1、附件2浙 江 省 灌 区 实 用 量 水 技 术编 写：卞祖铭 郑世宗 赵晓波 贾宏伟目 录1 概述 .11.1 量水目的 11.2 国内灌区量水工作发展状况 11.3 我省灌区量水工作开展状况 11.4 编写本文之目的 22 灌区量水方法及实用要求 .32.1 国内常用量水方法简介 1、232.2 量水方法的实用要求 43 渠首量水实用技术 .63.1 利用水闸量水 2.63.2 利用水尺量水 83.3 微型灌区泵站电量法量水 84 小型渠道量水实用技术 .94.1 简易量水槛 2 3.94.2 流线型三角形剖面堰 4.114.3 矩形渠道半圆柱形量水槽 5.154.4 小型渠道量水方法比较
2、 165 末级渠道量水实用技术(推荐尺寸) 185.1 简易量水槛 185.2 流线型三角形剖面堰 195.3 矩形渠道半圆柱形量水槽 205.4 末级渠道量水布置比较 216 量水设备选择、设计与安装 226.1 量水设备选择 226.2 量水设备设计 226.3 量水设备施工 236.4 进口简易闸门施工 247 量水设备运行及管理 .257.1 运行 257.2 管理 25浙江省灌区实用量水技术浙江省灌区实用量水技术11 概述1.1 量水目的灌区量水是合理调度灌溉水源、正确执行用水计划、加强用水管理的必要措施，也是衡量灌溉管理水平和灌溉水利用率高低的重要技术手段。根据水利部有关文件精神，
3、最近几年，我省将在若干灌区进行灌溉水利用率的追踪调查，而灌区量水是实施 该项工作的重要基础工作。通过灌区量水，可 积累不同地区、不同水文年的农作物灌 溉用水资料，分析核算灌区灌溉水的利用效率， 检验原有农业用水定额的合理性。1.2 国内灌区量水工作发展状况随着我国灌区管理体制改革的不断深入，灌区量水工作得到愈来愈多的重视。1985 年国务院颁发了水利工程水费核定、计收和管理办法，引发了灌区量水技术的第一个高潮。其中具有代表性的是：农用分流式量水计、简易量水槛、 长喉道量水槽的应用等等。此后，由于单板机的普及和推广，一大批用于灌区自 动化量水的观测仪表相继问世，使灌区量水水平得到大幅度的提高。但
4、从总体上看，大部分灌区量水设施不完善、精度低；量水设施主要用在干、支渠上，而斗、农渠上的量水计量很少， 这与灌区的实际应 用需求不相适应。1.3 我省灌区量水工作开展状况上世纪 90 年代初，我省义乌巧溪水库灌区结合节水灌溉项目的研究，从江苏溧阳沙河水库灌区引进农用分流计，在多条支渠口设置，并进一步研发、制造、出售。以后，在水利部科技示范县开展工作中，我院在该灌区布设了无喉道量水槽、U 型渠道抛物线量水槽、宁夏 QL-1 型水量计、广西 GWS-200 型灌 溉水表，加之灌区已设的农用分流计和简易量水槛等共有六、七种量水方式，试图积累一定经验、在全省逐步推广。后因种种原因未能如愿，此项工作逐渐
5、停止。目前，我省已有多个灌区在骨干渠道上设置了流量自动检测系统，如铜山源灌区已设置量水设施 16 处，基本位于总干渠的县界、站界和流量大的支渠口。其他如 乌溪江引水、峡口、横锦等水库灌区也在干渠上设有一定数量的自动量水设施。总的来说，现状我省灌区量水设施局限在骨干渠道，多用于乡镇分界处或流量大的支渠口的量水，而末级渠道和提水灌区安装量水设施较少。1.4 编写本文之目的我省近期将开展全省性的灌区灌溉水利用率跟踪调查，因此采用固定的量水设备，采用相同的量水方法，对灌区灌溉水量作逐年观测是非常必要的。本文从灌溉水利用率首尾测算法的原理出发，着重介绍几种适合于渠首和末级渠道的量水方法，供有关灌区参考。
6、由于灌区自然条件千差万别，国内已有的量水方法达几十种，适用条件及利弊不一，本文仅略加介绍。希望我省广大灌区技术人员引用或创造更多的量水方法，以适应灌区量水工作的开展。浙江省灌区实用量水技术32 灌区量水方法及实用要求2.1 国内常用量水方法简介 1、2国内已投入使用的量水方法很多，大致可分为下列几类：（1）利用水工建筑物量水灌溉渠系上设有各种类型的配套建筑物，如水闸、渡槽、倒虹吸、涵管、跌水等。只要这些建筑物的过流符合一定的量水水力学条件，即可用作量水。其原理为通过量测过水建筑物上下游的水位，根据不同流态的流量计算公式，选用适当的流量系数，推求出过水流量和累计水量。其优点既可减少因灌溉系统设置
7、量水设施所产生的水头损失，又可节省大量附加量水 设备的建设费用，一 举 两得。因此，若流量系数 经过率定，达到一定精度，应尽可能利用水工建筑物量水。（2）利用水尺量水在断面稳定，没有回水影响的渠段内，设置水尺观测水位，利用率定好的水位流量关系，求得流量。该方法简便易行， 设备费用低，容易为群众所掌握。关键是测流渠段的水流应不受下游节制闸或壅水建筑物回水的影响，即测流断面的流量随水位呈单值函数关系变化，如果该断面不为临界水深，往往 难以判别，需通 过多次过水，凭经验确定。（3）利用特设设备量水特设设备通常指三角堰、矩形堰、平坦 V 型堰、巴歇尔量水槽、无喉道量水槽、简易量水槛及柱形量水槽等等。一
8、般由行进渠槽、量水建筑物和下游段三部分组成。通过量水建筑物主体段过水断面的科学收缩，使其上下游形成一定的水位差，从而得到较为稳定的水位流量关系。它不可避免的会带来一定的水头损失，使用时应根据具体边界条件和不同的精度要求，选择相应的特设设备。（4）利用仪表类流量计量水仪表类流量计的优点是结构简单、量测直观、 计量简便、能累 计水量。此类设备对过水断面有两个要求：一是必须规则标准、容易计算面积；二是必须满管出流，出水口被下游最低水位所淹没。其结构组成为节流元件（过水涵管），计数仪表等，如 电磁流量计、农 用分流式量水计、灌溉量水水表等。其缺点是易被渠中水草等 杂物缠绕。（5）利用流速仪量水流速仪测
9、流可以不改变渠道布置、不设任何建筑物。但对测流断面选择要求较高，要求渠段平直、水流均匀、无漩涡和回流，水流方向与断面垂直等。由于流速测点多，测量繁杂，不宜经常使用，通常用于其它测量方法的流量系数率定。（6）自动量水为减少劳动强度，提高量测准确度，并及 时向灌区管理部门提供可靠的水位、流量、水量及闸门开度等技术 参数，在骨干渠系上建立灌区自动化量测系统已成为发展趋势。该 系统由微机、传感器、控制 电路、 传输机构等组成，其原理是通过传感器对量浙江省灌区实用量水技术5水建筑物或量水设备上、下游水位进行及时采样，根据数学模型实现对流量的计量，并累积水量。如重庆水文仪器厂生产的 WML 型微 电脑明渠
10、流量计，在观测井内通过超声波非接触测量水位，通过数学模型计算流量，并累计水量。2.2 量水方法的实用要求由上述可见，灌区量水方法和量水设备种类繁多。但根据实践经验、渠道条件和外部环境等可知，许多方法并不实用。因此，从应用角度来 说，有如下要求。（1）不能影响渠道过流能力设置特设量水设备时，均需缩窄渠道， 这样势必影响渠道的过流能力，使得量水设备上游的水位抬高。因此，必须充分估计可能影响的范围，并且要复核渠道两 侧堤顶高程。如果影响过大，应重新选择量水设备或加高两 侧堤顶高程。泥沙 较多的渠道，不宜选择量水堰、量水槛等型式量水设备。因 为堰、 槛阻挡泥沙通过，产生淤积，导致渠道水力特性改变，影响
11、渠道 过流能力。（2）造价低廉、施工简易应尽量利用当地建筑材料建造，造价太高或施工太复杂的型式，都不宜采用。（3）量水设备不能阻碍漂浮物行进渠道中水草等杂物常常浮于表面，如遇量水设备阻挡，将越积越多，如不及 时处理，不但影响测流精度，还可能因过流能力减少而抬高上游渠道水位，危急渠道及 农田的安全。（4）量水设备要经久耐用、不易损坏量水设备受到人为或自然破坏的现象并不鲜见，如薄壁堰的堰顶存在缺口，就不能应用；自动观测设备中受雷击破坏等。量水设备受破坏后会影响量测精度，从而无法正确计量。（5）自动观测设备须增设保护措施自动观测设备都具有仪表、电缆等装置，极易 丢失，必须增加保护措施，如保护箱、小房
12、子等。（6）观测要简单易行、便于群众掌握灌区末级渠道往往距灌区管理单位较远，灌区技术人员可能难以顾及，观测一般要由群众参加，限于群众专业 技术水平，不宜采用 较难 的观测方法。浙江省灌区实用量水技术73 渠首量水实用技术3.1 利用水闸量水 2渠首的控制建筑物一般为进水闸，如平原河网灌区从江河引水。水闸既是控制建筑物，也可根据其泄流能力，计及流量。利用水 闸量水，一般采用以下几个步 骤和方法：（1）准备工作首先检查水闸的完好情况。建筑物应该完好无损， 闸门不漏水，如有缺陷 应先行修缮；复核闸底高程、闸孔 净宽和其它几何尺寸，并标注于事先绘好的平面图和纵剖面图中，以便查用。（2）设置水尺水流状态
13、的判别和过闸流量的计算，主要是根据水位，而水位数值均依靠水尺测读，因此水尺的设置非常重要，具体要求为：上游水尺：设在上游距建筑物约 3 倍闸前最大水深处；下游水尺：设在水流出口处以下，距建筑物约等于单孔 宽度的 1.52.0 倍处；门后水尺：直接安设在闸后侧墙上，水尺距离闸门约 1/4 单孔闸宽（但不能超过 40cm）。以上三种水尺的零点均应与闸底在同一水平面上。也可不设置水尺，而是在该测量位置，用连通管将水引入岸 边观测井内，井内立水尺观测水位。启闸高度水尺直接安设在闸槽边缘的边坡上，水尺零点与闸孔全关闭时的闸门顶部齐平。（3）水流状态及适用条件水闸量水存在四种水流状态，不同的状态，流量 计
14、算式和流量系数均不同。a、闸门全开自由出流：闸门升起，其开启高度 e 与上游水深之比大于 0.65，即e/H0.65；闸门下缘高于水面，下游水深 hH 与 H 之比小于 0.7，即 hH/He，闸门下游被上、下游水面淹没，在水力学中属于淹没孔流。（4）流量计算式与流量系数通过水闸的流量，根据水尺读数，首先 进行流态判别，再通 过相应的流量公式进行计算。流量系数根据水闸类 型和出口形状而定。 兹 将不同类型水闸，在不同流 态下的流量计算式和流量系数列于表 3.1。表 3.1 流量计算式及流量系数项 目 闸门全开自由出流 闸门全开淹没出流 有闸控制自由出流 有闸控制淹没出流示意图流量计算式 gHm
15、bQ2)(2HHhgbQ )05.(2eHgbeQgZbeQ2流量系数 渐变形翼墙 0.325 0.850 0.600 0.620平面翼墙 0.310 0.825 0.580 0.600八字形翼墙 0.330 0.860 0.620 0.640多孔放水口 0.330 0.860 0.640 0.640表中公式符号意义如下：Q过闸流量，m 3/s；浙江省灌区实用量水技术9H上游水深，m；hH下游水深，m；、 、 、 流量系数；b闸孔净宽，m；h1门后水深，m；e启闸高度，m；Z上游与门后水位差， m；g重力加速度。上述流量系数，可供实际使用时参考。但 为验证和提高测验精度，最好 进行现场率定，率
16、定方法可采用流速仪法，根据 实测流量反推流量系数。3.2 利用水尺量水对于灌区渠首紧接电站尾水或水库放孔洞，渠首不设水闸之类的控制设备，此时可利用水尺量水。渠首附近渠道一般比较规则、衬砌较好， 这是利用水尺量水的有利条件。我省 许多灌区渠首或干渠现有的量水方法都属此类，而且与自动化记录仪表配套使用，既能记录流量，又能累积水量。此种方法的量测原理前已述及，惟此法一定要建立在流量随水位呈单值函数关系变化的基础上，否则一个水位，出现多种流量， 则为错误。为了提高测量精度，应定期用流速 仪法校核水位流量关系曲线。3.3 微型灌区泵站电量法量水对于提水灌区，灌区是由数量众多的微型灌区组成的。每一个微型灌
17、区都有独立的泵站提水灌溉，即二级 提水。根据我省钱塘江灌区等地的 经验，其渠首量水可采用电量法，即根据用电量进行换算。其原理是机 组功率与流量有关，当河网水位 变幅不大时，机组效率可认为不变。因此只要事先通 过率定，即可求得水泵提水量与电量的关系，即每度电的提水量。以后使用时，只要统计 用电量即可。需要注意的是，事先一定要率定，不能采用水泵铭牌的额定流量。4 小型渠道量水实用技术本文小型渠道特指过水流量在 0.101.0m 3/s 之间的渠道，一般为大中型灌区的斗渠、小型灌区的支渠。现根据国内外近几年量水设备 的研制和应用情况，推荐以下几种适用于我省灌区小型渠道的特设量水设备。4.1 简易量水
18、槛 2 3简易量水槛是由荷兰、美国等国家研究出的一种量水堰，中国水利水电科学研究院结合我国的实际情况，进 行了大量的模型试验，提出了一系列应用于梯形和矩形渠道的槛型、经验公式和相关系数。1987 年开始在石家庄冶河灌区修建了 61 座各型量浙江省灌区实用量水技术11水槛，其中 13 座作了现场率定， 1992 年通过技术鉴定。 兹将该项主要研究成果介绍如下。（1）布置形式及主要尺寸的选择要求简易量水槛的布置形式如图 4.1.1 所示。主要设计尺寸为量水槛高度和宽度，其横断面为矩形。量水槛的高度对渠道中的水位起控制作用。设置量水槛后，上游形成壅水，要求不要过多的阻碍水流，以避免上游水位升高而发生
19、漫溢。同 时，还必须保证下游水深 不超过上游槛上水深的 的 80。否则，将使槛顶形成淹没出流，影响流量2h1h的测定精度。因此，必须按渠道预期要求通过的最大流量 和下游相应的渠道水深maxQ来选择适当的底槛高度。2H从生产实际出发，本文推荐该项试验研究成果中的 5 种型号，其主要尺寸如表4.1.1。图 4.1.1 简易量水槛纵剖面图注 为上游水深； 为以槛顶为基准的上游水深； 为超高；1H1hd为量水槛长度； 为量水槛壅水高度； 为量水槛高度；LP为下游渠道水深； 为以槛顶为基准的下游水深；22为斜坡段长度; ； 为渠道宽度。 ）（ mPL1.03b表 4.1.1 5 种型号简易量水槛尺寸及
20、C、n 值查对 表型 号 槛宽度 b(m) 槛高度 P (m) 槛顶长度 L1 综合系数 C 幂指数 n(m)A 型 0.3 0.100 0.300 0.658 1.581B 型 0.5 0.125 0.375 1.133 1.611C 型 0.6 0.150 0.375 1.310 1.611D 型 0.8 0.200 0.400 1.750 1.611E 型 1.0 0.250 0.500 2.100 1.611注：如果选用表中推荐尺寸，可以根据 槛上实测水头，利用简化公式直接计算。（2）简易量水槛经验公式 简易量水槛流量计算时，影响因素很多，是一个不确定值。从生 产实际出发，通过模型试验
21、将流量计算简化为幂指数形式的经验公式： (4.1.1) 式中： QnCh1过槛流量；Q槛顶上游水深；1hc系数 n幂指数经验公式中系数 和幂指数 ，反映了渠道不同宽度和槛高的影响。5 种型号的Cn系数 和幂指数 见表 4.1.1。 C（3）限制条件根据冶河灌区现场率定的水位和堰高关系可知，一般情况下 /p2.0。1h（4）淹没度的影响在量水建筑物中，渠道下游水深常对槛型的选择有决定性的影响。由于下游水深过大会影响过流能力，必须 避免淹没度过大，保 证量水 槛在自由流状态下进行工作。当下游水位高到影响上游水位时即为非淹没流转变到淹没流的界限，简易量水槛的淹没界限 St=h2/h1=0.750.8
22、0。4.2 流线型三角形剖面堰 4流线型三角形剖面堰是国际标准化组织于 1984 年制定的一项新的堰槽测流标准（编号为 ISO9827）。它是将三角形剖面堰的两个剖面之间的锐缘棱，用一个与两个坡浙江省灌区实用量水技术13面相切的圆弧所代替，形成流线型的堰底。施 测精度较高，而且适用于淹没流，是一种很好的测流建筑物。流线型堰面的建造困难，可采用精确的样板（用三合板绘制）进行现场定位、水泥沙浆抹面予以解决。其布置及计算方法介绍如下：（1）标准堰的规格流线型三角形剖面堰由 l(垂直): Z1 (水平)的上游坡和 l(垂直): Z2(水平)的下游坡，同一个与两个坡面相切的圆弧所构成。堰顶是水平的并垂直
23、于近河槽的水流方向，堰顶和倾斜面均光滑。垂直于水流方向的堰宽等于设堰处的渠道宽度。几种堰形的详细数据如表 4.2.1。表 4.2.1 几种堰形的详细数据堰形号 1 2 3 4 5Z1 1 1 2 0 0.577Z2 3 5 5 2 4.7L/P 4.5 6.5 7.5 2.25 5.46Rc/P 0.87 0.98 1.47 0.2 0.22Rc/P 0.77 0.91 1.37 0.18 0.21P/P 0.89 0.92 0.93 0.89 0.97表 4.2.1 中，L 为水流方向的堰 长， P 为相对于行近槽底的堰高（ 图 4.2.1），R 为圆弧堰顶的半径，P 为图 4.2.2 所确
24、定的尺寸。图 4.2.1 流线型三角形剖面堰（2） 水头测量断面的位置堰上水头测量的位置应设在堰的上游足够远的地方，以避开水面降落区。另一方面，它又应该足够地靠近堰，使测量断面和堰的控制断面间的能量损失最小。本 标准建议水头测量断面设于堰的上游距堰顶为最大水头的 34 倍（ ）处，如maxax4h图 4.2.1 所示。图 4.2.2 堰剖面详图（3）尾水位测量断面的位置浙江省灌区实用量水技术15尾水位测量断面的位置应在堰的下游距堰足够远的地方，以避开水流波动区。建议尾水位测量断面设于堰的下游距堰脚为最大水头的 56 倍（ ）处。使测maxax6h量不受水流波动影响。如发生水跃， 则测量位置应在
25、水跃的下游。（4）自由流的条件当水流与尾水位的波动无关时，就是自由流。其自由流界限 在本文第（7）节中c给出。尾水头不应该超过堰 顶高程以上的上游水头的 倍，从而使其对流量的影响不c超过 1。（5）流量计算公式流量计算公式如下：(4.2.1)2/32/3)(bhgCQdr式中：Q过堰流量， ；sm/3C根据实测水头确定的流量系数，无量 纲；实测上游水头， ；h淹没流系数，无量纲；drb垂直于水流方向的堰宽， ；g重力加速度， 。2/sm（6）流量系数 C流量系数 C 值，是作为 的函数由曲线图给出的，这里代之以关系表的形式ph/给出（表 4.2.2）。表 4.2.2 流量系数 C 与 的关系p
26、h/Cph/#1 堰 2 堰 3 堰 4 堰 5 堰1.60 1.42 1.29 1.28 1.40 1.39 1.27 1.27 1.58 1.32 1.20 1.37 1.25 1.25 1.57 1.31 1.00 1.31 1.21 1.22 1.54 1.30 0.80 1.24 1.17 1.17 1.47 1.27 0.60 1.17 1.12 1.13 1.38 1.23 0.40 1.10 1.04 1.08 1.28 1.17 0.20 1.03 0.96 1.04 1.17 1.10 （7）自由流界限 是按淹没比 （式中的 为堰顶以上的尾水头）取值，chdr/dr大于此值
27、时，流量的减小将超 过自由流流量的 1% 。除 5 号堰形外，其余堰形的自由流界限如表 4.2.3。 表 4.2.3 自由流界限 c堰形号 1 0.752 0.813 0.814 0.68（8）淹没流系数 drC对于自由流淹没流系数 可取为 1。淹没流时必须计及淹没系数 。表 4.2.1 所dr drC列前 4 个堰形对应的 与 的函数关系列与表 4.2.4（标准列出曲线图，现合并为一r个表）。对于堰形号 5，由于没有取得淹没流的数据，因此，只能应用于自由流。表 4.2.4 淹没流流量折减系数 drChdr/drC 1 堰 2 堰 3 堰 4 堰1.00 0.65 0.70 0.70 0.58
28、 0.98 0.79 0.83 0.84 0.74 0.96 0.86 0.90 0.91 0.79 0.94 0.90 0.93 0.93 0.82 0.92 0.92 0.95 0.95 0.84 0.90 0.94 0.97 0.96 0.85 （9）限制条件为避免表面张力和粘滞性影响，特作下列一般性限制：0.05hm0.15 P浙江省灌区实用量水技术170.30bm除此之外，由于试验数据的可用性有限，增加下列具体限制：对于堰形号 13： 1.6ph/对于堰形号 4： 1.45P对于堰形号 5： 1.45 号堰形应只在自由流条件下运用。14 号堰形能在淹没流条件下运用，但 的取值，应 使
29、 不小于 0.9。drC4.3 矩形渠道半圆柱形量水槽 5矩形渠道半圆柱形量水槽是在渠道两侧修筑直径为 d 的半圆柱体，形成侧收缩，水流通过时产生临界流，从而具有稳定的水位流量关系，其结构如图 4.3.1 所示。 该量水槽的特点是结构简单，施工方便，且具有一定的量水精度。4.3.1 半圆柱形量水槽平面图与纵剖面图2000 年，Samqni 和 Magallanzez 对半圆柱形简易量水槽进行了一系列研究，并建立了流量系数关系式。但资 料偏少， 试验水槽宽度和 长度也小。其 结果应用于生产实际尚有待完善。2004 年，我国西北农林科技大学吕宏兴等人，在 长 12m、宽 60cm、深30 cm 的
30、水槽中，采用 3 种收缩比，进行了 48 组试验。并综合了前者的试验数据， 拟合了具有量纲和谐的流量计算公式，流量计算平均误差为 3.03。自由流流量计算式：（4.3.1） 538.19462.0.HBgQc式中： Q流量，m 3/s；g重力加速度，m/s 2；Bc喉口宽度（B c=B-d）, m；H以喉口底部为基准的量水槽上游水深， m。上式适用于喉口断面收缩比 B c /B=0.400.64。量水槽淹没度定义为下游水深与上游水深之比，h/H；试验表明，临界淹没度 C0.85。大于此值，上式不能应用。为保证量水精度，喉口收缩必须根据渠道坡度确定，收缩比应随底坡增大而减小，原则上是量水槽上游水
31、流佛劳德数 Fr0.5。该成果属国家“ 十五” 重大科技 专项课题，但尚未进行野外试验研究，应用于灌区尚需在不同底坡的均匀流矩形渠道中进行综合试验研究。本文在此推荐可从实践上丰富该项试验研究，以取得更多的实际经验。具体 选型方法及示例见本文第 5 节。4.4 小型渠道量水方法比较兹将上述 3 种量水方法的主要特性汇总如表 4.4。浙江省灌区实用量水技术19表 4.4 小型量水设备比较表名 称 简易量水槛 流线型三角形 剖面堰 矩形渠道半圆柱形量水槽研究单位 国外引进，中国水利水电科学研究院研究 国际标准 ISO8368 国外引进，西北农林科技大学研究年份1987 年（水利部重点研究课题，199
32、2 年通过技术鉴定）1984 2004 年（国家“十五”重大科技专项课题）适用水流状态 自由流 自由流及淹没流 自由流临界淹没比c（h2/h1） 0.80 0.680.81 0.85最小流量 0.006 0.006 0.003优点 结构 简单、施工方便、 造价低廉。 因系国际标准、量水槽规范，同时适合淹没流。 结构 简单、施工方便、 造价低廉、不易淤积。缺点 堰槛 阻水，上游易产生 淤积。 堰 槛阻水，上游易产生 淤积。 仅 适用于自由流。应用情况1985 年在江 苏、安徽、浙江、河北等省推广应用。1987 年在石家庄冶河灌区继续研究。应用于引黄人民胜 利渠，效果良好。注：最小流量与量水设备的
33、水头、宽度、 槛高等密切相关。表中最小流量参照有关文献按最小水头h=5cm，最小槽宽 b=30cm 计 算。5 末级渠道量水实用技术(推荐尺寸)本文所指末级渠道为大、中型灌区的农、毛渠，小型灌区的斗、农渠，流量较小，约 0.0050.015m 3/s。其特点是渠道坡降小，水头极其宝贵，安装量水设备的淹没度大。上述小型渠道的量水方法，同样适用于末级渠道的量水，但尺寸更小。 现根据浙江省末级渠道的特点，推荐以下几种布置尺寸，供选型时 直接应用。示意 图见附图 5.1。5.1 简易量水槛由前节叙述可知，简易量水槛现有 5 种型号。根据末级渠道流量小的特点，采用 A型的布置尺寸作为推荐方案。具体尺寸为
34、：量水槛宽度 b=30cm，槛顶长度 L1=30cm，槛高度 P=10 cm，详见附图 5.2。其 综合系数 C=0.658，幂指数 n=1.581。则流量公式简化为(5.1.1) 581.60hQ典型应用情况：在自由流条件下，典型水位和流量如表 5.1.1 表 5.1.1 典型应用情况h1 (m) C n Q(m3/s)0.05 0.658 1.581 0.0060.10 0.658 1.581 0.017现以例说明量水槛的设计和使用方法。例 1：某灌区的某末级渠道考虑采用简易量水槛量水，试求上下游水位并设计工程布置。渠道未衬砌、 为壤土土渠；断面为梯形，底 宽 0.3m，边坡比例 1:1，
35、渠深0.25m，渠底比降 1/5000；设计流量 0.01 m3/s。解：因原渠道为梯形，而且为土渠，渠段不 稳定。故首先将量水段改建为混凝土渠道，其长 度约 5m。并使断面型式改为与 A 型量水槛 正好一致的矩形，槽 宽 0.30m，槽浙江省灌区实用量水技术21深 0.25m。在距下游约 1m 处设置堰槛， 槛高度 P0.10m，槛顶长度 L1=0.30m，上游面为 1：3 斜坡（砌置方法详见后述）。根据式（5.1.1）流量 计算，当通过设计流量 0.01m3/s 时， 槛前水深581.60hQh10.07m。则上游水位 H1=P+h10.10+0.070.17m。 淹没度复核：下游水位采用
36、明渠均匀流公式计算，糙率取用 0.025，经计算，原渠道通过设计流量 0.01 m3/s 时，下游水位为 H2=0.18m。由于下游水位比上游水位还高0.01m，设计不能成立。为此将上游槽底高程及量水槛均抬高 0.03m，这样，以下游渠底为基准的量水槛高程为 0.13m，以槛顶为基准的下游水 头 h2=0.18-0.13=0.05m，则淹没系 St=h2/h1=0.05/ 0.07=0.710.75，过槛水流为自由出流，符合设计要求。此时上游水位 H1=0.13+0.07=0.20m，尚有 0.05m 安全超高。 实际工程中，还要根据上游工程布置情况，复核进流条件，即是否会因水位的抬高，而影响
37、本 级渠道的进流。5.2 流线型三角形剖面堰 根据我省末级渠道流量小、渠道坡度缓的特点，推荐上述 1 号堰型供选型参考。并取量水槽宽度 B=30cm，堰高 P=15cm ，其他尺寸 详见表 5.2.1 及附图 5.3。表 5.2.1 堰形详细数据 单位：cmZ1 Z2 P P R L1 L2 L1 3 15 17 13 17 51 68流量计算仍采用式(4.2.1) ，如为自由流， =1.0，则流量计算式可简化为：drCQ=0.511Ch1.5 (5.2.1)根据上述限制条件， 0.05 。hm如为自由流，典型应用情况下的水位和流量如表 5.2.2 表 5.2.2 典型应用情况h(m) h/P
38、 C Q(m3)/s0.05 0.333 1.08 0.0060.10 0.667 1.19 0.019例 2 ：为了便于比较，仍以 5.1 节中例题为例，现采用上述推荐的流线型三角形剖面堰尺寸，作为量水设备，设计流量 0.01 m3/s；用混凝土砌置。试求上下游水位并设计工程布置。解 ：首先考 虑在准备安装量水槽附近的渠道中， 选择一段长约 5m 左右的明渠，用砖砌、水泥砂浆抹面的方式 衬砌渠道，并将断面改 为 底宽 30cm、渠深 25cm 的矩形断面，两端与原梯形土渠平顺连接。在距量水段末端 约 1.0m 处，用三合板绘制的剖面图定位，水泥砂浆砌制堰体，构成流线型三角形剖面堰（详见后述）
39、。计算上、下游水位：上游水位：当流量为 0.01 m3/s 时，按 5.2.1 式反算堰顶水头 ， 0.067m。则以h槽底为基准的上游水位为 0.15+0.070.22m，上游水位距边墙顶仅 0.03m，为安全计，再将上游两侧边墙抬高 0.03m，即上游渠深 为 0.28，则尚有 0.28-0.22=0.06m 安全超高。但仍要复核设置量水堰后是否影响本级渠道的进流。 下游水位：前已计算，下游水位为 0.18m。高于堰高 0.03m。 复核淹没度： 为自由流，符合设计要求。75.0430/ hdr5.3 矩形渠道半圆柱形量水槽 根据 4.3 介绍推荐以下尺寸：量水槽宽度 B=32cm，圆柱体
40、直径 d=16cm，则Bc=16cm，=0.5。详见附图 5.4。如 g=9.81m/s2，其流量计算式可简化为Q=0.359H1.554 （5.3.1）式中符号同式 4.3.1，典型流量及有关参数见表 5.3.1。表 5.3.1 典型应用情况浙江省灌区实用量水技术23H(m) C n Q(m3/s)0.05 0.359 1.554 0.0030.10 0.359 1.554 0.010选用量水槽时，必须复核量槽上下游水位。上游水位如超过允许水位时， 应加高堤顶高程；下游水位若超过允许的下游水位时，说明已产生淹没流，不符合应用条件，应改变量水槽布置及相关尺寸。现举例说明如下：例：同上例。解：决
41、定采用本文推荐之矩形半圆柱形量水槽尺寸。与上例同样在准备安装量水槽附近的渠道中，选择一段 长约 5m 左右的明渠，用砖砌、水泥砂浆抹面的方式衬砌渠道，并将断面改为底宽 32cm、渠深 25cm 的矩形断面，两端与原梯形土渠平顺连接。在距下游端约 1m 处的两侧边墙上，设置直径为 16cm 的半圆柱（方法详见后述），此为喉口收缩断面。复核上下游水位：上游水位：采用式（5.3.1）计算，当通过设计流量 0.01 m3/s 时上游水位为 H=0.10m。下游水位：与上例相同，下游水位 h=0.18m。按计算结果，量水槽非但不能产生自由出流，而且下游水位已超过上游水位， 说明本设计不能成立。为此将半
42、圆柱体以上的上游渠底高程抬高 0.12m，以抬高上游水位。这样以下游渠底为基准的上游水位为 0.10+0.120.22m，此 时淹没度为c=0.18/0.220.820.85， 满足自由流运行条件。但上游水位距边墙顶仅 0.03m，为安全计，再将上游两侧边墙抬高 0.03m，即上游渠深为 0.28m，预留安全超高 0.06 m。实际工程中尚需复核是否会因上游水位的抬高，而影响本级渠道的进流。5.4 末级渠道量水布置比较为了比较三种末级渠道量水布置的优劣，本文采用了同一渠道作为计算示例。其具体比较见表 5.4.1。表 5.4.1 量水布置比较表名 称 简易量水槛 流线型三角形剖面堰 矩形渠道半圆
43、柱形量水槽设计流量 （m3/s） 0.01 0.01 0.01下游水位 （m） 0.18 0.18 0.18堰（槛）高 （m） 0.10+跌水 0.03 0.15 跌水 0.12堰（槛）上水头（m） 0.07 0.07 0.10上游槽深 （m） 0.25 0.28 0.28由 5.4.1 可见：(1)简易量水槛 ，流量系数较大，故堰上水头较小， 仅为 0.07m。上游槽深可不改变，尚有 0.05m 安全超高。渠槽断面 为矩形，施工方便；(2)流线型三角形剖面堰，堰体为流线型，流量系数较大，故堰上水头也为 0.07m；堰高和槽深均较适宜；因堰型为流线形，制作略难；(3)矩形渠道半圆柱形量水槽，和
44、另外两种形式相比，喉口阻力偏大，流量系数偏小，故上游水头为 0.10m，比另外两种形式高 0.03 m。按自由流计算，上游水头并不高，但受下游水位顶托，不能产生自由流，必须抬高上游槽底高程形成跌水， 产生自由流后方能使用。但无堰槛，不易淤积。总之，3 种布置形式均可采用，可结合末级渠道的形式、自然条件选用。工程量虽有差别，但因差别甚微，不是选型制约因素。浙江省灌区实用量水技术256 量水设备选择、设计与安装由以上分析可知，量水设备不是一件仪器，直接安装后便可使用， 。而是要根据渠道的流量、水力条件等情况进行选择、 设计和制作。6.1 量水设备选择此处量水设备的选择是指测试渠道或安装位置的选择。
45、由上述介绍和实例可知，小型渠道和末级渠道因采用量水设备，增加了渠道局部阻力，致使上游水位抬高，可能会影响本级渠道的进流。因此应尽可能选择具有跌水的位置。这要与样点田块的面积、土壤 质地、农作物种类等通盘考虑，尽可能 选择 二者都符合要求的位置。对于“以大带 小” 灌区的渠首量水，同样要考虑这一问题，必要时以满足量水为主，而改变灌区的选择。另外，交通、用电及管理等是否方便，也是需要考虑的因素。6.2 量水设备设计6.2.1 水力计算当量水设备的位置和类型选定后，首先要进行水力计算，其计算内容主要有：（1）量水设备上游水位。按设计流量或通常灌溉流量，根据量水设备流量计算式计算；（2）量水设备下游水
46、位。按同样流量，通 过明渠均匀流公式计算；（3）水位检验。检验上、下游水位是否满足该设备的运行条件，如自由流界限、最小水头及其与堰高的关系等；（4）渠道堤顶高程。检验上游水位抬高后是否会漫溢，或安全超高是否满足；(5)渠道过流能力。检验是否会因上游水位的抬高而影响本级渠道的进流，或因顶托作用，使上一级渠道水位也抬高；（6）如上述计算有不满足之处，则需更改方案或采取一定的补救措施，以满足设计要求。此点很重要，否则既不能测量流量， 还可能造成事故。6.2.2 绘制量水槽布置图根据水力计算结果，绘制量水槽平面图和剖面图。包括量水槽长度、 宽度、深度、堰体尺寸、水尺安装位置等。如不另绘施工图则需注明砌
47、制材料、注意事项等，以供施工、安装使用。同时根据工程量估算工程费用。6.3 量水设备施工6.3.1 量水槽施工量水槽除必须满足结构稳定、不漏水等一般条件外，从量水要求出发，更要注意边墙顺直、渠槽等宽、表面光洁等条件。否 则水流可能出 现偏折、不对称、不稳定等现象，影响测试精度，柱形量水槽尤加注意。为了保证堰体安装准确，堰体位置的槽底高程必须相等，其误差不应超过 1mm，抹面时可用水平尺找平，或采用其它经验制作。6.3.2 堰体制作对于三角形剖面堰和简易量水槛，可以采用以下方法制作堰体：（1）首先根据已设计好的尺寸，在三合板上绘制堰体剖面形状；然后用锯子沿线锯开，并用砂皮打光模平，构成样板；（2）在量水槽设堰处的底板上，沿边墙垂直方向绘制一根直线，作为堰体上游侧位置的控制线；（3）在距两侧边墙约 5cm 处，分别绘制平行于边墙的直线，可用三角尺按上述控制线的垂线方向绘制，此为样 板定位线；(4)将样板竖直置放在 样板定位线上，上游侧与堰体控制线重合，底部用少许水泥
