输水明渠壅水状态断面流速特性三维仿真研究

摘要

传感器技术的发展给渠道流量测量领域带来了新的契机,目前多数测流设备主要通过测量点流速来推求渠道断面的流量。但在渠道中由于壅水作用的影响,同一个断面处的流速分布随下游水深变化而变化。为探索不同下游水深边界条件下输水明渠的断面流速分布特性,采用FLOW-3D进行三维建模仿真,选取平原灌区内一典型梯形渠道中100 m渠段,针对不同下游壅水条件进行恒定流三维数值模拟。通过研究不同下游水深条件下的断面流速分布,分析了采用固定水面流速系数可能导致的流量误差,并根据水面流速系数的变化规律,提出了在渠段下游壅水高度小于20 cm时采用率定的水面流速系数推算流量误差可满足量水精度要求(误差小于±10%)。还针对仿真数据进行拟合得到水面流速系数关于水深的曲线,并利用该曲线对水面流速系数进行修正,结果表明测流误差可减小到1.4%以内。最后分析了使用雷达技术测水面流速时,在保证测流误差不大于10%条件下应选取的最小测点数。