用矩形堰测量明渠水流量

2010-03-08

土木工程水力学

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简介

如本文其余部分的图片和图表所示，一个尖顶的矩形堰只是一个在开放通道流动路径上的平板障碍物，有一个直的，水平的开口，以允许水流过堰。它是用来测量水的头超过堰(通过明渠)的流量堰顶。本系列的第一篇文章介绍了矩形堰和其他几种类型的堰和水槽，用于测量明渠流量。明渠流量测量1:堰水槽介绍”。

文章给出了尖顶堰的一般背景，“明渠流量测量4:V形缺口堰”。

尖冠矩形堰

左边的图表总结了一些术语和参数，用于连接尖顶堰。右边的图表显示了本文所涉及的两种类型的矩形堰的图形，一种是抑制矩形堰，其堰口横跨整个河道宽度，另一种是收缩矩形堰，其堰口小于河道宽度。在接下来的两节中，我们将介绍在被抑制的矩形堰和在收缩的矩形堰上计算水流速率的方程。

抑制矩形堰

左边图片中被抑制的矩形堰正被用来测量明渠中的水流。填海局在他们的水量测量手册用于抑制矩形堰:

Q = 3.33 B H3/2，其中Q为水流速率，单位为ft3/sec, B为堰的长度(和通道宽度)，单位为ft, H为堰上方的水头，单位为ft。

当H/P < 0.33, H/B < 0.33时，使用此方程。

从上图中可以看出，P是堰顶高于河道底部的高度，B是河道宽度。

对于S.I.单元，抑制矩形堰方程为Q = 1.84 B H3/2，其中Q是水流速率，单位为m3/sec, B是堰的长度(和通道宽度)，H是堰上方的水头，单位为m。H/P和H/B适用同样的条件。

收缩矩形堰

这部分的两个图像都显示了一个收缩的矩形堰被用来测量开放通道中的流量。填海局在他们的水量测量手册用于完全收缩的矩形堰:

矩形堰

Q = 3.33(L - 0.2H)H3/2，其中Q为水流速率，单位为ft3/秒，H为过堰水头，单位为ft。

充分收缩矩形堰方程的使用需要满足H/L < 0.33, B - L > 4 Hmax, P > 2Hmax的条件。L为堰长，Hmax为堰上最大水头，H、B、P如上所示。

对于S.I单元，完全收缩的矩形堰方程为:Q = 1.84(L - 0.2H)H3/2，其中Q为水流速率，单位为m3/sec, H为m。此堰方程服从上述相同条件。

问题:考虑B = 6英尺，L = 2.4英尺，P = 1.2英尺，H = 0.5英尺的矩形河道中的收缩矩形堰。表明完全收缩矩形堰方程的使用条件是满足的，并计算0.5英尺水头超过堰的水流速率。

解决方案:检查条件:H/L = 0.5/2.4 = 0.21 -好吧；B - l = 6 - 2.4 = 3.6 & 4h = 2，

所以B - L > 4H -好吧；P = 1.2 ft & 2H = 1 ft，所以P > 2H -好吧．

现在计算Q: Q = 3.33(2.4 - 0.2*0.5)0.53/2 =2.708慢性疲劳综合症

这篇文章，”矩形堰计算Excel模板，“有Excel电子表格模板，使抑制和收缩矩形堰计算可供下载。

参考文献欲知更多资料:

1.美国内政部垦务局，2001年修订，1997年第三版，水量测量手册．

2.哈兰·H·本特森，明渠流III -尖冠堰__，一个在线继续教育课程的PDH学分。

3.曼森，B. R.， Young, D. F.， & Okiishi, T. H.，流体力学基础，第四版，纽约:约翰·威利父子公司，2002。

图片:

抑制矩形堰:美国内政部，开垦局，2001年修订，1997年第三版，水量测量手册．

明渠流速测量通常是通过测量水深变化来完成的。这可以用堰或水槽来完成。常见的类型有尖冠堰(包括v型缺口堰、矩形堰和cipolletti堰)、宽冠堰、Parshall渡槽和文丘里渡槽。