一种适用于U形渠道的量水槽及其计量方法技术

一种适用于U形渠道的量水槽，U形渠道中部设有截面为上开口抛物线形的喉口⑴，喉口⑴与上游渠道之间平滑过渡形成上游收缩渐变段⑵，喉口⑴与下游渠道之间平滑过渡形成下游扩张渐变段⑶。其优点是：测流精度高；适合在U形渠道内使用；适用于不同坡度的量水槽；流量计算简单；结构简单，造价低，施工方便。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于U形渠道的量水槽及其计量方法
本专利技术涉及水流量测量
，具体的说是一种水利水电工程中测量水流量使用的量水设备，即适用于U形渠道的量水槽及其计量方法。
技术介绍
随着对水资源的管理由粗放型向集约型的转变，对水资源进行总量控制和定额管理，需要对水资源进行量化；衡量科研、生产、生活及管理中的用水量、水的利用效率需要有准确的取用水计量；市场对具有商品属性的水资源的使用权、排污权等进行交易，需要在流通过程进行权威的取用水计量。目前明渠取水量的量水设备，常采用长喉道量水槽和矩形无喉道量水槽。巴歇尔量水槽、矩形无喉道量水槽凭借其结构简单、不易淤塞、量水精度较高等特点广泛应用于各类渠道，但由于其断面为折线形，在U形断面渠道中使用会造成较大的水头损失。1994年7月《水利学报》第7期刊载了一篇名为“平底抛物线形无喉段量水槽试验研究”的论文，公开了一种新结构的量水槽，该结构的量水槽——平底抛物线形无喉段量水槽，平底抛物线形量水槽在U形渠道中使用时有过流能力强、水头损失小、低水位时测流精度高、结构简单等特点，但安装在有坡度的U形渠道内时要求量水槽上游一段距离渠底水平，这要求在安装平底抛物线形无喉段量水槽时操平渠底，不仅增加了施工难度还会在下游制造跌坎从而引起水头损失，而且平底抛物线形无喉段量水槽存在以下不足：不适用于在坡度大于1/1250坡度的U形渠道量水；流量计算需要经过复杂的试算过程。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有量水槽存在的不足，设计一种适用于U形渠道的量水槽及其计量方法，不仅在安装时不用操平槽底，从而减小制造安装难度，而且适用于不同坡度的U形渠道。一种适用于U形渠道的量水槽，U形渠道中部设有截面为上开口抛物线形的喉口1，喉口1与上游渠道之间平滑过渡形成上游收缩渐变段2，喉口1与下游渠道之间平滑过渡形成下游扩张渐变段3。所述喉口1处设有水位测量装置。所述喉口1的断面方程为：y＝Px2式中：y、x为喉口断面的纵、横坐标，单位均为m；P为抛物线的形状系数，单位为m-1。所述喉口1底部与U形渠道底部相平，喉口1顶部与U形渠道顶部相平。所述上游收缩渐变段2的长度L1和下游扩张渐变段3的长度L2为L1＝L2＝3(B-b)，其中B为U形渠道顶部宽度，b为喉口顶部宽度，B和b的单位均为m。一种适用于U形渠道的量水槽的计量方法，其流量计算公式为：αt'＝0.908-0.033(ht/H)K＝1.0889式中，Q为计算流量，单位为m3/s；ht为喉口处水深，单位为m；g为重力加速度，单位为m/s2；K为比例常数；αt'为喉口处的压力修正系数；H为渠深，单位为m。本专利技术适用于U形渠道的量水槽及其计量方法的优点是：1.测流精度高；本专利技术的量水槽在各坡度的U形渠道内在不同工况下使用时最大相对误差为2.47%，平均相对误差为0.78%，完全满足田间量水要求；2.适合在U形渠道内使用；本专利技术的量水槽喉口断面契合U形渠道，在U形渠道内使用时具有水头损失小、排沙效果好、不会造成上游壅水等优点；3.适用于不同坡度的量水槽；本专利技术的量水槽适用在0～1/400坡度的U形渠道内量水；4.流量计算简单；本专利技术的量水槽的流量计算公式由水力学公式推导而来，且计算流量无需复杂的试算过程；5.结构简单，造价低，施工方便；本专利技术的量水槽直接在已建好的U形渠道内修建，无需操平槽底。附图说明图1为本专利技术适用于U形渠道的量水槽的俯视结构示意图。图2为图1的A-A向剖视图。图3为图1的C-C向剖视图。图4为本专利技术适用于U形渠道的量水槽的立体结构示意图。图中，1为喉口，2为上游收缩渐变段，3为下游扩张渐变段。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术进行进一步说明。如图1-4所示，一种适用于U形渠道的量水槽，U形渠道中部设有截面为上开口抛物线形的喉口1，喉口1与上游渠道之间平滑过渡形成上游收缩渐变段2，喉口1与下游渠道之间平滑过渡形成下游扩张渐变段3。所述喉口1处设有水位测量装置。所述喉口1的断面方程为：y＝Px2式中：y、x为喉口断面的纵、横坐标（m）；P为抛物线的形状系数（m-1）。所述喉口1底部与U形渠道底部相平，喉口1顶部与U形渠道顶部相平。所述上游收缩渐变段2的长度L1和下游扩张渐变段3的长度L2为L1＝L2＝3(B-b)，其中B为U形渠道顶部宽度（m），b为喉口顶部宽度（m）。一种适用于U形渠道的量水槽的计量方法，其流量计算公式为：αt'＝0.908-0.033(ht/H)K＝1.0889式中，Q为计算流量（m3/s）；ht为喉口处水深（m）；g为重力加速度（m/s2）；K为比例常数；αt'为喉口处的压力修正系数；H为渠深（m）。实施例一某U形渠道槽底坡度为1/1250，渠底半径R=0.2m，渠深H=0.45m，渠底中心角θ=152°。选择收缩比ε=0.65的量水槽，计算得U形渠道断面面积A0＝0.182m2，抛物线形状系数进、出口渐变段L1=L2=3(B-b)=0.45m，水尺设置在喉口处。量水槽用常规混凝土制作。测得喉口处水深ht=0.2438m，αt'＝0.908-0.033(ht/H)＝0.8901，K＝1.0889，实验测得实时流量为0.06m3/s，误差为-0.55%。实施例二某U形渠道槽底坡度为1/400，渠底半径R=0.3m，渠深H=0.60m，渠底中心角θ=152°。选择收缩比ε=0.55的量水槽，计算得U形渠道断面面积A0＝0.348m2，抛物线形状系数进、出口渐变段L1=L2=3(B-b)=0.868m，水尺设置在喉口处。量水槽用常规混凝土制作。测得喉口处水深ht=0.3365m，αt'＝0.908-0.033(ht/H)＝0.8895，K＝1.0889，实验测得实时流量为0.12132m3/s，误差为-1.51%。本专利技术适用于U形渠道的量水槽安装宜采用喉口预制、整体现浇法。直接在U形渠道内制造抛物线形喉口。喉口安装时保证其中心线与行进渠中心线一致，喉口底部与水尺处的渠底相平。渐变段可用直尺刮成，操作简便。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于U形渠道的量水槽，其特征在于：U形渠道中部设有截面为上开口抛物线形的喉口⑴，喉口⑴与上游渠道之间平滑过渡形成上游收缩渐变段⑵，喉口⑴与下游渠道之间平滑过渡形成下游扩张渐变段⑶。

【技术特征摘要】
1.一种适用于U形渠道的量水槽的计量方法，其特征在于：适用于U形渠道的量水槽，U形渠道中部设有截面为上开口抛物线形的喉口⑴，喉口⑴与上游渠道之间平滑过渡形成上游收缩渐变段⑵，喉口⑴与下游渠道之间平滑过渡形成下游扩张渐变段⑶；所述喉口⑴处设有水位测量装置；适用于U形渠道的量水槽的流量计算公式为：αt'＝0.908-0.033(ht/H)K＝1.0889式中，Q为计算流量，单位为m3/s；ht为喉口处水深，单位为m；g为重力加速度，单位为m/s2；K为比例常数；αt'为喉口处的压力修正...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱忠东，胡晗，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42