缓坡渠道测流方法与流程

1.本发明涉及渠道量水技术领域，是一种缓坡渠道测流方法。


背景技术：

2.目前对于灌溉渠道系统常有的量水测流方法有流速仪量水法、标准断面量水法、量水堰量水法、量水槽量水法等，其中量水堰量水法和量水槽量水法都属于水位法。水位法是根据渠道的形状、水过流的大小，在渠道内造一段测流堰槽，通过监测过堰槽水流的水位，然后再利用水力学公式可计算出通过堰槽的流量。常用堰槽有：薄壁堰、量水槛、巴歇尔槽、抛物线形喉口量水槽、直壁式量水槽、机翼型量水槽等。水位法具有适应性强、水头损失小、测量精度高的特点，因此在渠道测流方面应用广泛。但水位法依据过堰槽水流的水位进行流量计算的，由于缓坡渠道坡度较小，渠道内量水堰槽下游水位降低量少，其淹没度(下游水位/上游水位)趋近于1，导致水位法在缓坡渠道的适用性降低，测量不准确。以现有国家标准gb/t 21303-2017灌溉渠道系统量水规范中对量水方法适用条件的规定为例，其中量水槛量水要求淹没度控制在0.85左右，抛物线形喉口量水槽要求临界淹没度不宜大于0.88，直壁式量水槽要求淹没度不大于0.83。对于缓坡测流，由于淹没度高，以上量水堰槽均有较大的局限性。标准中对于淹没度要求最为宽松的巴歇尔槽量水法其自由流流量计算公式适用于淹没度小于0.7的渠道，淹没流流量计算公式适用于淹没度在0.7至0.95之间的渠道。对缓坡渠道而言，其淹没度仍超出了巴歇尔槽量水法流量公式适用范围。此外，现有的量水堰槽对渠道的过水能力或多或少产生影响，使渠道过水能力降低，对缓坡渠道的过水能力影响则更大。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种缓坡渠道测流方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有缓坡渠道测流难的问题。
4.本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种缓坡渠道测流方法，按下述方法进行：
5.第一步，在设置有量水堰槽的缓坡渠道的量水堰槽下游设计整流段，对整流段的渠道表面进行降低表面糙率的处理；第二步，经降低表面糙率的处理后，缓坡渠道量水堰槽的淹没度降低，缓坡渠道按照量水公式计算得到渠道流量。
6.下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：
7.上述整流段位于量水堰槽的下游，整流段长度为渠道水深的20至40倍。
8.上述降低表面糙率的处理为涂覆降糙增光涂料或铺贴光滑膜片。
9.上述量水堰槽为量水堰或量水槽。
10.上述降糙增光涂料涂覆厚度为1.5mm至3mm。
11.上述光滑膜片厚度为0.5mm至3mm。
12.上述降糙增光涂料为聚脲涂料、聚酯树脂涂料、聚氨酯涂料、环氧树脂涂料、有机
硅树脂涂料中的一种。
13.上述光滑膜片为表面光滑的亚克力塑料板、pvc塑料膜、金属板中的一种。
14.上述量水堰为薄壁堰或量水槛。
15.上述量水槽为巴歇尔槽、半圆柱形量水槽、矩形无喉段量水槽、抛物线形喉口量水槽、直壁式量水槽、机翼型量水槽、长喉道道量水槽中的一种。
16.本发明采用对整流段的渠道表面进行降低表面糙率的处理方式，改善了量水堰槽上下游淹没度，使量水堰槽在高淹没度下也可利用测流公式，对渠道流量进行精确的计算。本发明方法实施简便，材料易得，操作简单造价低，适用性强，便于推广使用。
具体实施方式
17.本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。本发明中所提到各种化学试剂和化学用品如无特殊说明，均为现有技术中公知公用的化学试剂和化学用品。本发明中，如无特别说明，使用的设备、装置均为本领域现有公知公用的设备、装置。
18.下面结合实施例对本发明作进一步描述：
19.实施例1：该缓坡渠道测流方法，按下述步骤进行：
20.第一步，在设置有量水堰槽的缓坡渠道的量水堰槽下游设计整流段，对整流段的渠道表面进行降低表面糙率的处理；第二步，经降低表面糙率的处理后，缓坡渠道量水堰槽的淹没度降低，缓坡渠道按照量水公式计算得到渠道流量。
21.本发明采用对整流段的渠道表面进行降低表面糙率的处理方式，降低量水堰槽下游整流段的表面糙率，经处理后，可明显降低量水堰槽下游水位，进而改善缓坡渠道量水堰槽的淹没度，使量水堰槽在高淹没度条件下可参照现有公知技术中的流量计算公式精确测流。
22.本发明中量水公式为本领域公知的渠道量水流量计算公式。
23.实施例2：作为上述实施例的优化，整流段位于量水堰槽的下游，整流段长度为渠道水深的20至40倍。本发明中当淹没度过高时，可适当延长整流段长度，以满足量水堰槽精确测流对淹没度降低的要求。
24.实施例3：作为上述实施例的优化，降低表面糙率的处理为涂覆降糙增光涂料或铺贴光滑膜片。
25.本发明中光滑膜片包括但不限于硬质薄板类板材、可塑型板材、软质板(或膜)等。
26.实施例4：作为上述实施例的优化，光滑膜片厚度为0.5mm至3mm。
27.实施例5：作为上述实施例的优化，降糙增光涂料涂覆厚度为1.5mm至3mm。
28.实施例6：作为上述实施例的优化，降糙增光涂料为聚脲涂料、聚酯树脂涂料、聚氨酯涂料、环氧树脂涂料、有机硅树脂涂料中的一种。
29.实施例7：作为上述实施例的优化，光滑膜片为表面光滑的亚克力塑料板、pvc塑料膜、金属板中的一种。
30.实施例8：作为上述实施例的优化，量水堰槽为量水堰或量水槽。
31.实施例9：作为上述实施例的优化，量水堰为薄壁堰或量水槛。
32.实施例10：作为上述实施例的优化，量水槽为巴歇尔槽、半圆柱形量水槽、矩形无
喉段量水槽、抛物线形喉口量水槽、直壁式量水槽、机翼型量水槽、长喉道道量水槽中的一种。
33.实施例11：新疆沙雅县渭干河灌区艾格朗日斗渠
34.该灌溉渠道为梯形缓坡渠道，渠道内设置有半圆形量水槽，渠道水深1.0米，下底宽1.0米，上底宽4.0米，渠道为浆砌砖护面，量水整治段(即设置量水堰槽的渠道段)为底宽2米的矩形，长度为3.2米，内设半圆柱量水槽为两侧设置r＝0.4米的半圆形侧堰，量水槽上游渠道水深(上游水头)0.649米，下游渠道水深(下游水头)0.619米，淹没度为0.954。
35.根据《灌区水量调配与量测技术》中提供的半圆形量水槽流量计算公式，《灌区水量调配与量测技术》中指出半圆形量水槽临界淹没度≤0.85。现该渠道淹没度为0.954，高于计算公式适用范围，半圆形量水槽流量计算公式不适用，无法对渠道进行测流。
36.对该渠道采用本发明的方法进行处理：
37.第一步，在该渠道量水槽下游设计长度为20米的降糙整流段，在降糙整流段的渠道表面喷涂sk聚脲涂料，涂覆厚度为2mm。涂覆sk聚脲涂料后，量水槽下游渠道水深降低至0.545米，淹没度降至0.84，符合半圆形量水槽流量计算公式的适用范围。
38.第二步，按照半圆形量水槽流量计算公式(下式1、式2)计算得到该渠道流量。
[0039][0040]0淹没
＝0
自由
×
σ(临界淹没度为0.85)...........式2
[0041]
本实施例中：
[0042]
σ为淹没度的函数，本实施例中为实测，经率定得到，淹没度0.84时，σ＝0.54；
[0043]
上游水尺读数h为0.649米；
[0044]
喉口宽度bc为1.2米。
[0045]
经计算得到渠道自由流流量q
自由
为1.14m3/s，淹没流流量q
淹没
为0.614m3/s，计算结果与流速仪测量值偏差在5％以内，符合测流规范。
[0046]
实施例12：新疆沙雅县渭干河灌区某缓坡渠道
[0047]
该灌溉渠道为矩形渠道，渠道内设置有矩形无喉段量水槽，渠道水深1.2米，宽1.2米，矩形无喉段量水槽，宽度为0.8米，长度为1.8米，矩形无喉段量水槽上游渠道水深(水尺读数)0.56米，下游渠道水深(或水尺读数)0.51米，淹没度为0.91。
[0048]
根据国家标准gb/t 21303-2017灌溉渠道系统量水规范的要求，规范中的矩形无喉段量水槽临界淹没度在0.8。现该渠道淹没度为0.91，高于计算公式适用范围，流量计算公式不适用。
[0049]
对该渠道采用本发明的方法进行处理：
[0050]
第一步，在矩形无喉段量水槽的下游设计长度为30米的整治段，将该段渠道表面铺贴厚度为1mm的pvc耐候无滴塑料薄膜；铺贴膜后矩形无喉段量水槽下游渠道水深降低至0.44米，淹没度降至0.78符合国家标准gb/t 21303-2017中矩形无喉段量水槽流量计算公式的适用范围。
[0051]
第二步，按照国家标准gb/t 21303-2017中第11.3章中，矩形无喉段量水槽淹没流流量公式(下式3)计算得到该渠道流量。
[0052][0053]
本实施例中：
[0054]
淹没度s为0.78，
[0055]
槽内上游水深h为0.56米，
[0056]
槽内上游水深hd为0.44米，
[0057]
由标准gb/t 21303-2017中查表可知n1为1.64，n2为1.34，c2为1.57，经计算得到淹没流流量q为0.958m3/s，计算结果与实测值误差小于5％，精度满足测流规范要求。
[0058]
本发明采用对整流段的渠道表面进行降低表面糙率的处理方式，降低了缓坡渠道量水堰槽的淹没度，淹没度降低后，满足了量水堰槽测流公式对淹没度的要求；按照量水堰槽对应的测流公式可精准计算出缓坡渠道的流量，使量水堰槽在超出淹没度条件下，也依据流量计算公式精确测流。
[0059]
本发明方法的实施无需对现有渠道量水堰槽进行更换，避免了现有量水堰槽的浪费，仅采用涂覆降糙增光涂料或铺贴光滑膜片的方式对渠道改造，材料易得，操作简单造价低，适用性强，便于推广使用。
[0060]
综上所述，本发明采用对整流段的渠道表面进行降低表面糙率的处理方式，改善了量水堰槽上下游淹没度，使量水堰槽在高淹没度下也可利用测流公式，对渠道流量进行精确的计算，可有效解决因渠道坡度过缓，造成量水堰槽淹没度过高，无法精确测流的难题。本发明方法实施简便，材料易得，操作简单造价低，适用性强，便于推广使用。
[0061]
以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。