淺析流速儀測流量水的斷面選擇及測流過程

劉穎枕

一 測流量水意義和基本內(nèi)容

測流量水工作是灌區(qū)合理調(diào)度灌溉水資源，正確執(zhí)行用水計劃，加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)管理和用水管理的必要措施。設(shè)置測水站、網(wǎng)進(jìn)行量水，是灌區(qū)的重要職責(zé)和基本工作。

二 流速儀測流方法的測水過程

流速儀是用來測量水流速度的專門儀器，其測量精度較高。

1 流速儀的類型及測速原理

類型：國產(chǎn)流速儀有兩類9種，分別適用于河、渠、湖、庫的流速。我灌區(qū)常用流速儀有：旋槳式和旋杯式。

流速儀的測速原理：流速儀測速，是靠其旋轉(zhuǎn)部分（轉(zhuǎn)子）轉(zhuǎn)動而實(shí)現(xiàn)的。流速儀沒入水中后，轉(zhuǎn)子水流沖擊而轉(zhuǎn)動起來，水流速度越快，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速也越快，他們是成正比關(guān)系的。

這個關(guān)系可以用一個函數(shù)表達(dá)式表示：

V=KN/t+c

式中： V----測點(diǎn)流速，單位為米/秒；

N----轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)，即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)數(shù)n與相應(yīng)時間t的比：N=n/t

K----常系數(shù)

C----儀器的摩阻系數(shù)

通過這個關(guān)系式，流速儀以其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速快慢，來反映水流流速緩慢。這就是利用流速儀可以測定水流速度的根據(jù)。V=KN+C就是流速的計算公式。

由于每架儀器的轉(zhuǎn)動部分及零配件的幾何形狀，光潔度，尺寸公差等都不是絕對相同的，因此每架儀器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的靈敏度都不完全一樣，這就使得架儀器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與水流的流速之間的函數(shù)關(guān)系也不完全相同，其公式中的K和C的數(shù)值不同。因此每一架儀器，都有它自己特有的流速計算公式系數(shù)，使用哪一架儀器，就要用該儀器的流量公式進(jìn)行計算。

流速儀轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，是通過電路傳導(dǎo)，電鈴計數(shù)，秒表計時，經(jīng)計算而得到的，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動20轉(zhuǎn)（或5轉(zhuǎn)），電鈴接通一次，即電鈴響一次。統(tǒng)計一段時間內(nèi)（100秒以上）電鈴的響次，進(jìn)而利用公式求出水流速度。

2.流速儀測流的工作內(nèi)容

流速儀測流工作內(nèi)容主要包括：選擇斷面，確定測線，測量斷面，施測流速，計算流量，其中間選擇斷面和確定測線是放水之前應(yīng)該完成的。

（1）選擇測流渠段及斷面。 渠段及斷面應(yīng)滿足下列條件，否則會影響測流成果的準(zhǔn)確性。渠段應(yīng)平直，水流要均勻；測流渠段的縱橫斷面應(yīng)比較規(guī)則，穩(wěn)定；測流斷面的設(shè)置應(yīng)與水流的方向垂直；測流斷面應(yīng)不受下游閘門操縱回水的影響（一般在下游100-200米水流平穩(wěn)處），附近不應(yīng)設(shè)有影響水流的建筑物（如橋梁，抽水機(jī)站和樹木雜草等），若測流斷面在建筑物下游，應(yīng)不受建筑物泄出水流不穩(wěn)定的影響。

對于不規(guī)則的土渠可以采用襯砌加以整治，把測流斷面做成標(biāo)準(zhǔn)斷面（如梯形斷面）。

（2）測線布設(shè)。測流斷面上測深、測速垂線的數(shù)目和位置，應(yīng)滿足過水?dāng)嗝婧推骄魉贉y量精度的要求。在比較規(guī)則整齊的渠床斷面上，任意兩條測速垂線的間距，應(yīng)不大于渠寬的1/5；在形狀不規(guī)則的斷面上，其間距應(yīng)不大于渠寬的1/20。測深垂線應(yīng)分布均勻，能控制渠床變化的主要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。渠岸坡腳處、最大水深點(diǎn)、渠底起伏轉(zhuǎn)折點(diǎn)等處都應(yīng)設(shè)置測深垂線。主流擺動劇烈或渠床不穩(wěn)的測站，垂線宜加密布置，垂線位置應(yīng)優(yōu)先分布在主流上，并避開水流不平穩(wěn)和紊動大的岸邊或回流區(qū)。規(guī)則的灌溉渠道斷面上，測深垂線與測速垂線可合并設(shè)置。垂線可等距離或不等距離布設(shè)。若過水?dāng)嗝婧退鲗ΨQ，則垂線應(yīng)對稱布設(shè)。

（3）測量流速。用流速儀施測的流速，是過水?dāng)嗝嫔蟽x器所在位置水流的點(diǎn)流速，它不能代表整個過水?dāng)嗝娴牧魉偾闆r。為了求得全斷面的平均流速，將整個斷面上的各個點(diǎn)的流速都測到是不可能的，也是沒有必要的。可以選擇一些有代表性的點(diǎn)，實(shí)測這些點(diǎn)的流速，在由這些點(diǎn)流速計算測線的平均流速，根據(jù)具體情況和測試精度的要求，可以分別測出垂線上一個、兩個、三個、五個等有代表性的點(diǎn)的流速。在經(jīng)過計算就得到垂線平均流速。這些方法也成為一點(diǎn)法、兩點(diǎn)法、三點(diǎn)法、五點(diǎn)法測速。由于水的流速在垂線上的分布是曲線形的，所以無論采用幾點(diǎn)法，所求出的垂線平均流速都是近似的，一般地說，多點(diǎn)法較少點(diǎn)法精確的多。所以當(dāng)要求較為精確的流速時，以三點(diǎn)法、五點(diǎn)法為宜。一般測流多采用三點(diǎn)法。為了求得最佳效果，做到既省時省力，又能測到較準(zhǔn)確的結(jié)果，我們可以在不同水深采用不同的測速方法，見下表。

關(guān)于各種測速方法測點(diǎn)的位置及垂線平均流速的計算

一點(diǎn)法： 施測垂線上一個點(diǎn)的流速，代表該垂線的垂線平均流速。測點(diǎn)設(shè)在自水面向下計算，該垂線處水的十分之六處。（即0.6H處。如水深為1米，則測點(diǎn)設(shè)在水面以下0.6米處）。將流速儀懸置在該點(diǎn)，實(shí)測的流速就是這一條垂線的垂線平均流速：

二點(diǎn)法： 將流速儀懸置十分之二及十分之八相對水深出，以這兩個代表點(diǎn)的流速平均值，作為該測線的垂線平均流速：

三點(diǎn)法：分別在十分之二、十分之六、十分之八相對水深處的三個代表點(diǎn)測速，取其平均值，作為該測線的垂線平均流速：

或：

五點(diǎn)法：分別測出下列五個代表點(diǎn)的流速，或其加權(quán)平均值，作為垂線的平均流速。這五個點(diǎn)分別是：水面（在水面以下5cm處施測，以不露儀器的旋轉(zhuǎn)部分為準(zhǔn)）、十分之二、十分之六、十分之八相對水深處、及渠底點(diǎn)（離開渠底2-5厘米）。按下式計算垂線平均流速：