培训教材--第一章流速仪测流法第二章水工建筑物量水率定

流速仪测流法

及水工建筑物量水率定

郭宗信

河北省石津灌区管理局

第一章流速仪测流法

第一节流速仪测流的基本方法

与测线布设

流速仪测量河渠流量是利用面积～流速法，即用流速仪分别测出若干部分面积的垂直于过水断面的部分平均流速，然后乘以部分过水面积，求得部分流量，再计算其代数和得出断面流量。

从水力学的紊流理论和流速分布理论可知，每条垂线上不同位置的流速大小不一，而且同一个点的流速具有脉动现象。所以用流速仪测量流速，一般要测算出点流速的时间平均值和流速断面的空间平均值。即通常说的测点时均流速、垂线平均流速和部分平均流速。

（一）基本方法

流速仪测流，在不同情况或要求下，可采用不同的方法。其基本方法，根据精度及操作繁简的差别分为精测法、常测法和简测法。

1.精测法：

精测法是在断面上用较多的垂线，在垂线上用较多的测点，而且测点流速要用消除脉动影响的测量方法。用以研究各级水位下测流断面的水流规律，为精简测流工作提供依据。

2.常测法：

常测法是在保证一定精度的前提下，在较少的垂线、测点上测速的一种方法。此法一般以精测资料为依据，经过精简分析，精度达到要求时，即可作为经常性的测流方法。

3.简测法：

在保证一定精度的前提下，经过精简分析，用尽可能少的垂线、测点测速的方法叫简测法。在水流平缓，断面稳定的渠道上可选用单线法。

（二）测线布设

测流断面上测深、测速垂线的数目和位置，直接影响过水断面积和部分平均流速测量精度。因此在拟订测线布设方案时要进行周密的调查研究。

国际标准规定，在比较规则整齐的渠床断面上，任意两条测深垂线的间距，一般不大于渠宽的1/5，在形状不规则的断面上其间距不得大于渠宽的1/20。测深垂线应分布均匀，能控制渠床变化的主要转折点。一般渠岸坡脚处、水深最大点、渠底起伏转折点等都应设置测深垂线。

测速垂线的数目与过水断面的宽深比有关。精测法的测速垂线数目与宽深比的关系式为：

B

N0=2

D

式中：N0——测速垂线数目；

B——水面宽；

D——断面平均水深。

常测法的垂线数目与宽深比的关系式为：

B

N0=

D

简测法的测速垂线数目及其布置，应通过精简分析确定。主流摆动剧烈或渠床不稳的测站，垂线不宜过少，垂线位置应优先分布在主流上。垂线较少时，应尽量避免水流不平稳和紊动大的岸边或者回流区附近。

由于灌溉渠道的断面一般都比较规则，有些测站修建了标准断面，故可将测深垂线与测速垂线合并起来。即在测线处既测深又测速。

根据实际情况，垂线可等距离或不等距离地布设。若过水断面对称、水流对称，则垂线应尽量对称布设。表1给出了平整断面上测线布设标准，供实际工作中参考。

表1 平整断面上不同水面宽的测线布设

第二节断面测量与流速测量

（一）断面测量

断面测量包括测线间距（部分宽）测量和水深测量。在测桥上测流时测线间距一般在布置测线时设置固定标志，其间距均事先测出，测流时只需测量水边宽度。缆道测流时，测线间距是由循环索控制，水文绞车计数器显示的，因此计数器的读数与循环索的行进距离之间的比例应率定准确。

水深测量多用悬索或测秆直接观读，用悬索测深时，由于水流的冲击作用，入水后悬索向下游偏斜，一般偏角不大时，将湿绳长度视为水深，若偏角大于10°时则需修正湿绳长度后才得水深值。

用测秆测深时，往往有壅水现象，因此要修正壅水影响的水深误差。即在观读水深时，减去壅水高度。在混凝土衬砌的断面上测流，水深测量应注意测秆底盘下面一段尖端的高度，根据分化刻度的起始位置，进行相应的处理。无论使用何种测具测量水深，测量时都应保持垂直状态。

在衬砌的标准测流断面上，若断面无淤积，水流稳定时，可以设置固

定水尺，用水准仪测出水尺零点与各测线处渠底的高差，就得到每条测线处的实际水深值。即：

H j =h ±Δh j

式中： H j ——第h 条垂线处的实际水深；

h ——水尺读数；

Δh j ——第j 条垂线处渠底与水尺零点的高差。 （二）流速测量

测量垂线平均流速的方法，通常有积深法和积点法。积深法的垂线平均流速计算公式为：

V m =

D

1

D

Vdy

式中： V m ——垂线平均流速； D ——垂线水深；

V ——垂线上任一深度y 处的流速。

积深法属于垂直方向的积分法，从理论上讲，在不考虑其它影响因素时，此法具有较高的精度。然而，最常用的是积点法。积点法是在垂线上按一定规律布置有限的测点施测点流，根据测得的各点流速，推算垂线平均流速。

流速在垂线上的分布规律，对于明渠流，一般采用普朗德—卡门对数模式：

V η=V m （1.116+0.267lg η）

式中：η——相对水深，η=y/D ，y 为自渠底算起的测点深；

V m ——垂线上相对水深η处的流速；

V m ——垂线平均流速。

以V m =1，并以不同的η值代入上式可求得垂线上的相对水深与流速的

关系。如表2。

表2 当V m =1时，η与V 的关系

根据垂线流速分布规律，施测垂线上若干个有代表性的测点流速，即可推算出垂线平均流速。

积点法的测速方法一般有以下几种：

1.一点法：施测垂线上一个点的流速，代表垂线的平均流速。测点设在自水面向下计算垂线水深的十分之六处（即0.6D ）。将流速仪悬吊在该点，实测的流速就是这条垂线的垂线平均流速：

V m =V 0.6

2.二点法：测速点设在水面以下0.2及0.8相对水深处，两点的测点流速的平均值即为垂线平均流速：

V m =

2

8

.02.0V V + 3.三点法：测速点设在水面下0.2、0.6、0.8相对水深处，三个测点流速的平均值或加权平均值即为垂线平均流速：

V m =

3

8

.06.02.0V V V ++

或：

V m =

428

.06.02.0V V V ++

4.五点法：测点设在水面（在水面以下5cm 左右处施测，以不露仪器的旋转部件为准）0.2、0.6、0.8相对水深处及渠底（离开渠底2～5cm ）。