明渠水流流層平均流速分布規(guī)律及其應(yīng)用

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1、１１６中國(guó)農(nóng)村水利水電·２０１５年第６期文章編號(hào)：１００７－２２８４（２０１５）０６－０１１６－０４明渠水流流層平均流速分布規(guī)律及其應(yīng)用韓金旭１，蔡大應(yīng)１，李敬茹２，杜凱１，李昭悅１（１．黃河水利科學(xué)研究院，鄭州４５０００３；２．黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，鄭州４５０００３）摘要：為提高灌區(qū)用水管理水平及水資源利用效率，基于室內(nèi)及田間實(shí)測(cè)資料，利用指數(shù)律計(jì)算了流層平均流速，采用雙冪律擬合流層平均流速垂向分布，給出了相關(guān)參數(shù)的確定方法，并基于流層平均流速分布雙冪律提出了“水面流速法”實(shí)現(xiàn)明渠測(cè)流。經(jīng)室內(nèi)及田間實(shí)測(cè)資料驗(yàn)證，雙冪律可以準(zhǔn)確表達(dá)流層平均流速垂向分布特點(diǎn)，在０．１≤ｙ

2、／ｈ≤０．９５的范圍內(nèi)，除個(gè)別點(diǎn)外，雙冪律計(jì)算流速與實(shí)測(cè)流速的相對(duì)誤差在±５％以?xún)?nèi)；首次提出的“水面流速法”只需測(cè)量水面中點(diǎn)流速及水位，即可根據(jù)斷面參數(shù)計(jì)算渠道流量，測(cè)流結(jié)果精度較高。與傳統(tǒng)方法相比，“水面流速法”無(wú)需改造渠道，不干擾水流，在不降低測(cè)流精度的條件下，大大節(jié)省了田間測(cè)流工作量，適應(yīng)灌區(qū)對(duì)量水自動(dòng)化與信息化的發(fā)展需求，可以在生產(chǎn)實(shí)際中推廣應(yīng)用。關(guān)鍵詞：明渠；流層平均流速；雙冪律；水面流速法；量水中圖分類(lèi)號(hào)：Ｓ２７４．４文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ＡＶｅｒｔｉｃａｌＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＨｏｒｉｚｏｎｔａｌＭｅａｎＶｅｌｏｃｉｔｙａｎｄＩｔｓＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎＯｐｅ

3、ｎＣｈａｎｎｅｌｓＦｌｏｗ１，ＣＡＩＤａ－ｙｉｎｇ１，ＬＩＪｉｎｇ－ｒｕ２，ＤＵＫａｉ１，ＬＩＺｈａｏ－ｙｕｅ１ＨＡＮＪｉｎ－ｘｕ（１．ＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＨｙｄｒａｕｌｉｃＲｅｓｅａｒｃｈ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５０００３，Ｃｈｉｎａ；２．ＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｎｓｕｌｔｉｎｇＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５０００３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｗａｔｅｒｍａｎａｇｅｍｅｎｔａｎｄｗａｔｅｒｕｓｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｎｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｄｉｓｔｒｉｃｔ，ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｖｅｌ

4、ｏｃｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｈａｒ－ａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｉｎｏｐｅｎｃｈａｎｎｅｌｓｆｌｏｗ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｎｄｏｏｒａｎｄｆｉｅｌｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｔｈｅｆｌｏｗｌａｙｅｒｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｔｈｅｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌｌａｗ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｆｏｒｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｍｅａｎｖｅｌｏｃｉｔｙ，ｔｈｅｔｗｏ－ｐｏｗｅｒｌａｗｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｆｏｒｄｅｆｉｎｉｎｇｔｈ

5、ｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗａｓｇｉｖｅｎ．Ａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｖｅｌｏｃｉｔｙｍｅｔｈｏｄｗａｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｆｏｒｆｌｏｗｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｗｏ－ｐｏｗｅｒｌａｗ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｅｄｖｅｌｏｃｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｂｙｔｈｅｔｗｏｐｏｗｅｒｌａｗａ－ｇｒｅｅｄｗｉｔｈｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａｉｎｔｈｅ０．１～０．９５ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓｄｅｐｔｈｓｏｗｅｌｌ，ａｎｄｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｅｒｒｏｒｗａｓａｓｓｍａｌｌａｓ±５％．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｃａｌｃ

6、ｕｌａｔｅｔｈｅｏｐｅｎｃｈａｎｎｅｌｆｌｏｗ，ｏｎｌｙｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｍｉｄｄｌｅｐｏｉｎｔｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄｔｈｅｄｅｐｔｈｏｆｔｈｅｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｗｅｒｅｍｅａｓｕｒｅｄｉｎｔｈｅｓｕｒ－ｆａｃｅｖｅｌｏｃｉｔｙｍｅｔｈｏｄ，ｗｉｔｈｏｕｔｆｌｏｗｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅａｎｄｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｐｅｎｃｈａｎｎｅｌ．Ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ，ｔｈｅｗｏｒｋｌｏａｄｏｆｔｈｅｆｌｏｗｍｅａｓ－ｕｒｅｍｅｎｔｂｙｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｖｅｌｏｃｉｔｙｍｅｔｈｏｄｗａｓｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙｒｅｄｕｃｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｐｅｎｃｈａ

7、ｎｎｅｌ；ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｍｅａｎｖｅｌｏｃｉｔｙ；ｔｗｏ－ｐｏｗｅｒｌａｗ；ｓｕｒｆａｃｅｖｅｌｏｃｉｔｙｍｅｔｈｏｄ；ｆｌｏｗｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ隨著灌區(qū)管理向末級(jí)渠道延伸，明渠量水工作面廣量大。分布計(jì)算了明渠流量，但引入了過(guò)多的計(jì)算參數(shù)給實(shí)際應(yīng)用帶利用流速分布測(cè)流可以在不改變渠道形態(tài)的條件下實(shí)現(xiàn)明渠［２］；孫東坡，王二平等建立了矩形渠道水流流速垂向來(lái)了困難量水，克服了量水堰槽易造成渠道淤積及灌溉水頭損失的弊分布拋物線律，并給出了不同區(qū)域參數(shù)的確定方法，但缺乏在病。雒天峰通過(guò)引入尾流律建立了Ｕ形渠道測(cè)流方