[發明專利]一種適用于U形渠道的量水槽及其計量方法

有效

• 申請號: 201410105435.2
• 申請日: 2014-03-20
• 公開（公告）號: CN103852113B
• 公開（公告）日: 2017-03-29
• 發明（設計）人: 錢忠東;胡晗
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01F1/00
• 分類號: G01F1/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 溫珊姍

技術領域

本發明涉及水流量測量技術領域，具體的說是一種水利水電工程中測量水流量使用的量水設備，即適用于U形渠道的量水槽及其計量方法。

背景技術

隨著對水資源的管理由粗放型向集約型的轉變，對水資源進行總量控制和定額管理，需要對水資源進行量化；衡量科研、生產、生活及管理中的用水量、水的利用效率需要有準確的取用水計量；市場對具有商品屬性的水資源的使用權、排污權等進行交易，需要在流通過程進行權威的取用水計量。目前明渠取水量的量水設備，常采用長喉道量水槽和矩形無喉道量水槽。巴歇爾量水槽、矩形無喉道量水槽憑借其結構簡單、不易淤塞、量水精度較高等特點廣泛應用于各類渠道，但由于其斷面為折線形，在U形斷面渠道中使用會造成較大的水頭損失。

1994年7月《水利學報》第7期刊載了一篇名為“平底拋物線形無喉段量水槽試驗研究”的論文，公開了一種新結構的量水槽，該結構的量水槽——平底拋物線形無喉段量水槽，平底拋物線形量水槽在U形渠道中使用時有過流能力強、水頭損失小、低水位時測流精度高、結構簡單等特點，但安裝在有坡度的U形渠道內時要求量水槽上游一段距離渠底水平，這要求在安裝平底拋物線形無喉段量水槽時操平渠底，不僅增加了施工難度還會在下游制造跌坎從而引起水頭損失，而且平底拋物線形無喉段量水槽存在以下不足：不適用于在坡度大于1/1250坡度的U形渠道量水；流量計算需要經過復雜的試算過程。

發明內容

本發明的目的是針對現有量水槽存在的不足，設計一種適用于U形渠道的量水槽及其計量方法，不僅在安裝時不用操平槽底，從而減小制造安裝難度，而且適用于不同坡度的U形渠道。

一種適用于U形渠道的量水槽，U形渠道中部設有截面為上開口拋物線形的喉口1，喉口1與上游渠道之間平滑過渡形成上游收縮漸變段2，喉口1與下游渠道之間平滑過渡形成下游擴張漸變段3。

所述喉口1處設有水位測量裝置。

所述喉口1的斷面方程為：

y＝Px²

式中：y、x為喉口斷面的縱、橫坐標，單位均為m；P為拋物線的形狀系數，單位為m^-1。

所述喉口1底部與U形渠道底部相平，喉口1頂部與U形渠道頂部相平。

所述上游收縮漸變段2的長度L₁和下游擴張漸變段3的長度L₂為L₁＝L₂＝3(B-b)，其中B為U形渠道頂部寬度，b為喉口頂部寬度，B和b的單位均為m。

一種適用于U形渠道的量水槽的計量方法，其流量計算公式為：

Q=49ht2g[24K-18αt′]/P]]>

α_t'＝0.908-0.033(h_t/H)

K＝1.0889

式中，Q為計算流量，單位為m³/s；

h_t為喉口處水深，單位為m；

g為重力加速度，單位為m/s²；

K為比例常數；

α_t'為喉口處的壓力修正系數；

H為渠深，單位為m。

本發明適用于U形渠道的量水槽及其計量方法的優點是：

1.測流精度高；本發明的量水槽在各坡度的U形渠道內在不同工況下使用時最大相對誤差為2.47%，平均相對誤差為0.78%，完全滿足田間量水要求；

2.適合在U形渠道內使用；本發明的量水槽喉口斷面契合U形渠道，在U形渠道內使用時具有水頭損失小、排沙效果好、不會造成上游壅水等優點；

3.適用于不同坡度的量水槽；本發明的量水槽適用在0～1/400坡度的U形渠道內量水；