巴歇爾槽在明渠中的應(yīng)用

祝春江

（新疆奇臺(tái)縣水利管理總站，新疆 奇臺(tái)831800）

奇臺(tái)縣是新疆的農(nóng)業(yè)大縣，2020年農(nóng)業(yè)灌區(qū)灌溉總面積7.892萬(wàn)hm2，其中：地表水河灌區(qū)3.472萬(wàn)hm2，地下水井灌區(qū)面積4.420萬(wàn)hm2，為提升水資源利用，推進(jìn)農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革，積極推廣水價(jià)改革和水權(quán)交易，建立農(nóng)業(yè)灌溉用水總量控制，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)用水計(jì)量，合理調(diào)整農(nóng)業(yè)水價(jià)，建立精準(zhǔn)補(bǔ)貼機(jī)制[1]，2020年奇臺(tái)縣水利部門對(duì)現(xiàn)有132個(gè)取水計(jì)量點(diǎn)進(jìn)行更新改造，安裝一體式雷達(dá)檢測(cè)點(diǎn)來(lái)提高水量的計(jì)量精度，加強(qiáng)水量計(jì)量監(jiān)測(cè)管理。

1 巴歇爾槽流量計(jì)取原理

在明渠中，水量計(jì)量方法繁多，量水設(shè)施形式多樣，目前常用的方法有：利用水工建筑物量水、利用特設(shè)量水設(shè)備量水、采用儀表儀器類流量計(jì)量水等[2]。巴歇爾槽屬于利用特設(shè)量水設(shè)備量水的一種形式，其測(cè)量核心原理：通過(guò)對(duì)渠道過(guò)水道斷面進(jìn)行科學(xué)有效收縮，迫使水位升高，使得堰槽上下游形成水位差，并使水面形成平穩(wěn)的雍水面，將堰槽上游非均勻流轉(zhuǎn)化為均勻流，從而利用超聲傳感器更準(zhǔn)確直觀地確定渠道水位，通過(guò)儀表儀器，利用水位與水量間固定的函數(shù)關(guān)系確定水流流量，然后根據(jù)流量和時(shí)間的線性關(guān)系累加，最終確定渠道的引水量。

2 巴歇爾槽分類及結(jié)構(gòu)組成

巴歇爾槽又稱巴氏槽，按照材質(zhì)類型可分為PVC、玻璃鋼、普碳鋼三大類；按照結(jié)構(gòu)形式組成大致分為一體化、無(wú)喉道、拋物線無(wú)喉道、帶靜水井巴歇爾槽等；按照結(jié)構(gòu)尺寸可分為小型、標(biāo)準(zhǔn)型、大型三類。

巴歇爾槽結(jié)構(gòu)是由收縮段、喉道、擴(kuò)散段三大部分組成（圖1為巴歇爾槽結(jié)構(gòu)圖）。收縮段主要作用是保障水流平穩(wěn)進(jìn)入槽內(nèi)，是原水流渠道與巴歇爾槽銜接過(guò)渡部分。喉道是巴歇爾槽最核心、最關(guān)鍵的組成部分，主要作用是改變水流形態(tài)，確保喉道處的水體為臨界流和后端水流為自由出流。擴(kuò)散段是順接原渠道的鏈接部分，其作用是保證水流的流態(tài)。

圖1 巴歇爾槽結(jié)構(gòu)圖

3 巴歇爾槽的選型及施工安裝

3.1 選型

巴歇爾槽的選型是根據(jù)渠道的斷面尺寸、過(guò)水流量大小、渠道水位差及渠道坡比來(lái)確定巴歇爾槽收縮段開(kāi)口尺寸、收縮比、喉道長(zhǎng)度、擴(kuò)散段長(zhǎng)等尺寸，目的是為保證水的流態(tài)，即：在收縮段形成平穩(wěn)水面，同時(shí)保證喉道處處于臨界流狀態(tài)和擴(kuò)散段為自由出流的水流狀態(tài)。巴歇爾槽的施工安裝主要分為安裝位置的選擇、槽體安裝以及水位計(jì)安裝三部分。

3.2 安裝位置

在安裝位置的選擇上應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)原則：①選擇渠道截取尺寸不變的直段，避開(kāi)或遠(yuǎn)離彎道處，順直渠道長(zhǎng)度一般不小于10倍喉道寬長(zhǎng)度；②選擇水流流態(tài)平緩的位置，遠(yuǎn)離有水躍現(xiàn)象的水體；③在渠道縱坡較大的渠道中，水流狀態(tài)復(fù)雜，可在槽體上游設(shè)置緩流板或消能池，以改變水體流態(tài)。

3.3 槽體安裝

槽體安裝的核心在于保證水位差和暢通出流，這是確保精準(zhǔn)計(jì)量的關(guān)鍵，在安裝過(guò)程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①渠道與槽體連接底部平面之間要有1∶4坡度，渠道側(cè)壁槽體用曲面或平面進(jìn)行連接（曲面：曲率＞2倍最高水位；直面應(yīng)與中心線成45°）；②安裝進(jìn)口收縮段應(yīng)保持水平；③渠道中心線與槽體中心線應(yīng)保持同一軸線；④設(shè)置槽體后，上游渠道水位雍高，為避免渠道水流溢出，可以采取加高渠壁或加深渠道的方法解決，但加深渠道應(yīng)注意避免槽體的出水產(chǎn)生逆向流或淹沒(méi)流。⑤喉道兩側(cè)邊墻應(yīng)確?；ハ嗥叫星邑Q向垂直；⑥采用混凝土回填加固槽體時(shí)，在確保牢固的前提下，需保證槽體左右水平并沿水流軸線對(duì)稱，避免槽體出現(xiàn)傾斜或變形。

3.4 水位計(jì)安裝

水位測(cè)量位置應(yīng)在槽體中心線與進(jìn)水口垂直的交點(diǎn)（如圖1所示），水位計(jì)超聲波傳感器的安裝位置，應(yīng)盡可能接近該交點(diǎn)，水位計(jì)的測(cè)量范圍應(yīng)覆蓋所有水位范圍，安裝高度必須大于最高水位；其次，應(yīng)確保水位計(jì)安裝牢固，加裝防護(hù)措施，排除外界環(huán)境對(duì)傳感器產(chǎn)生干擾，避免水位出現(xiàn)讀取誤差。

4 巴歇爾槽與靜水槽對(duì)比所具有的特點(diǎn)

巴歇爾槽與原有靜水槽兩種渠道水量的計(jì)算原理相同，都是通過(guò)水位與流量關(guān)系來(lái)推算水量，巴歇爾槽較靜水槽有以下優(yōu)缺點(diǎn)：①測(cè)量精度方面，由于巴歇爾槽形成平穩(wěn)雍水面，其測(cè)量的水位精度高；②施工方面，在原有渠道上安裝巴歇爾槽體，需在渠道不引水狀態(tài)下進(jìn)行，對(duì)施工工期有較嚴(yán)的要求，而靜水槽不需要將渠道中水排干，可直接加裝，因此，巴歇爾槽安裝技術(shù)要求相對(duì)復(fù)雜；③造價(jià)方面，由于巴歇爾槽施工較為復(fù)雜，附屬設(shè)備多，安裝費(fèi)用相對(duì)較高；④巴歇爾槽的安裝改變了原有渠道的水流狀態(tài)，從而會(huì)減少原有渠道的過(guò)水流量，降低渠道引水能力；⑤在泥沙含量較多的渠道中，由于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行和水流沖刷作用，會(huì)對(duì)巴歇爾槽過(guò)水濕周面產(chǎn)生磨損（特別是喉道處），渠道的測(cè)量精度會(huì)隨之逐步降低；⑥運(yùn)行維護(hù)方面，為保證設(shè)施的正常運(yùn)行，確保其測(cè)量精度，需對(duì)槽體進(jìn)行定期除銹、清淤、設(shè)備檢查等日常巡查，其維護(hù)費(fèi)用較靜水槽要高。

5 結(jié)論

在眾多的水量計(jì)量設(shè)施中，巴歇爾槽憑借其計(jì)量精度高的優(yōu)勢(shì)，在農(nóng)業(yè)灌溉、河流水量檢測(cè)、污水排放監(jiān)控等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在提高水量的計(jì)量精度和加強(qiáng)水量計(jì)量監(jiān)測(cè)管理中，有著重要的作用。