3.计算部分平均流速:
部分平均流速就是相邻两条测线的垂线平均流速的平均值:
V2=^(Vml+vm2)
2
V3=^(Vm2+Vιn3)
2
∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
水边部分平均流速(Vl或VQ,等于近岸测线的垂线平均流速(Vml或Vni(H-I))乘以岸边流速系数Q:
V1=αVml
Vn=αVm(n-1)
岸边流速系数α,与渠道的断面形状、渠岸的糙率、水流条件等有关。
合理地选取α值,对提高流量施测精度有显著影响。
α值可以通过实测确定。
4.计算部分而积:
部分面积由相邻的两条测线处的水深的平均值乘以测线间距而得,如图1中:
f2=-(Di+D2)b2
~2-
f3=i(D2+D3)b3
••••••••••••
两水边部分面积为:
fι=^D1b1
2
f∏=-Dn-Ibn
2
KblA~~也¥“……∙/
λfl
.・•
fs
f3
fn
∕<,∙∙∙
DI
D2
Ds
Din-I)
/
/
/
图】测流断面部分面积示意图
5.计算部分流量:
由每块部分面积乘以该面积上对应的部分平均流速即
得部分流量。
设各个部分流量为:
qi、q?
、qs……q,u贝Ih
qι=V1×f1
q2=V2Xf2
q3=V3×f3
•••••••••
q∏=VnXfn
6.计算断而流量:
各个部分流量之和即为断而流量(Q):
Q=∑Cli
r-l
流量实测的记录计算表格形式如表4o
测流记载及计算表
渠道洛称
地点
施测时间
时分至时分
流速公式
天气
风向
风力
流向
仪器号码
点
次
起点距
(米)
水深(米)
测点深(米)
时间(秒)
转数
(转)
测点流速(米/秒)
垂线平均流速(米/秒)
部分流速(米/秒)
部分宽
(米)
部分平均水深
(米)
部分面积
(米2)
部分流≡(米*秒)
大月
记
闸孔宽度(米)
断面平均流速(米/秒)
提闸高度(米)
上游水尺(米)
断面平均水深(米)
下游水尺(米)
闸前水尺(米)
流态
闸后水尺(米)
校核:
计算:
第四节流速仪测量方法的精简分析
(一)常测法的精简分析
1.用精测资料精简分析
根据精测资料,选取一部分测线、测点,缩短测点测速历时,重新计算断面流量,求出与精测流量之间的随机误差和系统误差,如各项误差符合表5的要求,精简方案即可用作常测法。
表5常测法的误差界限
累积频率95%的误差
累积频率75%的误差
系统误差
水文规范
内控标准
水文规范
内控标准
水文规氾
内控标准
±5%
±3%
±3%
±2%
±1%
±0.5%
分析步骤如下:
(1)绘制流速横向分布图。
根据流速横向分布情况,合理地选择布设垂线,使精简垂线后,流速横向分布能基木上维持原形;
(2)绘制流速垂直分布图。
根据流速垂线分布情况拟定测点精简方案;
(3)根据上述初步选定的测线测点,用少数精测资料,进行精简前后单宽流量计算,并绘出单宽流量横向分布图,比较不同精简方案的这种图形,选择流量误差小者,进行全而的精简分析计算;
(4)将所有精测资料,按拟定的几种精简方案,重新计算断面流量。
然后将每一个精简方案的流量成果与精测法流量成果比较,进行误差分析。
按规范标准(见表5)确定合理方案。
2.常测法分开精简法
所谓分开精简分析,是采用垂线、测点分开作精简计算,适用于难以取得精测法资料的测站。
其分析步骤是:
(1)在测流断面上选择有代表性的少数测速垂线,用多点法在各级水位分别测速,取得30次以上的资料。
然后,分别计算每种精简测点方案的垂线平均流速,并与多点法比较,计算相对误差,并统计系统误差及累积频率75%和95%的随机误差;
(2)按正规精测法布置测速垂线,而用少点法在各级水位测流,取得不少于30次以上资料后,进行垂线精简,并分别计算各精简方案的流量相对误差。
再统计系统误差及累积频率75%和95%的随机误差;
(3)将上述两项分开精简的各种方案,进行不同的组合,产生若干精简方案,这些方案的误差计算方法如下:
综合随机误差:
m=J∕m^+-^—
Va×n
式中:
m——断面流量随机误差的综合值;
mx——用多线少点资料精简垂线的误差;
md——用多点法资料精简测点的误差;
∏——各多线资料中测速垂线数的平均值;
α——不等权系数,l>α>纟,其中示为部分流量的均值,
采用总流量除以垂线数,qn为最大部分流量。
综合系统误差:
XQ=Xd+Xx
式中:
XQ——断面流量的综合系统误差;
Xd——精简测点使流量产生的系统误差;
XX——精简垂线使流量产生的系统误差;
当上述综合随机误差和综合系统误差符合规范标准(表5)时,则精简方案成立。
(二)简测法的精简分析
对于断面比较稳定的测站,可采用一线一点法、两线一点法、一线两点法、一线三点法等精简方案。
步骤如下:
(1)选几种中高水位的精测法(或常测法)资料,绘综合断面图及Vn√v(垂线平均流速与断而平均流速的比值)横向分布曲线。
选择VM卩比较稳定的几个部位,作为初步拟定单位流速(VO)的分析位置;
(2)在上述初步确定部位附近,取测速垂线的全部测速资料,摘岀各垂线和测点的实测流速,计算单位流速(一线一点法、一线两点法或一线三点法等);
(3)以各次精测法(或常测法)的断面平均流速与单位流速点绘关系图,通过点群重心绘出关系线。
该关系线一般为直线,用图解法定出直线方程,即为断面平均流速(P)与单位流速(VO)的换算公式:
V=aVo+b
式中:
V——断面平均流速;
VO——单位流速;
a——系数(直线斜率);
b——常数(或直线的截距)。
(4)用精测法(或常测法)的断面平均流速与换算公式计算的断面平均流速相比较,进行误差分析,若各项误差符合表6中的规定,则精简方案成立。
表6简测法的误差界限
累积频率95%的误差
累积频率75%的误差
系统误差
水文规范
内控标准
水文规范
内控标准
水文规氾
内控标准
±8%
±5%
±4%
±3%
+1%
第五节流速仪的使用与保养
正确地使用与保养流速仪,对测速成果质量和仪器的使用寿命都有很大影响,测流人员必须对此给予足够的重视。
(一)测流仪的安装
1.旋桨式流速仪的安装
(1)打开仪器箱盖,拨开转动部分的压栓,轻轻取出身架部件;
(2)拧松身架侧而的固轴螺丝,取出旋桨部件;
(3)向身架腔注仪器油,油量为孔高的1/3;
(4)将旋转部件插入身架孔中,使前轴套与身架之间保持0.3~0.4mm的间隙。
一般只要把旋桨部件插入到底即可。
如果间隙太小,有磨边现象,则应把旋桨部件稍拨出一些。
待调整正确后,即可把固轴螺丝固紧。
固紧螺丝时应注意勿用力过猛,以免顶斜旋轴。
2.旋杯式流速仪的安装
(1)打开仪器箱盖,手持辘架取出仪器;
(2)松开辄架顶螺丝,卸下旋盘固定器;
(3)在顶头内注满仪器油,装上顶针,调好旋盘轴向间隙固紧辄架顶螺丝。
旋盘轴向间隙为0.03〜0.08mm,手感旋盘沿轴向有轻微活动间隙即可;
(4)装上尾翼,将平衡锤调节在适当位置固紧,使仪器在水中保持水平。
(二)流速仪养护的一般规则
小心地使用和仔细地养护,可保证流速仪正常地、可靠地工作,并且获得可靠的流量资料。
为此,应注意下列规定:
1.仪器及全部附件应完全良好和清洁地保存在仪器箱内,并放置在干燥、通风的房间柜中;
2.拆卸、清洗及安装仪器以前,必须通晓仪器的结构和拆洗方法;
3.仪器各部分均不能任意碰撞,旋杯、旋桨、旋轴、辄架等尤须注意;
4.顶针、顶窝、球轴承等易锈零件,必须经常加仪器油;
5.仪器油使用HY—8(8号仪表油),不得任意改用其它粘度的油类;
6.仪器安装好后,要轻提轻放,防止快速空转,以保证其性能稳定;
7.仪器工作完毕出水后,应立即就地用干毛巾擦干水分。
如仪器上有污物或泥沙,要先用清水冲洗干净,然后擦干。
卸成原来的各部件,妥善地安置在仪器箱内指定的位置。
旋杯式流速仪要把顶针卸下,转上旋盘固定器;
8.关闭箱盖时,务必小心,不宜过猛。
如遇关闭不平服时,应立即检查内部安放情况,决不可硬压;
9.仪器长期储藏不用时,易锈部件(如轴承、顶针等)必须涂以黄油保护。
(三)仪器的检查与检定
新领到或检定回来的仪器,应当进行全而检查,特别要注意有无检定公式,检定书号码与仪器号码是否一致,部件是否齐全,旋转是否灵敏,讯号是否正常等等。
灵敏度的试验,就是将仪器按规定装好后,手持仪器身架,吹动旋桨
(旋杯),观察其转动情况。
如果启动灵活停止徐缓,没有跳动或突然停止现象,说明灵敏度正常,如发现仪器运转不正常时,应对有关部件进行检查,重新安装或拆洗,必要时做简单修理。
如故障较重时,需送交检修站维修。
流速仪使用时间过长或有损坏,为保证流速公式的可靠性,必须进行检定。
一般情况下,流速仪发生下列问题之一时应停止使用,进行检定:
1•旋转不灵;
2.旋转部件变形;
3.轴承锈蚀严重或顶针、顶窝有显著磨损;
4.仪器使用中实测流速超过允许的最大流速范围;
5.经与性能好的仪器比测,确认误差过大的;
6.正常使用2—3年的(有效工作时间300小时)。
第六节岸边流速系数
岸边流速系数是流速仪施测中由岸边测线的垂线平均流速推算岸边部分平均流速的一个折算系数。
流量测验规范规定,若无实测资料,可采用以下参考值:
规则土渠的斜坡岸边:
α=0.67-0.75
梯形断面混凝土衬砌渠段:
α=0.8〜0.95
不平整的陡岸边:
α=0.8
光滑的陡岸边:
α=0.9
死水边:
α=0.6
两岸边视实际情况,岸边流速系数可采用不同数值。
灌溉渠道中的梯形断而渠道符合规范要求的条件,但选用上述给定的α值。
往往与实际不符。
实测表明,一般可引起实测流量2%〜4%的误差。
岸边流速系数的大小与渠道的断而形状、渠岸糙率、水流状态及水边宽度等有关。
岸边流速系数选值不当引起的误差,实际上是由测速垂线数目不足导致的误差,消除的方法就是采用实测的岸边流速系数值。
岸边流速系数的实测,即在测流断面上的近岸基木测线与水边之间,采用加密测线的方法,精测边角部分的流量和边角面积,求出边角部分平均流速,据此推算出实测的岸边流速系数。
具体方法如下:
1.如图2所示。
在测流断而基木测线D占水边之间布设若干加密测线
hι>h2>h3>、hr.o加密测线的间距一般为水边宽的1/10〜1/5。
2.在近岸基木测线及各加密测线上,按精测法的要求测速。
最边一条测线h,可用一点法。
3.计算相邻测线间的部分流量q“水边余角的部分流量计算,仍需选用规范的岸边流速系数,由于余角很小,此时岸边流速系数的影响甚微,可忽略不计。
4.计算边角部分总流量Q边和总面积ω边及边角部分平均流速V边:
Q边(i-l,2,,n)
ωii=∑ω1(i=l,2,,n)
V边=Q边/3边
5.求出岸边流速系数实测值:
α=V边/Vi
式中:
V厂一近岸基本测线D的垂线平均流速。
依上述方法,实测不同水位的岸边流速系数。
当积累了足够的资料时,一般不少于8次,采用格拉布斯法则对实测数据进行判别,剔除异常数据后,其平均值即为岸边流速系数最佳值。
在测流中采用,可消除由于岸边流速系数取值不当所引起的系统误差。
第二章水工建筑物量水流量系数的率定
利用水工建筑物量水是一种简单经济的量水方法。
通常灌区用以量水的建筑物多以堰闸为主。
堰闸量水首先要根据不同的闸型,水流形态,选择适当的流量计算公式。
然后根据观测的有关变量进行推流。
对于某一特定的量水建筑物,在选定了流量公式以后,其量水精度的关键是流量系数。
实际工作中,采用水利学中流量系数的理论值推流往往与实际流量不符。
这主要是由于水利学中流量公式推导时考虑的是有效水头Ho,而流量测验推流时则只考虑实测水头H,忽略了行近流速VO产生的流速水头aV02∕2g的影响,流速水头虽然在水尺上观测不到,但实际上对过水流量起着作用。
另外,由于工程条件和水流条件的限制,水尺有时不能按要求的位置安设而影响实测水头。
因此,率定堰闸的流量系数,对提高其量水精度是非常必要的。
一、实测率定方法
用流速仪率定量水建筑物,要在建筑物上(或下)游水流稳定的平直渠段上设置测流断而。
(一般设在建筑物下游100-300米处)。
在用流速仪测流的同时,观测与堰闸过水流量有关的相应项目。
对于无闸自由流,只需观测上游水位;无闸潜流需观测上游水位和下游水位;有闸控制流态,则需观测闸前水位、闸后水位和提闸高度等。
率定工作需在渠道流量稳定时进行,以免因水位大起大落而影响测流精度。
水位观测应在流速仪施测的始末各观读一次,若变化不大,可取其平均值作为相应水位。
二、率定资料的分析
1、堰闸量水流量系数的分析:
判别流态,
选择适当的公式后,根据实测流量及相应水位,推求实测
的流量系数值。
实践表明,流量系数是随上、下游水位、提闸高度等因素
变化而变化的。
不同流态的流量系数有不同的流量公式和相关因素见表7。
因此在率定时,
也要作相应处理。
表7堰闸出流的流量公式及流量系数相关因素
水流形态
流量公式
相关因素
拟合线型
无闸自市流
Q=mBH7⅛77
H-m
幕函数
无闸潜流
a)Q=mXBhHJ2gZ〃
(Z/H)—m'
幕函数
b)b=m'BHy∣2gH
有闸自由流
a)Q=UBhg』2gH
(ho/H)—μ