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1、 中华人民共和国水利行业标准堰槽测流规范条文说明目次第一章总则第二章堰槽设置与水头测量第三章薄壁堰第四章宽顶堰第五章三角形剖面堰和平坦 形堰第六章长喉道槽第七章短喉道槽第八章末端深度法第九章单次流量不确定度的估算第一章总则第 条测流量水堰槽在灌溉排污渠道 天然小河径流场以及实验室内应用广泛为了满足有关部门的需要 有广泛进行调查研究总结我国实践经验的基础上吸取有关国际标准的长处 并有针对性地做了一些室内模型试验和现场试验从而编制本规定第 条 本规范编列了当前国内外应用广泛 技术成熟的标准堰 槽 型共 种可以适应不同条件下的测流要求和量水技术 考虑到便于建造和计算方便 所选用的堰槽过水断面形状仅有
2、三角形 形 矩形和梯形 种基本形状或由上述 种基本形状组成的复式断面 对于 形圆形和抛物线形等断面形状的堰槽暂未列入第 条 本规范给出的流量系数和其它各项系数值是经过多次重复试验后得出的 精度有足够保证 但流量系数是在建造标准堰槽的条件下得出的 因此本规范特别强调堰槽的标准化对各类堰槽的尺寸 安装条件 表面光洁度行近河槽下游条件以及应用限制等都做了明确规定必须严格遵守第二章堰槽设置与水头测量第 条 河段勘测一般包括初勘和复勘两个阶段 初勘内容包括一 流域的一般地貌 地质 土壤植被和气候等自然特征二勘测河段的控制条件 如洪水是否归槽 有无漫滩支流汇入和回水顶托以及洪枯水位变幅涨落等三 河床是否稳
3、定 有无冲淤变化以及悬移质 推移质河床质漂浮物水草冰凌等情况四河段是否顺直断面是否均匀有无急滩峭壁等五河段及其上下游有无蓄水 引水工程 如拦河筑坝两岸筑堤以及计划实施的农田排水水资源开发利用等情况复勘内容包括一在拟建堰槽地址的上游按估计最大水头的 倍及下游 倍以远的范围内 视具体情况测量比例尺为 或 的河段地形平面图二沿河流的主轴线 测绘不少于 个横断面图 遇转折点还需加测 两岸须延测至调查或实测最高洪水位 以上从而计算河床纵比降三在拟建堰槽上下游适当位置处测绘断面流速分布图四 用比降法估计各级水位的流量绘制水位流量关系曲线五 计算各级水位的弗汝德数六为了解河床覆盖层情况 在建堰槽 地段进行必
4、要的钻探 对沙卵石河床应钻探到基岩或不透水层为止 对壤土或沙壤土组成的河床宜钻至 以上深度七详细了解有关施工管理条件第 条 堰 槽型的选择取决于许多因素但最终是由河段的边界条件和所选堰槽的主要技术性能的相互适应性进行比较后确定的 堰槽的主要技术性能包括堰槽的测流幅度灵敏度和非淹没限 测流幅度系指堰槽能够测到的最大流量 与最小流量 的比值 灵敏度系堰槽测流规范 条文说明指由于流量变化而引起的水头变化即 这里的 是流量计算公式中实测水头 的方次 非淹没限 系指按堰槽自由出流公式算得的流量与刚受下游水头影响而减少的流量达 时的淹没比第 条 有关行近河槽的一些具体规定 是为了保证行近河槽的水流为缓流
5、且具有正常的流速分布 所谓正常流速分布系指水头测量断面的流速分布是均匀对称的 当断面流速分布均匀 在计算行近流速系数 时可认为动能修正系数 等于 当断面流速分布不均匀时而本规范给出的 值都是假定 时计算得出的正常流速分布应是对称的如不对称则可能产生次生流 螺旋流 或横比降这是不允许的是否具有正常流速分布 在实际工作中不可能去测量 但只要是严格按规定建造的行近河槽 是可以保证能够产生正常流速分布的弗汝德数 按下式计算式中 行近河槽水头观测断面的平均流速行近河槽水头观测断面的平均水深重力加速度第 条 有底收缩的测流堰堰顶高程的确定极为重要 在可利用水头有限的情况下 例如平原河流 有时不得不将测流堰
6、设计成既应用于自由流又适用于淹没流 在这种情况下可用图解法同时确定堰顶高和非淹没限 步骤如下一首先绘制下游河槽的水头流量关系曲线 纵坐标从河底平均高程算起 在该曲线上选择几个流量算出流速水头 将其加到相应于该流量的水头上 得出下游河槽的总水头流量关系线如图 的 线在 线上标明设计最大最小流量二初步假定堰槽的几何尺寸 按该堰槽流量公式计算流量并绘制总水头流量关系线 如图中的 线 线的水头零点在堰顶处三将 线上的总水头乘以设计要求的非淹没限可得曲线 线是恰好能保持自由流的允许最高下游水头的条件四 将图 绘成透明图覆盖在相同比例尺的图 上 上下移动可从 线与堰槽测流规范 条文说明线的交点处直接读出非
7、淹没点的位置 同时读出堰顶高 见图 这时可从 线上检查能否满足给定的允许最高水位和最大流量五当上述设计值不能同时满足要求时 应重新选定堰槽尺寸重复上述二 四款的步骤在有充分水头可以利用的情况下只要将上述透明的 线覆盖在 线的图上 上下移动 即可得出堰顶高第 条 消能池的长度取决于设计流量和下游水深 但最大流量并不一定与最高水位相对应为此宜选择不同流量进行比较核算 为了缩短消能池长度末端可建平顶槛或消能墩第 条 如何防止和处理测流堰槽的淤积和冻裂 目前尚缺乏成熟的经验 首先应在设计上考虑这个问题 如有沙河流上宜选用无底收缩的测流槽而不选用测流堰 高寒冻土地区需在堰槽结构和建筑材料诸方面做特殊处理
8、以增强对自然条件的适应性等第 条 为保证水头测量精度规定以自记水位计为主要观测设备是适当的 但建造自记井则需要较大投资 为此在一些无需连续观测或因水头相对稳定少变灌渠枯水测流观测不甚频繁以及要求观测精度不高的情况下 也可用人工观测 当人工观测水头时 水头读数可测记至堰槽测流规范 条文说明针形水位计 或 直立式水尺第三章薄壁堰第 条 无侧收缩的矩形薄壁堰为了不致在水舌下部产生负压应在靠近堰板下游面的两侧岸墙上各开一通气孔以与大气接触 孔的直径 可根据堰宽 和设计最大水头由下式估算式中 各量均以 计第 条 种特殊堰口角的三角形薄壁堰 因其制作简单计算方便 故应用广泛 由于三角形薄壁堰是用于施测极小
9、流量或作为检测和率定标准用的因此需要较高的精度 在给定的流量公式 中 当 时 流量可分别用下列实用公式计算当 弧度或 时当 弧度或 时当 弧度或 时上述计算式中的流量系数 一般随水头 的增大而减小 列有详细的流量查算表 本规范为了节省篇幅 仅列入 关系表 关系表的内插精度为 可以满足实用要求第 条 式 是目前国内应用普遍的公式 经与 推荐的公式比较 彼此相差在允许范围以内精度可以保证 故一并列入规范第 条 矩形薄壁堰的流量计算公式很多 经验算比较 相差不大 考虑到计算简便 适用性强本规范选用了既适用于有侧收缩又适用于无侧收缩的肯 卡通用公式和仅适用于无侧收缩的雷伯克 年公式 在实际应用上 完全
10、能满足要求第 条和第 条 梯形薄壁堰规定 的特定边坡 其目的是在矩形薄壁堰的两侧各增加一块面积用来补偿在完全收缩情况下因水头愈高收缩愈大而减少的流量因此流量计算仍可用矩形薄壁堰的公式见式 取 则给出一个非常简便的计算公式 其常系数为 这个公式流量系数的不确定度大于矩形薄壁堰 但仍可望小于第四章宽顶堰第 条 堰顶以上的水头 与沿水流方向的堰顶长度 的比值 在 之间的堰 一般称之为宽顶堰在这个比值范围内 可认为堰顶水流流线是平行的在堰顶上出现临界水深 符合静压分布原理 因此宽顶堰的应用范围只与比值 有关与 和 的绝对值无关当时堰顶流线弯曲 流量系数只能通过实验确定第 条 圆缘矩形宽顶堰由于进口是圆
11、缘的所以不会发生水流分离 从而使流量系数增大且能避免泥沙和漂浮物的碰撞增强堰体的耐久性 另一方面 由于进口是圆缘的 进口损失可以忽略 只须计及堰顶沿程损失 因此流量系数可按边界层理论计算堰槽测流规范 条文说明第 条 表 给出的行近流速和流量的组合系数 系实验数据其应用范围有的已超出了宽顶堰规定的水力条件可称之为窄顶堰 窄顶堰的流量系数大于宽顶堰的流量系数且组合系数 中包含有行近流速系数 而 是大于 的 所以 值也有大于 的第 条 形宽顶堰限制在 和 的条件下使用是为了避免表面张力和粘滞力影响而作出的规定 因为组合系数 没有给出对这些影响的改正 要求在的范围内使用的规定是根据现有率定资料作出的
12、要求 的规定是因为相对水头愈高水面愈不稳定为了保证量测精度作出的第 条 当 或当 时为 已满流 是因为三角形断面的临界水深等于总水头 的 故上述两表达式是一个意义第 条 在未满流情况下 三角形宽顶堰的自由流流量公式按下式计算式中 以 代入得将 代入流量公式计算得经整理得当流量系数 确定后上式右边均为已知量 因计算 烦复故绘成图 便于查用第 条 已满流是将复式断面概化成矩形断面计算流量的 计算式为因为故令 并将 值代入流量计算式化简后得式中 为行近河槽水头观测断面处的断面面积 为了方便绘制图 以供查算行近流速系数第五章三角形剖面堰和平坦 形堰第 条 国际标准给出的矩形槽中三角形剖面堰的流量计算式
13、为堰槽测流规范 条文说明其中为了与平坦 形堰的流量计算式取得一致 便于对流量系数进行比较因此 对流量系数和相应的有关系数图表 在表达上均作了相应的调整第 条 梯形河渠中建造的三角形剖面堰其横断面是梯形的流量系数 随梯形边坡系数 的增大而增大 对不同堰高的边坡分别为 和 时 流量系数可采用 和的常数值这和国际标准给出的矩形断面 三角形剖面堰的流量系数 比较有一定的规律性式 中 值即根据推导得出的 和 三量间的关系式得出的 即假定 绘制以 为参数的 查算图 其中 即相当于矩形断面的三角形剖面堰的情况第 条 鉴于 规定的计算方法非常繁琐 年国际标准化组织对上述标准进行简化 又提出了 的修正 草案 经
14、对 草案 给出的计算方法与原标准给出的计算方法进行数值比较 发现误差随水头增高而增大 其原因是流量计算式中的 和 同时出现 互有影响 但草案 给出的计算方法未考虑 对 的影响 因而造成高水头时存在不容忽视的计算误差为此本规范又在草案 的基础上提出当用式 计算 后在水头较高时 对 进行修正 用本规范给出的计算方法与原国际标准给出的繁琐计算方法分别用总水头和实测水头公式进行比较验算 结果是一致的 因此本规范给出的计算方法简捷 计算精度亦能保证第 条 梯形槽中建造的平坦 形堰 目前只能给出以总水头表达的流量计算公式 因而需用逐步近似法求解 即首先需假定 按式 计算流量 后 用计算的 代入令 中算出总
15、水头 然后用计算得出的 代入流量计算式算出一个新的流量 如此反复进行直到相邻两个流量值相差在允许范围内为止逐步近似法需要反复迭代如用计算机极为简便第六章长喉道槽第 条 长喉道槽要求喉道段应有足够的长度相对于最大水头而言 这和宽顶槽的堰顶长一样目的在于保证喉道内水流近似平行 使之出现临界水深 符合静压分布原理 这样 流量公式可由通用的能量方程 导出式中的非静压分布系数 和流速非均匀分布系数均可令其等于 而不致产生较大误差第 条 长喉道槽的非淹没限在很大程度上取决于出口渐变段的扩散比规定上游总水头应为下游总水头的 倍与对下游扩散段做成 的垂直边墙的规定是前后对应的当河渠纵堰槽测流规范 条文说明坡相
16、当小而若下游出口段的扩散比做成 时 则非淹没限 可高达 这就大大地扩展了自由出流的应用范围第 条 按边界层理论计算的流量系数 其通用公式为式中 边界层位移厚度相对位移厚度 与雷诺数 和槽底 或堰顶 的表面粗糙高度 有关 而 又随不同的建筑材料木料 金属 混凝土 塑料等 而异 对于表面抹光的良好混凝土表面 平均取不致产生大的误差行近流速 的计算式应为由于 与 和 相比相对很小故可用 近似代替 因此按第 条说明的计算方法得出下式考虑到上式计算麻烦 给出表 便于查取国际标准 列出了用实测水头 总水头 和用临界水深 计算流量的种方法 考虑到用总水头计算需要反复迭代 比较麻烦临界水深法不能用实测水头直接计算为与其它标准取得一致 本规范仅规定用实测水头计算的公式第 条 梯形长喉道槽在设计阶段 可用下述图解法同时确定底宽 和边坡 值假定 在设计阶段是允许的 则流量与水头的关系可用下列函数关系表达用上述函数关系 在双对数纸上绘出如图 中的一根实曲线堰槽测流规范 条文说明设计时根据拟建地点的水位流量关系估计的水头损失
