灌区渠道水量计算

1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
90
150
1.0 1.0
4.90 0.009
1~4
H/P≤2
0.8
0.26 0.030
3~5
H/P≤1.5
2.0
3.07 0.130
3~5
H/P≤1.5
0.6
0.18 0.030
3~5
H/P≤1.5
5.0
3.13 0.100
3~5
H/P≤1.5
堰槽形 式
平坦 V 形堰
长矩 喉形 槽梯
形 巴歇尔 量水槽 （标准
型） 巴歇尔 量水槽
（大 型） 末端 深度法
表 2 几种标准形式的堰槽测流范围及应用限制表(2)
尺寸
流量幅度 （m3/s）
计算流 量的不
堰高 P （m）
堰宽 (或喉道宽)
b(m)
边坡
堰长(或 喉道长)
L(m)
最大
最小
确定度 范围 （%）
沙沉积和飘浮物堵塞，水头损失小等要求的前提下，选用那 些造价低，易施工,管理运行简单的结构。
灌
在我国灌区渠道的特定条件下，这些性能要求的特点及 具体问题有：
区
（1）对量水结构的量水精度的要求。
量
灌区量水，点多面广，不同规模，不同级别渠道上的 不同量水结构计量公式误差不同。精度过高往往导致投资过
水
大，精度过低又不能为合理使用水资源提供正确依据。 （2）灌区量水的测流范围
量水水平也参差不齐。随着节水灌溉和灌区科学管理工作的深入，
区
兴建各类量水设施的任务非常巨大；如果在量水设备的选型上，
量
不注意我国灌区的特点，不作比较，随意选用量水设备，甚至盲 目推广一些国外已淘汰或不适用的设备，势必带来很大的浪费。
水
目前世界上使用和研制出的取水口上的量测和控制建筑物的种类 和型式非常多，但其中还很少能满足结构简单，精度合理，水头
水
（2）目前常用的各种量水建筑物由于不能精确计算在
技
设计工况下的水头损失和淹没度，因而难以在设计时准确 选定应该留出的水头损失或浪费宝贵的水头，或由于水头
术
不足造成阻水影响渠道正常运行，因而，发展测流精度高， 水头损失小，淹没度高的量水结构，研究它的各种水力要
素，尤其是水头损失的计算方法，应是当前量水结构的研
区
对土壤含水量的空间变异性和取样方法进行了研究，同时对田间水分 循环理论、田间墒情预报也开展了大量的研究，提出了很多的经验模
土
型、统计学模型和动力学模型。目前，墒情监测存在着监测站点少、 信息源比较混乱的问题，不利于大区域的墒情和旱情的分析和比较。
壤
为了墒情信息的一致性，连续性和可比性，需要建立一个合理的墒情
技
损失小，基建和维护费用低，操作简便等要求。这就给我们提出 了两方面的任务：一是发展新型的量水结构去满足以上要求，二
术
是在使用时进行优化选型，尽可能作到经济合理。
同时，在我国农村经济不甚发达的情况下，研制精度高，价
格便宜的量水仪表在当前很有必要。
2. 灌区量水结构优化选型问题
三
2.1 量水设备的性能要求
究重点。
4. 长喉量水槽的设计原理和应用
长喉量水槽实际上是一种改进型的宽顶堰。先由英国的Ackers
三
作为临界流槽的一种类型进行研究，后经挪威的BOS、美国的 Replogle和Clemmens进一步研究改进，目前在结构和设计理论、
计算方法上都已完整成熟。它结构简单、施工容易、造价低廉
灌
（为其它类型量水槽的10%~20%），水头损失小，淹没出流的 临界点高（临界淹没界限可达0.95，从而可以按自由出流的水力
3. 目前常用量水建筑物及其有关问题
三
通过比较上述两表和对国内外目前常用的量水结构资料
以及目前一些新研究成果进行比较，当前量水结构与方法
灌
存在的主要问题有： （1）当前常用的量水结构物量水精度和量水范围不一
区
定能满足实际量水工作的要求，特别对于平原灌区及坡降
量
较缓的渠道，其水头损失大，易于造成渠道壅水，泥沙淤 积等不良后果。
渠道深H
R1
上游量侧点 P1
Y
A-A
1:m1
1:mc
L
1 EN 2
3 EM
O Ly La
Lb L
Ld
B
平面图
C
1:m2
4 Le
D
B-B D-D
测井宽 喉槽上口宽
R2 R1
X
C-C
喉槽上口宽
喉槽深
A
EN
Rc
EM
A
1:m1
B
1:m2
C
D
U形长喉槽模型示意图
4. 长喉量水槽的设计原理和应用
三
4.1 长喉量水槽的流量计算 4.1.1 自由出流时的宽顶堰
2.0
0.06或0.1L 取最小者
1.0L
0.0064
0.066 b=0.25m
0.005 b=0.2m 0.0066 b=0.3m
最大流量 Qmax(m3/s)
单宽流量 q=0.813m2/s
Qmax Qm in
24.5
0.39
500
单宽流量 q=4.7m2/s H1=2.0m
单宽流量 q=5.07m2/s H1=2.0m
0.05
最大水头 H1max(m)
0.6或0.5b取 最大者
0.6或1.2P取 最大者
最小流量 Qmin(m3/s)
0.00997
0.0008
0.6或1.2P 取最小者
0.5L
0.0066 b=0.3m
0.6或0.08P 取最小者
(0.85~1.5)L
0.015~0.03 0.21~0.33
0.06
区
成土壤墒情自动化监测系统的关键。
土
壤
墒
情
监
测
1. 技术现状
1977年5月，国际灌排组织在德黑兰举行的关于灌溉效率的
三
会议指出：要确定任何一项用水的效率，其根本在于精确地掌握
在用水系统内流动的水量，而流量的量测和调节是有效用水管理
的最重要的基础。
灌
我国的量水正处于普及阶段，许多地方存在有水无量的现象，
非淹没限
t H2 / H1
灌
测流范围
Qmax / Qmin
区
灵敏度 S Q / Q (dQ / dh1)h1 / Q
量 水
灵活性
F dQ0 / Q0 dQs / Q
技
术
通过泥沙的能力
通过漂浮物的能力
量水精度
2. 灌区量水结构优化选型问题
三
2.2 灌区量水设备选型要求及条件 性能要求：在满足量水精度，灵敏度，测流幅度，抗泥
几何限制
0.2
4
1:10
5.00 0.014 2~5
H/P≤2.5
1.0
80
1:40
630 0.055 2~5
H/P≤2.5
0.0
1.0
1.7 0.033 2~5
At≤AN≤ 0.7
0.0
1.0
5:1
41.0 0.027 2~5
At≤AN≤ 0.7
0.152
1.5×
0.305 0.10
2~5
10-3
特定
非淹没限 （%）
74 74 85~95 (依下游 扩散段而 定)
60
2.40
0.60 4.00
2~5
特定
70
3.05
0.91 8.28 0.16
3~5
特定
0.80
15.24
1.83 93.04 0.75
3~5
特定
0.80
5~10
d≥he
水舌下通 气
注：H—上游总水头；P—堰高；At—喉道断面面积；Au—行近河槽断面面积；he—末端 水深；d—槽底至下游水面的距离。
区
原有的水工建筑物测流。
量
（2）在需要特设量水结构的渠道上，建议首先选用长喉
水
道槽。 同其它型式的量水堰槽相比，长喉道槽具有如下优点：
技
临界淹没度高，水头损失小。长喉道槽的临界淹没
术
度常大于0.85，如对出口渐变段进行精心布置，临
界淹没度可达0.95或更高。
能较好地防止泥沙淤积和漂浮物堵塞。 造价低，工程量小，施工简单。
技
目前常用的量水结构其测流范围远远大于灌溉渠道中 的流量变化幅度,因而对灵敏度的要求也随之降低。
术
（3）水头损失。
灌溉渠道一般坡度较缓，因而在灌溉渠道上设置量水
结构，不能考虑过大的水头损失。自由出流条件下，量水精 度较高，但往往要求较大的水头损失,淹没流计算公式，往 往要增加量测下游水位的装置，提高了造价，也带来了误差,
息
准、耕作措施……。
主
上述内容属于基本信息。对这些基本信息及历史资料 进行微机加工处理，可以得到一些二级信息（如作物需水
要
量、土壤贮水量、……等），进一步就可以得到三级信息， 即用水管理信息，如灌溉（灌水量、灌水日期）预报、河
内
道水量预报、灌水配水方案及其调整方案等。
容
1. 土壤墒情的监测、预报和模拟
一
灌
水源信息：河流、水库、地下水……等的水位、流量、物 理、化学成分、……。
区 气象信息：气温、气湿、日照、降水、风力、蒸发
用Baidu Nhomakorabea
量、……。
水
土壤信息：土壤含水量、水势、含盐量、温度、……。
信
作物信息：作物发育阶段、叶水势、叶面温度、……。 农业生产信息：作物种类、种植面积、灌溉面积、施肥标
三
灌 区 量 水 技 术
堰槽形 式
三角形 薄壁堰
矩形薄 壁堰（全
宽）
矩形薄 壁堰（收
缩）
锐缘矩 形宽顶
堰 圆缘矩 形宽顶
堰
V 形宽顶 堰
三角形 剖面堰
表 2 几种标准形式的堰槽测流范围及应用限制表(1)
尺寸
流量幅度 （m3/s）
计算流 量的不
堰高 P （m）
堰宽 (或喉道宽)
b(m)
边坡
堰长(或 喉道长)
H
1.5
0.45 0.007
3~5
1.5< <3
P
H
1.5
1.68 0.010
3~5
1.5< <3
P
1.17 0.010
2~5
H/P≤3.5
1.30 0.10
2~5
H/P≤3.5
非淹没 限（%）
水舌下 通气
水舌下 通气
水舌下 通气
水舌下 通气
水舌下 通气 80
80
66
66
80
80
70 70
三
灌 区 量 水 技 术
L(m)
最大
最小
确定度 范围 （%）
几何限制
90
1.80 0.001
1~3
H/P≤2
0.2
1.0
0.67 0.005
1~4
H/P≤2
1.0
1.0
7.70 0.005
1~4
H/P≤2
0.2
1.0
0.45 0.009
1~4
H/P≤2
1.0 0.2 1.0 0.15 1.0
0.3
0.15 0.2 1.0
同一般的自由出流的宽顶堰流相同，长喉量水槽在过流时，
灌
水流自堰前的缓流状态向堰顶跌落、加速，在堰顶上游段形成凹
形水面线，水深略小于临界水深hc（指缓流时的临界水深）。当
93
35 35~81
55
q=4.82m2/s H1=2.0m
随喉长L大小 变化
190 35~315
淹没度或 水头损失
h (m)
=H1+0.05m 大于H-1
0.8
0.38~0.66
0.5`0.7 0.5~0.65 0.7~0.95
自动冲淤 能力
很差 很差 很好
良好 很好 很好 很好
以上符号含义：P为量水堰（槽）的堰高；L为量水堰（槽）的堰长；b为堰（槽）的控制段底宽。
三
灌 区 量 水 技 术
3. 目前常用量水建筑物及其有关问题
量水精度高，水头损失小（即淹没度高）是衡量明渠量水建筑物 优劣的主要技术指标。
表1 量水堰、槽量水指标对比表
量水 堰槽
矩形 薄壁堰 三角形 薄壁堰
圆头 宽顶堰
矩形 宽顶堰
巴歇尔 槽
无喉槽
长喉槽
备注
测流范围
最小水头 H1min(m)
0.07
墒
监测站网和规范化的墒情信息的监测和报送方法，以利于墒情的监控 和旱情的分析。而对于墒情的模拟和预报来说，现有的经验模型对田
情
间水分循环过程的描述过分简单化，往往忽略了其它水分循环要素的 描述和模拟，而动力学模型由于始初条件和边界条件的复杂化，很难
监
用于广大区域的墒情连续模拟和预报。因而也需要建立一个物理概念 明确，能利用常规的气象资料、连续模拟土壤含水量和其他水量平衡
二
土壤墒情监测和预报的目的是为了准确地掌握田间土壤水分的现
状和未来发展的趋势，以指导农业的科学用水和节约用水，是实行高
效农业和节水农业的重要措施。因土壤含水的空间变异性和土壤含水
灌
量观测的复杂性，土壤墒情监测的任务十分艰巨。目前，我国的墒情 监测点很少，只是在部分灌区开展了墒情监测工作。国内在80年代
在其它条件相同的情况下，宜选择非淹没限高的量水结构。
2. 灌区量水结构优化选型问题
三
2.3 优化选型问题 灌区量水由于它场合特定，自然条件简单，其它方面的要
求也明确，考虑因素简单，有可能从目前众多的设备和方法中
优选出少数特定的型式和方式，在使用中加以大面积推广，将
灌
会带来巨大的经济效益。本文建议： （1）在满足测流精度要求的前提下，应尽可能选用渠道上
测
要素动态变化过程的墒情模拟和预报模型，以适用农业节水、区域水 资源的优化配置、旱情监控和分析的需要。
二 2. 土壤墒情监测方法 土壤墒情的监测方法有张力计法、电测法、中子法、
热法等其它方法。但从实现自动监测的目的出发，关键在
灌
于能否将土壤墒情的变化准确、可靠、及时地转换成电信 号，因此，传感元件的性能直接影响着测量精度，也是构
区
条件来量测和计算过堰流量），量测精度高，长喉槽有几乎任何 所需要的横断面型状，适合于大部份渠道和各种几何尺寸。因此，
量
改进型长喉量水槽自本世纪70年代出现以来，很快在国外得到推 广，大有在灌区量水中取代其它类型量水结构之势，被国际视为
水
70年代灌溉排水的主要技术进步之一。
技
术
渠道深H
连同管40