明渠水流流速橫向分布拋物線律及其應(yīng)用.pdf

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1、第35卷第5期人民黃河Vo1．35．No．52013年5月YELL0WRIVERMay，2013【灌溉·供水】明渠水流流速橫向分布拋物線律及其應(yīng)用韓金旭，黃福貴，卞艷麗，吳玉磊，陳偉偉(黃河水利科學(xué)研究院，河南鄭州450003)摘要：依據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)和田間實(shí)測(cè)資料，分析了明渠水流橫向流速分布特點(diǎn)，建立了明渠水流橫向流速分布拋物線律，給出了參數(shù)的確定方法，并結(jié)合明渠垂向流速雙冪律提出了明渠測(cè)流方法。實(shí)測(cè)資料驗(yàn)證表明：用拋物線律表達(dá)明渠水流橫向流速分布具有較高的精度，在(1—2x／B)>0．1范圍內(nèi)，除個(gè)別點(diǎn)外，計(jì)算流速相對(duì)誤差小于5％；利用拋物線律及雙冪

2、律建立的明渠測(cè)流方法，精度較高，對(duì)不同形式及斷面尺寸的渠道具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。關(guān)鍵詞：明渠；流速；橫向分布；拋物線律；測(cè)流中圖分類號(hào)：$274．4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Adoi：10．3969／j．issn．1000—1379．2013．05．028ParabolicLawforLateralDistributionofFlowVelocityandItsApplicationinOpenChannelHANJin—XU，HUANGFu—gui，BIANYan—li，WUYu—lei，CHENWei—wei(YellowRiverInstituteofHydr

3、aulicResearch，Zhengzhou450003，China)Abstract：Basedonindoorandfieldexperiments，velocitydistributionpropertiesofopenchannelwereanalyzed．Paraboliclawforlateraldistribu-tionofflowvelocitywasestablishedinrectanghlarandtrapezoidalchanne1．Theformulatodefinetheparameteroftheparabolicl

4、awwasgiven．Andthenthemethodforflowmeasurementinopenchannelwasputforwardbasedontheparaboliclawandtwo—powerlaw．Theoutcomesshowthatthefractionalerrorsofcalculatedvelocitiesbytheparaboliclawaresmallerthan5％exceptafewpoints，when(1—2x／B)>0．1．Inaddition，themethodforflowmeasurementisa

5、ccurateandadaptstodifferentformofchannels．Keywords：openchannel；velocity；lateraldistribution；paraboliclaw；flownmasurement目前，在我國(guó)農(nóng)業(yè)是用水大戶，隨著水資源供需矛盾的日盡管指數(shù)分布律在以往的研究中應(yīng)用較多，但從測(cè)流角度益突出，解決農(nóng)業(yè)節(jié)水問(wèn)題迫在眉睫。有效的明渠量水技術(shù)是而言，指數(shù)律往往難以得出積分結(jié)果，特別是在自動(dòng)化測(cè)流過(guò)程強(qiáng)化灌區(qū)用水管理，優(yōu)化水資源配置的重要手段。在各種明渠中，指數(shù)形式常占據(jù)較大內(nèi)存，給數(shù)據(jù)計(jì)算及存儲(chǔ)帶來(lái)不

6、必要的量水方法中，堰槽法測(cè)流準(zhǔn)確，但因其阻水嚴(yán)重而難以在平原麻煩。由此可見(jiàn)，探索簡(jiǎn)單、精確的流速橫向分布規(guī)律，是認(rèn)識(shí)灌區(qū)推廣；流速一面積法適用性強(qiáng)，但測(cè)點(diǎn)較多，操作費(fèi)明渠水流特性、進(jìn)行水力計(jì)算與實(shí)現(xiàn)明渠測(cè)流的重要手段。時(shí)I2。因此，探索明渠水流流速分布規(guī)律，通過(guò)測(cè)量有限點(diǎn)流速實(shí)現(xiàn)明渠流量測(cè)量，即在減少灌溉水頭損失的同時(shí)，減輕1試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法傳統(tǒng)流速儀法測(cè)流的工作量，是明渠測(cè)流技術(shù)發(fā)展的方向。試驗(yàn)分為室內(nèi)試驗(yàn)與田問(wèn)實(shí)測(cè)兩部分，室內(nèi)試驗(yàn)在矩形水已有的研究一般較側(cè)重縱向流速分布，對(duì)流速橫向分布規(guī)槽內(nèi)進(jìn)行。水槽為混凝土結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)為25m，底寬為1m，槽深為律

7、的探索較少。從現(xiàn)有的研究成果來(lái)看，明渠水流橫向流速分1in，底坡比降為1：5000。為保證水流平順，室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)量段布規(guī)律主要為指數(shù)律。陳森林等較早給出了流速分布指數(shù)函布置在水槽中部，同時(shí)在入口處布置消能柵與壓波排。尾門布數(shù)，并給出了參數(shù)的確定方法；郝紅科等提出了各自的指數(shù)置在渠道末端，以實(shí)現(xiàn)對(duì)渠槽水位的有效控制。水槽流量由電律，但其本質(zhì)與陳森林的成果相似；雒天峰等比較了不同磁流量計(jì)測(cè)得，水位由測(cè)針測(cè)得。指數(shù)形式對(duì)指數(shù)律計(jì)算精度的影響，認(rèn)為指數(shù)律最終計(jì)算結(jié)果田間試驗(yàn)在內(nèi)蒙古南岸灌區(qū)進(jìn)行，利用實(shí)際渠道觀測(cè)流速不易進(jìn)行積分，給實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)了困難；張耀哲等

8、探索了不同含沙量對(duì)指數(shù)律的影響，得出了指數(shù)隨含沙量增大而增大的收稿日期：2012—12-03基金項(xiàng)目：黃河水利科學(xué)研究院中