匀流处理。至于天然河道，因其断面几何尺寸、坡度、粗糙系数一般均沿程改变，所以不会产生均匀流。但对于较为顺直、整齐的河段，当其余条件比较接近时，也常按均匀流公式作近似解。
33.曼宁公式：
34.明渠均匀流：
35.明渠均匀流流量：
[0036][0037]
明渠过水面积：a＝(b mh)h
[0038]
明渠水力半径：
[0039]
矩形断面水力半径：
[0040]
水位：a1[0041]
推理公式得：
[0042]
水位介于灌溉用水之内：
[0043]
水位大于灌溉用水时：
[0044]
根据所求关系式，当确定灌溉用水所需流量后，巴歇尔槽的尺寸即相应确定，明渠尺寸根据实际条件确定后，假定水位最高情况即可确定突扩断面b2的大小。
[0045]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。


技术特征：
1.一种具有超泄能力的量水堰及布置方法，其特征在于：包含进口渐变段、顶部矩形段、底部巴歇尔槽、出口渐变段、底板、相对侧边墙，所述底板位于地平面上，所述底板上端设置巴歇尔槽，所述底部巴歇尔槽上端设置顶部矩形段，所述底部巴歇尔槽前后连接明渠，所述底板两侧设置相对边墙，所述底部巴歇尔槽两侧边墙对称收缩并构成收缩段。2.根据权利要求1所述的一种具有超泄能力的量水堰及其布置方法，其特征在于：所述底部巴歇尔槽与顶部矩形段相结合的截面面积应不小于明渠面积。3.根据权利要求1所述的一种具有超泄能力的量水堰及其布置方法，其特征在于：所述进口渐变段下侧为收缩段，上侧为突扩段，出口渐变段下侧为扩张段，上侧为突缩段。4.根据权利要求2所述的一种具有超泄能力的量水堰及其布置方法，其特征在于：所述巴歇尔槽应以实际灌溉用水量进行设计。5.根据权利要求1所述的一种具有超泄能力的量水堰及其布置方法，其特征在于：所述顶部矩形段与明渠的渐变段的夹角为6～30
°
；所述渐变段为整个巴歇尔槽全长的1/6～1/5。

技术总结
本发明公开了一种具有超泄能力的量水堰及布置方法，该量水堰由顶部矩形段、底部巴歇尔槽组成，底部巴歇尔槽可量测小流量过水时的流量；下泄大流量洪水时，通过顶部矩形段和底部巴歇尔槽共同排泄洪水；通过进口渐变段连接上游泄洪明渠，由出口渐变段连接下游泄洪明渠。对传统的量水设施的改进以成为本发明的量水堰，解决了传统的量水堰不可兼做泄洪明渠的难题。既可以量测灌溉时过水的小流量，又可以通过大流量洪水，而不造成量水堰的损害。本发明可以根据作物需水情况提供灌溉用水并量测水量，也能通过泄洪时的大流量进而提高排水效率。本方法设计合理、实用性强、便于推广和应用。用。用。


技术研发人员：樊新建 陆亚楠 董春海 侯慧敏 乔文 姚薇 贾昊 程杨威 王彦虎
受保护的技术使用者：兰州理工大学
技术研发日：2022.03.14
技术公布日：2022/7/26