梯形渠道跌水口量水试验研究

摘要

跌水为水利工程中一种较为常见的落差建筑物，特别在我国广大丘陵塬坡地区的渠道输水工程中采用的较为普遍。在修建了跌水的渠道工程中，如果能利用跌水口来精准量水，将可以减少因灌溉系统设置量水设施所产生的水头损失，既可节省大量附加量水设备的建设费用，又可以减少工程量，是一种较为经济、简便的量水方法。因此，研究如何利用跌水口精准量水、确定影响其过水能力的因素以及水流的水力特性，具有重要的应用价值，对保证农田灌溉、发展农业经济起到一定的作用。 本文是在梯形渠道上选用矩形跌水缺口形式，采用两种连接渐变段形式——扭面和隔墙，每一种渐变段分别采用四种不同的缺口厚度(δ=0.02m、0.075m、0.13m、0.19m)和四种不同的缺口宽度(bc=0.14m、0.2m、0.25m、0.3m)进行了组合试验，并取得了初步的研究成果。 结合理论分析和试验研究，通过建立无量纲数相对临界水深hk/bc与相对上游水深H0/bc之间的函数关系，得到了在自由溢流状态下利用跌水口量水的流量公式，由此建立的流量公式满足量纲和谐性，且流量公式简单、测流精度较高。在连接渐变段为扭面时，利用无量纲分析得到的流量公式计算所得流量与实测流量的相对绝对值误差最大为3.615％，最小为2.168％；当连接渐变段为隔墙时，利用无量纲分析得到的流量公式计算所得流量与实测流量的相对绝对值误差最大为4.941％，最小为3398％。并且得出连接渐变段为扭面时的泄流能力大，测流精度高，为跌水进口段较好的连接形式。 通过试验验证分析，发现跌水的流量系数值除了与上游渠道水深、缺口的形式和连接渐变段的形式等因素有关外，还与缺口的厚度有着密切的联系。本文通过建立两无因次数M/ζ与δ·bc/H02之间的函数关系，得出在不同条件下流量系数的对数计算公式。并且得出流量系数M随着流量的增大而增大；在相同的流量与相同的缺口厚度情况下，缺口宽度越大，流量系数越小；反之，若缺口宽度越小，则流量系数越大。在同一缺口厚度的情况下，佛汝德数Fr随着缺口宽度的增大而增大；在相同缺口宽度的情况下，缺口的厚度越大，佛汝德数Fr越小；在缺口的厚度和缺口宽度都确定时，佛汝德数Fr随着流量的增加而减小。槽内的佛汝德数Fr除个别点据数值外其余均都小于0.5，基本上可满足利用跌水口来测流的条件。

目录

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第一章绪论

1.1灌区量水的意义和目的

1.2灌区量水的发展历史、理论与方法

1.2.1灌区量水技术的发展历史

1.2.2灌区常用量水的理论与方法

1.2.3选择灌区量水方法时应注意的原则

1.3跌水工程概述

1.3.1跌水的简介

1.3.2跌水的用途

1.3.3跌水的类型及特点

1.3.4跌水的布置形式

第二章梯形渠道跌水量水试验装置与试验方案

2.1试验装置

2.2试验方法与步骤

2.3研究的目的和内容

2.3.1研究目的

2.3.2研究内容

第三章梯形渠道跌水量水的理论分析

3.1跌水量水的原理

3.2跌水量水的流量公式

3.2.1跌水量水的量纲分析

3.2.2跌水量水的堰流公式

第四章跌水口量水试验结果分析

4.1堰上水头H0与堰上水深H的关系

4.2流量公式的建立

4.2.1利用量纲分析法建立的流量公式

4.2.2利用堰流公式建立的跌水流量算法

4.2.3跌水口上游佛汝德数Fr

第五章结论与建议

5.1结论

5.2建议

参考文献

致 谢

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