渠道及溝道簡易測流方法探討

張思強

（寧夏回族自治區(qū)固原市水利勘測設(shè)計院 寧夏固原 756000）

1 渠道及溝道現(xiàn)狀

固原市地處黃河流域?qū)幭幕刈遄灾螀^(qū)南部山區(qū)。境內(nèi)地形地貌較為復(fù)雜，按地貌類型分為土石山區(qū)、河谷川道區(qū)和黃土丘陵溝壑區(qū)，區(qū)域溝壑縱橫，數(shù)量較多。河流或溝道中，較大河流基本都設(shè)立了水文測站，建立了標(biāo)準測流斷面，采用儀器進行準確測流。小河道或溝道均未建立測流斷面，早期建設(shè)的灌溉渠道或排水渠道也有一部分未建設(shè)量水設(shè)施，對于這樣的一些溝道及渠道該怎樣測流，其測流方法有待我們探討。

2 渠道及溝道簡易測流方法

項目規(guī)劃、水庫管理及灌溉管理中常常會遇到一些沒有量水設(shè)施的測流問題。如在渠道或溝道中，既沒有建立標(biāo)準測流斷面和標(biāo)準量水設(shè)施，又沒有配備測流設(shè)備。遇到這種情況，該怎樣測量渠道或溝道的流量，是我們研究和探討的課題之一。筆者根據(jù)實際工作中的一些做法和經(jīng)驗，總結(jié)出了在渠道及溝道中測流的簡易方法，下面做一具體介紹。

2.1 常用測流方法

截止目前，測流方法很多，常用的有流速儀法和浮標(biāo)法，其中浮標(biāo)法測流包括水面浮標(biāo)法、深水浮標(biāo)法、浮桿法和小浮標(biāo)法等，適用于流速儀測流困難或超出流速儀測速范圍的高流速、低流速、小水深等情況的流速測驗。在此推薦采用簡單易行的水面浮標(biāo)法測算渠道或溝道的流量，雖然其精度較標(biāo)準量水設(shè)施低，但在無標(biāo)準量水設(shè)施的情況下，該方法也是一個較為適宜的選擇。

（1）水面浮標(biāo)法測流是根據(jù)觀測水流攜帶漂浮物（浮標(biāo)）的移動速度，求出水面流速，并計算流量的一種測流方法。該方法是一種粗略測量流速的簡易方法，采用一塊木片或裝有少量水的瓶子（能夠隨水流漂移且保持穩(wěn)定的物件均可），在木片或瓶口插上帶色小旗作為浮標(biāo)，利用手表或秒表測定浮標(biāo)通過渠道或溝道中相距一定距離兩點間所用的時間，求出流速。通常用每秒鐘內(nèi)的米數(shù)來表示這一速度。利用上述方法測出表層流速，粗略計算流量。因其操作簡捷、經(jīng)濟適用、測流歷時短，在我市的渠道及溝道流速測驗中廣泛應(yīng)用，是目前一種重要的簡易測流方法。

2.2 測流的具體步驟

用水面浮標(biāo)法測流的具體步驟是：首先要選擇測流段，制作浮標(biāo)，然后再測流速和計算流量。測流時應(yīng)重復(fù)數(shù)次，取平均值。

2.2.1 選擇測流段

選擇較規(guī)則無彎曲的直流段，水流比較順直，比降一致，有一定液面高度的渠床或溝床作為測流段，測其過水橫斷面，即水面寬度、平均寬度或溝渠底部寬度及水面高度。在觀測河段上選設(shè)上（1－1）、中（2－2）、下（3－3）3 個互相平行且垂直水流方向的一組斷面，根據(jù)渠道及溝道寬度和水流具體情況可適當(dāng)增減。渠床及溝床橫斷面面積可用測量桿在選定斷面通過測量幾個點位的深度計算出。為避免較大誤差，一般渠道至少要有4個測量點，溝道及河道至少要有5個測量點，地形較復(fù)雜的河床測量點應(yīng)加密。計算斷面面積取上、中、下3個斷面面積的平均值。測流段（1－1至 3－3）縱斷面，長度越長測量的精度相對越高，長度以測流段上、下兩端測量人員對話清晰為宜。根據(jù)實際情況，渠道測流段距離L一般為30～50m，溝道測流段相對要長一些，L約為50～100m，浮標(biāo)投放點距 1－1斷面的距離S以5～10m為宜。要確立觀測橫斷面，一般渠道以梯形斷面居多，溝道及河道多為自然河床，近視以梯形斷面計。測量出所選測流段的長度L、各觀測斷面水面寬度B、底部寬度b、水深h。水面浮標(biāo)法測流斷面示意圖見圖1。

圖1 水面浮標(biāo)法測流斷面示意圖

2.2.2 浮標(biāo)制作

凡能飄浮水面的物體，都可制作浮標(biāo)，如木片、水瓶、麥秸、稻草等材料。在此，選擇一塊木片或裝有少量水的瓶子作為浮標(biāo)，在木片上或瓶口上插帶色小旗，以便識別。

2.2.3 測流速

用簡易的水面浮標(biāo)法測流速，首先在所選河段或渠段的0－0、1－1、3－3斷面各安排1人，用秒表、手表或手機計時均可，對準各斷面觀測人員計時器的時間，即可開始側(cè)流。要將浮標(biāo)投放在流動水觀測斷面上游 0－0斷面的中央，在無外力的影響下(如風(fēng)、漂浮物阻塞等)，使漂浮物流經(jīng)被觀測段距離。投放浮標(biāo)人員在 0－0斷面投放浮標(biāo)后，通知上游觀測人員記錄浮標(biāo)通過上游 1－1斷面的時間 t1，同時通知下游觀測人員浮標(biāo)已放，提示下游觀測人員注意觀測浮標(biāo)，待浮標(biāo)隨水流漂浮到下游斷面 3－3時，下游觀測人員記錄時間t2，再按公式t=t2-t1計算出浮標(biāo)（水流）通過所選測流段1－1至3－3的時間t，根據(jù)距離與速度及時間的關(guān)系式 L=νft，計算出測流段的浮標(biāo)虛流速νf，νf=L/t。再根據(jù)浮標(biāo)系數(shù)推算測流段渠道或溝道的流量。

2.2.4 流量計算

按公式Q=Kf·Qf計算流量。式中：Q為計算斷面實流量，m3/s；Qf為計算斷面虛流量，m3/s；Kf為計算斷面浮標(biāo)系數(shù)，可根據(jù)實驗資料選用，無資料時一般可采用 0.8～0.9；Qf=ω νf，ω 為計算斷面過水面積，m2；ω=(ω1+ω2+ω3)/3，梯形斷面面積 ωn=(Bn+bn)×hn/2；νf為浮標(biāo)虛速度，m/s； νf=L/t，L為測流段上下斷面間距，m；t為浮標(biāo)流經(jīng)上下斷面的歷時，s；B為斷面水面寬度，m；h為斷面處水深，m。

2.2.5 測流記錄表

為便于觀測計算，特意編制了水面浮標(biāo)法測流記錄表，見表1。

3 結(jié)語

水面浮標(biāo)法測流是一種既簡單又方便的測流方法。一般順直渠道測流比較容易，對于溝道及河道來說，由于溝道及河道受地形變化影響大，采用水面浮標(biāo)法測流時，測流段一定要選擇順直段，并且要具有代表性，以所選測流段的測流數(shù)據(jù)推算溝道及河道區(qū)間流量。因此，選擇測流段尤為重要，合理選擇測流段是水面浮標(biāo)法測流精度的關(guān)鍵，也是準確測流的基礎(chǔ)?？蔀轫椖恳?guī)劃及工程管理提供較準確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

表1 水面浮標(biāo)法測流記錄表