流速—水位法测量明渠断面流量

摘要

本文在明渠断面流量测量方法和明渠断面流速分布研究现状文献综述的基础上，提出了目前明渠断面流量测量方面的缺陷和不足。针对矩形、梯形等规则断面明渠，采用现场实测资料分析和数值仿真相结合的手段，研究了规则明渠断面流速分布规律，建立了矩形、梯形等规则明渠断面流速分布的经验公式。最后提出了“流速—水位法”自动量测明渠断面流量的基本原理和测量步骤。主要研究内容如下：
　　 1)为研究矩形、梯形断面明渠的流速分布，建立了一个三维紊流数学模型，并应用实测资料对数学模型及参数进行了验证。运用该三维紊流数学模型，对2种底坡、2种糙率以及3种宽深比组合情况下的矩形、梯形断面明渠水流的流速分布进行了数值仿真，建立了矩形、梯形断面明渠垂线流速分布律和垂线平均流速横向分布律，并应用实测资料验证了上述流速分布律。结果表明，在明渠底部内区流速分布能很好地符合对数分布律，但在明渠外区流速分布就开始偏离对数分布而趋于二次抛物线分布(矩形断面)或乘幂函数分布(梯形断面)，垂线平均流速沿横向的分布接近于乘幂函数分布；所给出的断面流速分布经验公式为矩形、梯形断面明渠流量的精确测量提供了理论依据。
　　 2)针对现有明渠流量测量方法的不足，提出了一种规则断面明渠流量的自动测量方法—“流速—水位法”。首先基于规则明渠断面流速分布的经验公式，给出“流速—水位法”测量明渠断面流量的基本原理、计算公式及测量步骤；然后应用该法对某实际灌区的两个典型断面进行流量测量，并与流速—面积法的实测结果作对比，两者符合的较好，说明本文所提出的“流速—水位法”是准确可行的。实例应用成果表明，所提出的“流速—水位法”可用于规则断面明渠流量的自动测量。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究内容

1.4研究方案和技术路线

2 明渠断面流速分布现场实测资料分析

2.1概述

2.2明渠断面组合情况的拟定

2.3实测断面选定

2.4测量仪器和测量方法

2.5实测成果分析

2.6本章小结

3 矩形断面明渠流速分布经验公式

3.1概述

3.2数学模型及其验证

3.2.1控制方程

3.2.2边界条件

3.2.3自由水面处理

3.2.4离散方法

3.2.5模型求解

3.2.6模型验证

3.3矩形断面明渠流速分布经验公式的研究

3.3.1影响流速垂向分布的因素

3.3.2垂线流速分布律

3.3.3垂线流速分布率的验证

3.3.4垂线平均流速横向分布律

3.3.5垂线平均流速横向分布律的验证

3.4本章小结

4 梯形断面明渠流速分布经验公式

4.1概述

4.2影响流速垂向分布的因素

4.3垂线流速分布律

4.4垂线流速分布律的验证

4.5垂线平均流速横向分布律

4.6垂线平均流速横向分布律的验证

4.7本章小结

5 明渠断面流量的流速-水位法测量

5.1概述

5.2测量方法

5.3测量步骤

5.4实例验证

5.5本章小结

6 结论与展望

6.1结论

6.2有待进一步研究的工作

参考文献

附录：发表论文及参加科研项目情况

致谢