U形渠道斷面測流及流速分布試驗研究

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。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陸春燕.流速儀在渠道測流關(guān)鍵環(huán)節(jié)分析[J].綜合研究.2012（12）：136-137.

[2] 張偉.流速儀裝配與測試[J].機(jī)械操作與使用.2012（12）：164-165.

[3] 艾買江.使用流速儀在測水過程中應(yīng)注意的幾個要點(diǎn)[J].民營科技.2011（11）：102-103.

[4] 丁林君，楊俊.防滲渠道中測流應(yīng)注意的誤差問題[J].吉林水利.2013（13）：84-85.

[5] 高楊.U形渠道水力特性及測流試驗研究[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報.2011（10）：88-89.