完整版常用量水堰槽使用技术.docx

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完整版常用量水堰槽使用技术

如何选择量水堰槽

非满管状态流动的水路称作明渠（openchannel），明渠流量计的应用场所有城市供水引水渠、火电厂冷却水引水和排水渠、污水治理流入和排放渠、工矿企业废水排放以及水利工程和农业灌溉用渠道。

选择量水堰槽的种类，要考虑渠道内流量的大小，渠道内水的流态，是否能形成自由流。

最大流量小于40升/秒建议使用直角三角堰；大于40升/秒建议使用巴歇尔槽；上游渠道较短，最大流量又大于40升/秒建议使用矩形堰。

条件允许，最好选择巴歇尔槽。

巴歇尔槽的水位-流量关系是由实验室标定出来的，而且对于上游行进渠槽条件要求较弱。

三角堰和矩形堰的水位-流量关系来源于理论计算，容易由于忽略一些使用条件，带来附加误差。

三角堰

材料：

PVC、玻璃钢、不锈钢可选。

流量越大，相应增加壁厚。

注意事项：

◇三角口处的尺寸准确、缘台平直、光滑。

板面光滑、平整、无扭曲。

；

◇三角堰的中心线要与渠道的中心线重合。

◇j为堰板嵌入渠道墙的部分，尺寸请用户根据现场情况而定。

适应范围：

◇三角堰可按图1.1加工。

注意：

安装该直角三角堰的上游渠道宽是600mm，三角顶角与上游渠底的高度是250mm。

◇如使用图1.1直角三角堰，可在明渠菜单“10堰槽种类”→“1直角三角堰”项选择“开启”，仪表内已有该堰板的水位-流量表，可根据水位值直接给给出流速。

最小流量0.0136升/秒，最大流量45.010升/秒（162吨/小时）

图1.1直角三角堰堰板构造

图1.2三角堰建造效果图

图1.3三角堰在渠道上的安装和三角堰的水位零点

三角堰安装在渠道上如图1.3所示。

堰板要竖直，要安在渠道的中轴线上。

加工三角堰时，可以会使顶角变成圆角，在确定水位等于零的位置时要注意，三角堰的水位零点应在三角堰的侧边的延长线的交点上。

仪表的探头要安装在上游距离堰板0.5～1米的位置。

二：

矩形堰

材质：

PVC、玻璃钢、不锈钢可选。

流量越大，相应增加壁厚。

注意事项：

◇矩形口处的尺寸要准确、缘台平直、光滑。

板面光滑、平整、无扭曲。

◇矩形堰的中心线要与渠道的中心线重合。

◇j为堰板嵌入渠道墙的部分，尺寸请用户根据现场情况而定。

适用范围：

◇矩形堰可按图2.1加工，注意：

矩形堰的水位-流量关系主要取决于堰口宽的“b”。

也与上游渠道宽“B”和堰坎高“p”有关。

◇如使用图2.1的矩形堰，可以在明渠菜单“10堰槽种类”→“2矩形堰”项选择：

0.25、0.50、0.75、1.00（注：

此选项代表堰口宽b）仪表内已有该堰板的水位-流量表，可根据水位值直接给给出流速。

1：

b=0.25米最小流量0.4375升/秒（1.6吨/小时），最大流量56.907升/秒（205吨/小时）

2：

b=0.50米最小流量0.8774升/秒（3.1吨/小时），最大流量153.74升/秒（553吨/小时）

3：

b=0.75米最小流量3.7488升/秒（13吨/小时），最大流量539.04升/秒（1941吨/小时）

4：

b=1.00米最小流量4.9780升/秒（18吨/小时），最大流量687.36升/秒（2474吨/小时）

图2.1矩形堰的构造图

图2.2矩形堰建造效果图

图2.3矩形堰在渠道上的安装和矩形堰的水位零点

矩形堰安装在渠道上如图2.3所示。

堰板要竖直，要安装在渠道的中轴线上。

仪表的探头安装在距离堰板0.5～1米的位置。

三：

巴歇尔槽

材质：

PVC、玻璃钢、不锈钢可选。

流量越大，相应增加壁厚。

注意事项：

◇j的尺寸与渠道安装有关，请用户根据现场情况而定。

◇巴歇尔槽的中心线要与渠道的中心线重合,使水流进入巴歇尔槽不出现偏流。

◇巴歇尔槽通水后，水的流态要自由流。

巴歇尔槽的淹没度要小于规定的临界淹没度。

◇巴歇尔槽的上游应有大于5倍渠道宽的平直段，使水流能平稳进入巴歇尔槽。

即没有左右偏流，也没有渠道坡降形成的冲力。

（参见下图）

◇巴歇尔槽安装在渠道上要牢固。

与渠道侧壁、渠底连结要紧密，不能漏水。

使水流全部流经巴歇尔槽的计量部位。

巴歇尔槽的计量部位是槽内喉道段。

适应范围：

◇巴歇尔槽构造如图3.1。

巴歇尔槽的标示尺寸是喉道宽度“b”。

首先根据应用需要的最大流量，从“附录一巴歇尔槽水位-流量公式”中查出合适的巴歇尔槽的喉道宽“b”。

再从“附录二巴歇尔槽构造尺寸”中查出对应喉道宽等于“b”的巴歇槽的其他尺寸。

按图3.1加工成形，安装在渠道上如图2.4所示。

◇使用巴歇尔槽，可以在菜单“10堰槽种类”→“3巴歇尔槽”项选择“开启”。

根据喉道宽“b”，从“附录三常用型号巴歇尔槽对应b值c值与n值，长宽高与最大流量”中查出修工系数c和指数n，输入到菜单“9设置常数”→“1修工系数c”和“指数n”，仪表就可以自动算出水位对应的流量值。

图3.1巴歇尔槽构造尺寸图

图3.2巴歇尔槽在渠道上的安装效果图

附表三：

常用型号巴歇尔槽对应b值c值与n值，长宽高与最大流量

5　水堰

5.1　水堰的结构

　　水堰由堰板和堰槽构成。

5.1.1　堰板的结构如图3和图4所示（图4为装配式结构）。

5.1.1.1　堰口与内侧面成直角，唇厚为2mm。

向外侧倒45°倾斜面，毛刺应清除干净。

5.1.2　堰槽由导入部分、整流装置部分及整流部分构成。

5.1.2.1　堰槽（包括支承板）要坚固不易变形，可用钢板或者混凝土制成。

5.1.2.2　在堰槽上游应设置整流装置（4～5道整流栅板），以减少水面的波动，推荐的栅孔尺寸如图6所示。

整流部分的宽度等于导入部分的宽度。

　　　　　　　　　　　　　　　　　图6　栅孔尺寸

5.1.2.3　堰槽的底面和两侧面应平坦，侧面和底面应垂直。

5.1.2.4　全宽堰槽的两侧面应向外延长，如图5所示。

延长壁应和两侧面一样平坦，与堰口边缘垂直，直角允差±5'。

延长壁上应设置通气孔，通气孔应靠近堰口并在水头的下面，以保证测量时水头内侧空气畅通，通气孔的面积。

　　A≥Bhmax/140　　　　　　　　　（8）

式中：

hmax——最大堰水头，即水流的最高水面至堰口底点（直角三角堰）或堰口下边缘（矩形堰、全宽堰）的垂直距离，m。

5.1.2.5　导入部分的容量应可能大此，这部分的宽度和深度不应小于整流装置下游的宽度和深度，导水管应埋没在水中。

5.1.2.6　堰槽的长度如图7所示，尺寸列于表6。

5.2.2　小孔的位置距堰口（4～5）hmax，距堰口的下边缘及堰槽底面的尺寸不得小于50mm，小孔不应有毛刺，小孔的轴心线应和堰槽壁垂直。

5.3　堰的水头测定方法

5.3.1　应当在越过堰口流下来的水流与堰板不附着的情况下进行测量。

5.3.2　水堰的堰口至堰口外水池水面的高度不得少于100mm。

5.3.3　可以采用钩针水位计或浮筒水位计（如图9所示）来测量水位，但水位不稳定时不能使用钩针水位时，应将针先沉入水内再提上对准水平面，以消除表面张力的影响。

除上述水位计外，也可采用水位测量精度不低于这两种水位计的其他水位计。

5.3.4　水头测量的水位计零点的确定，其误差应在0.2mm以内。

5.3.4.1　矩形堰、全宽堰的确定方法（如图10所示）：

　　a.先将临时测量用的特制的带钩针的水位测量仪卡固在堰口上，并用水平仪找平，读出图中“G”数值；

　　b.将水放入堰槽中，并使水面低于堰口；

　　c.再将特制的带钩针的水位测量仪的钩针下降并浸入水中，然后将钩针慢慢提起使针尖和水面一平，如图10（b）所示，并读出图中“F”数值，读数G、F数值之差（“G-F”）即是堰口至堰槽中水面之间的距离；

　　d.将预先安装在至堰口（4～5）hmax的测量截面处或小水桶内的永久性的测量水头的水位计的钩针下降，使针尖和水面一平，并读出刻度数值。

该读数值减去“G-F”数值，得到的数值即是测量水头的永久性水位计的零点数值。

5.3.4.2　直角三角堰的确定方法

　　a.在堰口上放置和堰槽长轴平行的特制的直径D的圆棒，如图11所示，并用水平仪找平；

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图11

　　b.将临时测量用的特制的带钩针的水位测量仪放置在圆棒上面，钩针针尖和圆棒轴线切面的底线相接触，然后按照矩形堰、全宽堰测量方法中的b、c、d进行。

把永久性的水位计的读数值减去“G-F”的数值，再减去0.2071D值，得到的数值即是永久性水位计的零点值。

5.4　水堰测量流量的计算公式

5.4.1　直角三角堰如图12所示。

　　　　　　　　　　　　　　　　图12　直角三角堰

　　流量的计算公式为：

式中：

a——流量系数，可查表7，其不确定度δa/a=±1.0%；

　　　he——有效堰水头，m；

　　　　　he=h+Kh　　　　　　　　　　（10）

式中：

h——测量堰水头，m；

　　　Kh——补偿粘度和表张力影响的修正值，对直角三角堰Kh=0.00085m。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表7　流量系数a

注：

（1）可用内插法计算表中的中间数值；

（2）E——堰口高度，即堰口底点至堰槽底面的高度，m。

　　适用范围：

　　a.h/E≤0.4；

　　b.h/B≤0.2；

　　c.h=0.05～0.38m；

　　d.E≥0.45m；

　　e.B≥1.0m。

5.4.2　矩形堰和全宽堰（b/B=1）如图13所示。

　　　　　　　　　　　　　图13　矩形堰、全宽堰（b/B=1）

　　流量的计算公式为：

式中：

a——流量系数，用下列公式计算：

　　　　　　b/B=1（全宽堰），a=0.602+0.75h/E；

　　　　　　b/B=0.9（矩形堰），a=0.598+0.064h/E；

　　　　　　b/B=0.8（矩形堰），a=0.596+0.045h/E；

　　　　　　b/B=0.7（矩形堰），a=0.594+0.030h/E；

　　　　　　b/B=0.6（矩形堰），a=0.593+0.018h/E；

　　　　　　b/B=0.5（矩形堰），a=0.592+0.010h/E；

　　　　　　b/B=0.4（矩形堰），a=0.591+0.0058h/E；

　　　　　　b/B=0.2（矩形堰），a=0.589-0.0018h/E；

　　　　　　a的不确定度δa/a=±1.5%；

　　　he——有效堰水头，m；

　　　　　　　he=h+Kh　　　　　　　　　　（12）

式中：

h——测量堰水头，m；

　　　Kh——补偿粘度和表面张力的影响的修正值，对矩形堰、全宽堰Kh=0.001m；

　　　he——堰口有效宽度，m；

　　　　　　　be=b+Kb　　　　　　　　　　（13）

式中：

b——测量堰口宽度，m；

　　　Kb——补偿粘度和表面张力的影响的修正值，从表8中查得。

注：

用内插法计算表中的中间数值。

　　适用范围：

　　a.h/E≤2.5；

　　b.h≥0.03m；

　　c.b≥0.15m（矩形堰）；

　　d.E≥0.10m；

　　e.B-b/2≥0.10m（矩形堰）。

5.5　水堰流量测量不确定度的估算

5.5.1　直角三角堰：

　　　　δQ/Q=±［（δa/a）2+（δtg·φ/2/tg·φ/2）2+2.52（δhe/h）2］½　　　　（14）

式中：

δa——流量系数的不确定度，δa/a=±1.0%；

　　　δtgφ/2——堰口开口角引起的不确定度；

　　　　δtg·φ/2／tg·φ/2=±100[（φht/ht）2+（φbt/bt）2］½％　　　　　　（15）

式中：

ht——三角堰底点到上口的高度；

　　　bt——三角堰上口的宽度；

　　　φht——三角堰底点至上口的高度测量不确定度；

　　　φbt——三角堰上口宽度测量的不确定度；

　　　φhe——堰水头测量的不确定度；

　　　　　δhe=±［φh2+δho2+δkh2+（2sh）2］½　　　　　　　　　（16）

　　　　　δhe/h=±100[φh2+δho2+δkh2+（2sh）2］½／h％　　　　　（17）

式中：

δh——堰水头实测不确定度；

　　　δho——零点实测不确定度；

　　　δkh——补偿粘度和表面张力影响的水头测量修正值的不确定度；

　　　sh——堰水头n次测量的标准偏差。

　　一般情况下，直角三角堰的流量测量不确定度δQ/Q=±（1～2）%左右。

5.5.2　矩形堰、全宽堰：

　　　　δQ/Q=±［（δa/a）2+（δbe/b）2+1.52（δhe/h）2］½　　　　　（18）

式中：

δa——流量系数的不确定度，δa/a=1.5%；

　　　δbe——堰口宽度测量不确定度；

　　　　δbe=±［φb2+δkb2］½　　　　　　　（19）

　　　　δbe/b=±100［φb2+δkb2］½／b％　　（20）

式中：

δb——堰口宽度实测不确定度；

　　　δkb——补偿粘度和表面张力影响的堰口宽度测量修正值的不确定度；

　　　δhe——堰水头测量的不确定度；

　　　δhe=±［φh2+δho2+δkh2+（2sh）2］½　　　　　　　　（21）

　　　δhe/h=±100[φh2+δho2+δkh2+（2sh）2］½／h％　　　　（22）

　　一般情况下，矩形堰和全宽堰流量测量不确定度δQ/Q=±（1～4）%左右。