李曉新 李曉紅
【摘要】隨著U形渠道斷面實踐的不斷進(jìn)步,研究其測流及流速分布凸顯出重要意義。本文首先介紹了U形渠道斷面測流及流速誤差,并分析了其產(chǎn)生的原因。在探討U形渠道斷面測流及流速分布試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上,研究了其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
【關(guān)鍵詞】U形渠道;斷面測流;流速分布;試驗研究
一、前言
作為一種常見的渠道斷面,u形渠道斷面測流及流速分布在近期得到了深入 研究。該項課題的研究,將會更好地提升u形渠道斷面測流及流速的掌握水平,從而對其實踐起到積極作用。本文從介紹實驗誤差著手本課題的研究。
二、U形渠道斷面測流及流速誤差分析
在灌區(qū)渠道斷面測流中,由于大部分引、輸水渠道斷面不規(guī)整,受渠道糙率、水草、卵石的影響較大,誤差因素也很多。但現(xiàn)在基本都是防滲渠道,糙率相對較小,而且一般時候水流速相對穩(wěn)定,所以測流誤差因素相對較小。因此,引起斷面測流誤差的主要因素還是測流儀器、斷面布設(shè)、測流操作等幾個方面來考慮。
1.儀器誤差
(一)一般情況下流速儀出廠前的檢定誤差都在規(guī)定允許的范圍內(nèi),但有時也有工作失誤造成的檢定誤差。
(二)流速儀在使用、運(yùn)輸、攜帶中出現(xiàn)磨損和損壞造成的誤差。如河水泥、沙、石含量大,或河水中大的卵石對儀器沖撞造成的損壞等。
(三)流速儀在每次使用完畢沒有按規(guī)定保養(yǎng)、存放,造成儀器軸承磨損,引起測流誤差。
所以要消除測流誤差就應(yīng)根據(jù)不同的渠道,嚴(yán)格按照流速儀檢定書規(guī)定的流速儀適用范圍進(jìn)行測流。并按以下規(guī)定進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù):流速儀在每次使用后,要立即按照儀器說明書規(guī)定的方法拆洗干凈,并加儀器潤滑油。
2.測速測點(diǎn)位置選擇不當(dāng)引起的誤差
在實測工作中一般渠道使用流速儀測流時多采用一點(diǎn)法,即在0.6處水深位置測流。但根據(jù)水流束分布規(guī)律特點(diǎn)可知,一點(diǎn)法所測水流速不能完全代表測速垂線平均流速,會產(chǎn)生一些誤差,只有通過多點(diǎn)法測流才能使測流誤差減少,使測流誤差在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。另外當(dāng)測流垂線不足時,導(dǎo)致垂線平均流速計算也會產(chǎn)生誤差,因此要消除測速垂線上測點(diǎn)位置不當(dāng)引起誤差的方法,就是加密測速垂線測點(diǎn)數(shù)和測速垂線數(shù),實施精確測流,以滿足測流規(guī)范的要求。
3.岸邊流速系數(shù)取值不當(dāng)引起的誤差
在實際測流中,由于岸邊系數(shù)與渠道的斷面形狀、渠邊糙率、水流形態(tài)及水邊寬度等因素有關(guān),特別是防滲渠道直接應(yīng)用表中系數(shù)值造成的誤差就會很大。根據(jù)我縣現(xiàn)有渠道現(xiàn)狀,對于老的干砌石渠道岸邊和死水邊α值取值約為0.60,對于防滲渠道斜坡較為光滑的α值取值約為0.67-0.75,對于不平整的石砌陡岸邊α值取值約為0.80,對于較為光滑的陡岸邊α值取值約為0.90。在實際工作中岸邊流速系數(shù)選值不當(dāng)也會引起測流誤差,所以要想獲取較為準(zhǔn)確的測流值,就應(yīng)根據(jù)實際情況在岸邊加測垂線數(shù)目,精確計算岸邊部分面積,并按實際情況認(rèn)真分析再確定岸邊流速系數(shù)比較穩(wěn)妥。
三、斷面測流及流速誤差原因
1.儀器誤差
主要指渠道測流時在同等條件下:即在水流速相對穩(wěn)定,測流人員、使用儀器、測流位置、測流環(huán)境、測流方法均保持不變的情況下,對同一斷面、同一量值反復(fù)進(jìn)行多次的測量,而由此測流值不隨測流次數(shù)的增加而減少的那部分誤差。
2.隨機(jī)誤差
測流在同等條件下,對同一斷面、同一量值進(jìn)行多次測量,實測值總是發(fā)生大小變化。這種誤差系水流速較快,水浪波動引起的視讀誤差,或水流速不穩(wěn)定引起的誤差等,均屬于隨機(jī)誤差。隨機(jī)誤差時大時小,可采取多次測流取其平均值解決。
3.絕對誤差和相對誤差
誤差可分為絕對誤差和相對誤差兩種。絕對誤差就是實測值與真值之間的差值,它反映實測值的可靠程度。相對誤差就是絕對誤差與真值的比值,常用百分?jǐn)?shù)表示。允許誤差就是實測值按一定概率大小出現(xiàn)誤差的允許范圍。
四、U形渠道斷面測流及流速分布試驗結(jié)果
1.浮標(biāo)淹沒度變化對虛流速的影響
同一流量下,虛流速會隨著淹沒度的增大而增大。這是因為最大流速位置通常位于自由水面以下,所以隨著浮標(biāo)淹沒度的增加,虛流速也逐漸接近于最大流速,因此浮標(biāo)歷時減小,虛流速增大。由流量與流速關(guān)系可知,虛流量與虛流速的變化規(guī)律一致。
2.浮標(biāo)淹沒度變化對浮標(biāo)系數(shù)的影響
斷面平均流速與虛流速之間存在著正比例線性關(guān)系,由于同一流量下過水?dāng)嗝婷娣e保持不變,可以看出浮標(biāo)系數(shù)隨著淹沒度的增大而減小,與之間的相關(guān)系數(shù)則先變大再減小,當(dāng)浮標(biāo)淹沒度T=0.5時,相關(guān)性較好,其它淹沒度下相關(guān)系數(shù)也均在0.84以上。因此,可以得到不同淹沒度下的U形渠道浮標(biāo)(乒乓球)測流公式。
3.測流誤差分析
根據(jù)提出的浮標(biāo)測流公式,將計算流量與實測流量進(jìn)行對比分析。可以看出,實測值與計算值之間吻合度較高,平均相對誤差均小于5%,表明浮標(biāo)測流結(jié)果具有較高的精度。當(dāng)浮標(biāo)淹沒度為0.5時,平均相對誤差僅為1.45%,說明在實際測流時宜選用填充度為0.5的浮標(biāo)進(jìn)行測量。
五、U形渠道斷面測流及流速分布試驗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)
1.測量過程中
在開展側(cè)流前,要將軸套末端的保護(hù)裝置取下,按照順時針方向?qū)⒎绰萁z套一并取下。若信號正常,才可進(jìn)行測量工作。并檢查儀器是否靈敏,若不靈活,應(yīng)將旋轉(zhuǎn)部分拆下,并進(jìn)行清洗;觀察接觸位置,無問題后可開始測流。使用過程中,在儀器身架上也要注入一定量精密機(jī)器油,注入部位在身架和反螺絲套相連接處,間隙控制在0.4mm;另外,軸承養(yǎng)護(hù)一定程度上反映了流速儀的靈敏程度,使用過后,要使用清潔汽油將其清洗干凈,并用將其擦干,加入少許潤滑油,避免軸承被腐蝕,進(jìn)而給儀器正常使用帶來不便。旋軸、軸套等位置不能跌碰,防止對儀器靈敏程度造成影響。垂線各點(diǎn)的間隔距離不能<流速儀的旋槳直徑。
2.提升單次測流精確度,
上文提及到,流速儀在測流時通常采用“流速-面積法”。在實測過程中,筆者總結(jié)出以下幾點(diǎn)導(dǎo)致誤差產(chǎn)生的因素:一是測量水面寬度時產(chǎn)生誤差;二是測量水深時容易出現(xiàn)誤差;三是所測區(qū)域、點(diǎn)位流速容易產(chǎn)生誤差。實際上,產(chǎn)生這些誤差根本原因在于流速儀自身精確度存在問題,且流速在空間、時間上常會出現(xiàn)不規(guī)則變化情況,當(dāng)然也包括人為操作時不夠規(guī)范。采用“流速-面積法”存在的誤差,和垂線數(shù)量、測點(diǎn)數(shù)量、岸邊流速系數(shù)的相關(guān)取值密切相關(guān)。提升單次測流精確度,選擇典型測流次數(shù),重點(diǎn)對不確定值與誤差進(jìn)行分析。
3.注意正確安裝流速儀
測量工作前,應(yīng)對流速儀進(jìn)行全面檢查,檢查是否上油,是否清洗、是否安裝準(zhǔn)確等。檢查流速儀轉(zhuǎn)數(shù)、起點(diǎn)距離、所測方向、測點(diǎn)位置等。儀器方面準(zhǔn)備好后,要檢查所測水段是否存在水草、是否存在干擾因素、信號是否正常等。同時,也要對流速儀測量公式、系數(shù)等進(jìn)行檢驗,保證其合理使用。根據(jù)渠道內(nèi)水位上漲或下降等實際情況,必要時考慮提前開展工作,防止多余流量檢測點(diǎn)分布于相同級別水位上。
六、結(jié)束語
通過對U形渠道斷面測流及流速分布試驗的相關(guān)研究,我們可以發(fā)現(xiàn),引起試驗誤差的原因是多方面的,有關(guān)人員應(yīng)該結(jié)合u形渠道斷面的客觀實際,利用優(yōu)勢因素,研究制定最為科學(xué)合理的分布試驗研究方案。
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