巴歇尔量水槽水力特性试验研究

论文摘要

渠道量水是灌溉用水管理的基本条件,是一项基础且关键性的技术,对灌区节水、实现水资源高效可持续利用具有重要意义。人们为了更有效地利用水资源而不断探寻更精确的量水和更科学的管理水资源的方法和措施。其中量水槽是一种广为接受的量水设施,经Ralph Parshall改造而成的巴歇尔量水槽又是众多量水槽中最为常见的,一经面世,巴歇尔量水槽的应用就迅速扩展到工业和市政等领域,并成为应用范围最广的量水设备之一(Genovez et al. 1993:1081)。人们也对巴歇尔量水槽进行了大量的后续研究。本文在前人研究的基础上运用理论研究与模型试验相结合的研究思路与方法,对巴歇尔量水槽的各种水力特性进行了深入系统的分析,主要的研究内容与结论如下:1、总结了巴歇尔量水槽的研究进展,阐述了巴歇尔量水槽的测流原理及安装运行需注意事项。在试验研究的基础上得出了自由流和淹没流情况下巴歇尔量水槽的流量公式。结果表明,流量公式简明实用,量水精度均达到了量水规范对灌区量水设施的要求,特别是淹没流情况下流量计算精度有了较大提高。2、研究了巴歇尔量水槽的壅水高度,壅水高度随流量的增大而增大,自由流情况下上游水深与巴歇尔槽壅水高度间存在显著的指数拟合关系。3、分析了巴歇尔量水槽水头损失的机理及影响因素。量水槽过槽水流水头损失包括槽前收缩段、喉口段以及下游扩散段三部分。将过槽水头损失全部看作局部水头损失,经过对试验数据的分析得出了水头损失与上游水深的关系。结果表明不同流量下巴歇尔槽水头损失与水深间存在显著的线性关系,相同流量时自由流条件下水头损失大于淹没流情况。4、研究了各流量下沿渠道各控制断面的佛汝德数分布情况。绘制了断面比能曲线,并通过试算法得到了各流量下的临界水深值,得到了临界水深断面基本上处于喉口断面前5cm的结论。5、测量并分析了控制断面上各组流量下渠道及量水槽内水流在表、中和底层沿纵向、横向和垂向的流速分布情况。6、对多泥沙情况下巴歇尔量水槽的运行情况做了初步的研究,结果表明自由出流情况下,巴歇尔量水槽槽身段不会有大量沙子的存留,这就保证了巴歇尔量水槽在多泥沙渠道工作时的测流精度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 灌区量水的目的与意义
• 1.2 巴歇尔槽的量水原理与结构
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 巴歇尔槽的安设要求
• 1.5 本文研究内容
• 第二章 巴歇尔量水槽试验装置及试验方案设计
• 2.1 试验系统概况
• 2.2 试验所用仪器及设备
• 2.3 Vectrino 流速仪的介绍
• 2.4 巴歇尔量水槽的设计
• 2.5 试验方案
• 第三章 流量公式的拟定及壅水高度和水头损失研究
• 3.1 流量公式的拟定
• 3.1.1 流量公式的计算拟合过程
• 3.1.2 流量公式计算结果的不确定度分析
• 3.1.3 本文拟合公式与其他经验公式精度比较
• 3.2 巴歇尔槽壅水高度研究
• 3.3 水头损失研究
• 第四章 流态及流速和泥沙影响分析
• 4.1 巴歇尔槽流态研究
• 4.1.1 佛汝德数
• 4.1.2 断面比能曲线
• 4.1.3 临界水深的计算
• 4.1.4 水面线
• 4.2 流速分布研究
• 4.2.1 表层流速分布情况
• 4.2.2 中层流速分布情况
• 4.2.3 底层流速分布情况
• 4.3 泥沙对巴歇尔槽测流性能的影响
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介