灌区渠道梯形侧堰水力特性研究.pdf
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1、第卷第期水 利 科 学 与 寒 区 工 程V o l ,N o 年月H y d r oS c i e n c ea n dC o l dZ o n eE n g i n e e r i n gS e p,刘先何灌区渠道梯形侧堰水力特性研究J水利科学与寒区工程,():灌区渠道梯形侧堰水力特性研究刘先何(新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司,新疆 乌鲁木齐 )摘要:为研究灌区田间进水口和末级渠道适用的量水设施,采用试验方法设计出体型简单的梯形薄壁侧堰模型,并在渠道梯形侧堰堰顶和水平面夹角分别取、和 以及不同流量工况下,对侧堰周围水面线、流量系数、水头损失等参数值展开计算,并对各自的影响因素进行了
2、分析探讨.结果表明,所构建的水面线函数以及梯形薄壁侧堰流量和水头、堰顶角度及堰高关系式均满足测流精度要求;不同流量下,壅水高度和水头损失随侧堰堰顶角度的增大而增大,且上游流量和水深及侧堰堰顶角度的关系式决定系数高达 以上,有助于结合渠道实际情况和灌溉流量确定出合适的梯形薄壁侧堰堰型.关键词:灌区渠道;梯形侧堰;测流;水力特性;流量系数中图分类号:T V 文献标志码:A文章编号:()收稿日期:作者简介:刘先何(),男,新疆石河子人,助理工程师,从事水利水电工作.E m a i l:l x h c o m.研究方法该灌区渠道梯形侧堰结构简单,且为薄壁堰流,测流精度高,为此,其侧堰流量通过量纲和谐原
3、理进行推导.过堰流量主要受渠道和侧堰几何参数(详见图)、水流物理性质、水力要素等的影响,函数关系式可表示如下():Qf b,P,B,v,h,g,i,()()式中:Q为灌区渠道过堰流量,m/s;b、P为渠道梯形侧堰宽度和高度,m;B为渠道宽度,m;v为断面流速均值,m/s;h为渠道梯形侧堰上游水深,m;g为 重力加速度,m/s;为 动 力 黏度,Ns/m;为渠道梯形侧堰表面张力,N;为密度,k g/m;i为渠道坡度;为渠道梯形侧堰堰顶和水平面夹角,().在渠道梯形侧堰上游堰上水头y c m的情况下,渠道过堰流量受表面张力的影响很小,黏滞效应也比重力效应小,故雷诺数在 之间变化,表面张力及动力黏度
4、等均忽略不计.此外,该渠道梯形侧堰宽度、渠道宽度、底坡等均取定值,则式()简化如式()所示.QfP,v,h,g,()()注:E为渠道梯形侧堰断面比能;h为梯形侧堰下游端水深;y为与h对应的堰上水头;y为与h对应的堰上水头.图缓流条件下梯形侧堰水力参数按照量纲分析定理,在综合分析渠道梯形侧堰水力要素的基础上,灌区渠道梯形侧堰流量公式如式():QmbgH/()式中:m为流量系数mFPH,F r,;F r为灌区渠道梯形侧堰上游弗汝德数;H为灌区渠道梯形侧堰上游总水头,Hhvg.通过分析灌区渠道梯形侧堰流量的影响因素,在对侧堰周围水流特性展开试验观测的基础上,得到不同工况下相应的断面水深,进而推导出流
5、量系数表达式及影响因素,最终得到灌区渠道梯形侧堰流量计算公式.试验设计本试验在已有矩形侧堰水力特性研究成果的基础上,结合灌区渠道侧堰运行实际,设计出梯形薄壁侧堰试验模型,其侧堰板顶和水平面呈一定夹角,为展开比较,夹角取、和;侧堰一端高度固定为 c m,另一端 高 度 则 根 据 角 度 的 变 化 而 定,分 别 取 c m、c m、c m、c m,侧堰宽度均按照 c m取值.试验过程中侧堰主要采取正 向 放 置 方 式(见 图),以 展 开 水 力 特 性试验.图侧堰正向放置方式(单位:c m)水力学试验在工程所在的省水利研究院重点实验室展开.该水力试验主要采取水泵供水,水流由控制阀门调节,
6、入口水流则通过稳水池进行稳定;水流流经矩形渠道并经侧堰泄流,经由回水渠最终 流 入 蓄 水 池 内.矩 形 试 验 渠 道 尺 寸 为 m m m(长宽深),渠道上游来水流量在侧堰段便发生分流,部分流量由侧堰下泄至侧渠道,部分流量则由主渠道下泄.其中,上游来水流量和由主渠道下泄的流量分别通过电磁流量计和三角堰量测,过堰流量为两者之差.试验水深则通过精度为 mm的水位测针测量.为展开渠道梯形侧堰段主渠道水流的弗汝德数、水面 形 态 等 水 力 特 性 研 究,在 侧 堰 上 按 照 c m间隔设置水深测量断面.考虑到侧堰所处位置,主渠道侧堰和水流流向垂直面无法保持水平关系,随着两者距离的不同,水
7、深也表现出较大差异.故在侧堰周围每个断面的临近侧堰边壁、主渠道中心线、另一边壁等处设置测点,并依次标记为()侧、()侧和()侧.断面和分别位于主渠道与侧堰上游端相距 c m处以及侧渠道与侧堰相距 c m处,分别以两处断面实测水深为侧堰上下游水深(测点设置情况详见图).结合该灌区末级渠道灌溉实际,将试验流量范围设定在 L/s内,在 L/s、L/s、L/s、L/s、L/s、L/s、L/s等流量工况下,展开缓流时渠道梯形侧堰自由出流试验,并对断面水深等水力参数展开量测分析.图渠道梯形侧堰测点设置情况(单位:c m)试验结果分析 水面线一定水流流量通过明渠时,因渠道上下游进出口处和渠道中建筑物边界条件
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