明渠流量测量

明渠建筑物测流法

1、堰槽法

堰槽法是一种比较传统的量水设备，主要有薄壁堰、宽顶堰、梯形剖面堰、三角剖面堰、平坦型堰、长喉道槽、短喉道槽包括巴歇尔槽和孙奈利槽以及无喉道槽等。

堰槽法的基本原理是让水流通过束缩的过水断面并控制水流，利用水流通过过水断面最狭窄的部分时出现的稳定的水位流量关系来计算流量，因为在这种情况下，水流会形成缓流到急流的过渡即临界流，从而在槽前构成稳定的水位流量关系。

2、水位流量关系法

在一些天然河流断面上，经实测证明具有稳定的水位流量关系。一些闸门、涵洞的上游水位和流量关系也很稳定，就可以直接用测量水位的方法测量流量。水位流量关系法可分为液位流速演算式法、喷嘴流量计法。

液位流速演算式法：利用非满管或明渠自由表面自然流下液体的液水位和平均流速间的函数式，测量流动的管渠水位以求取流量的一种方法。

喷嘴流量计法：一种开式喷嘴装于非满管排放口，测量喷嘴上游水位求取流量。一种开式喷嘴装在圆形暗渠排放口，下游液位必须低于喷嘴高程，形成自由排放。

水位流量关系式法的明显优点是造价低，阻力损失小且不易形成沉积物，而明显的缺点是测量精度低，且其精度受糙率的影响较大，在糙率变化较大的区域，其测量精度会进一步降低。

明渠流速面积法

流速面积法 的原理就是测出过流断面某些局部（点、线或小面积）流速，用这些流速来计算过水断面的平均流速，再测量水位求得过水断面面积，最后用过水断面的平均流速乘以过水断面面积求取流量。

按照流速测量方法的不同流速面积法主要可分为流速仪法（旋浆或旋环流速计 水位计）、电磁感应法（电磁流速计 水位计）、超声波测流法（超声流速计 水位计）。其它还有稀释法、漂浮物法、动船法等。

1、流速仪法

该方法通常使用旋浆流速仪和旋杯流速仪测定过水断面上某几个点的流速，再根据断面流速分布公式计算其断面平均流速及流量。在测量流速时，要使流速仪在水中保持水平状态，并且使它的长轴线平行水流方向，在局部涡流的影响下，在流速仪扭转不大的情况下都可以使用该方法。该方法被认为是最准确的明渠流量测量方法，一直被认为是明渠流量信息的最准确来源。其流速测量方法主要有一点法、两点法、三点法、五点法、六点法、十一点法等。

2、电磁感应法

该方法先将一个线圈横埋在河床或桥底部，构成一个过水的磁场。按法拉第电磁感应定律，当水流穿过一个垂直磁场，电磁感应在河流两岸之间形成小电势。所产生的电势与河宽、磁场和断面平均流速成正比。通过平均流速和过水断面面积的乘积得到流量。

3、超声波测流法

该方法是在河的两岸用换能器同时朝着两个方向发射穿透水体的脉冲信号测量声波在水中的传播速度，或是将两个换能器安装在同一河岸，在另一河岸设置反射器或转换器。换能器的安装位置应使发出的脉冲在一个方向是逆水传播，在另一个方向是顺水传播。这两个超声波速度之间的差值与该换能器所在高程上水流的速度有关。该速度又可同整个断面的平均流速建立关系，以此推求流量。

流速面积法有很多优点，由于其测量的量不仅有水位还有流速，所以在水流不稳定的情况下，其测量的精度较建筑物测流法要高，如果过水断面的流速分布公式研究的够成熟，其精度够高，在流体一定的情况下，如果流量和过水断面的糙率也一定，那么我们就可以得出整个过水断面的水位及流速分布。反之，如果再加上流速测量也有相当精度的话，我们就可以用所测得的流速及水位来反演糙率及流量，用这种方式算得的流量考虑到了糙率的影响，在糙率变化的情况下，其精度就要高于建筑物测流法。

明渠其他方法

1、比降面积法

该方法是选定测验渠段，确定其平均过水断面的面积，测定该渠段的水面比降，然后通过采用己知的经验公式来确定平均流速。所采用的经验公式表达了流速与水力半径、经过水流动能改正的水面比降以及河床和河床质特性的关系。平均流速与平均过水断面乘积即是流量。

虽然比降面积法没有流速—面积法直接测量渠道流量精确，但是当流速—面积法不可能应用时的某些特殊情况下，此方法是可行的。用于在稳定边界和河床质较粗的河流，以及对有限的溢流漫滩或断面不均匀的冲积层河流，应用该方法可具有一定的精度。特别是遇到特大洪水流量时不可能应用别的测验方法，为了确定水位流量关系曲线，比降面积法是唯一可采用的方法。

2、容积法

这种方法适用于因水流而引起的水位及蓄水量的变化情况。在己知时段间隔的两个不同时刻，对蓄水体的水位和水面面积进行施测。用蓄水增量或者泄量除以己知的时段可求出平均流量。

相对来讲，以上两种方法均较粗略，不适用于明渠流量的准确测量。2100433B

按照运动要素是否随时间变化，明渠可分为明渠恒定流和明渠非恒定流。

按照运动要素是否随流程变化，明渠可分为明渠均匀流和明渠非均匀流。

按照变化的缓急程度，明渠可分为明渠急变流和明渠渐（缓）变流。

以上三个分级标准可以任意搭配，比如：明渠非恒定非均匀渐变流。

注意：不存在明渠非恒定均匀流。（当然也就不存在明渠非恒定均匀渐变流和急变流），原因是：水面有波动，不可能产生明渠非恒定均匀流。

明渠的特性有三点：水面一定与大气接触；且水位及流量跟随横断面的变化而变化；最后就是水流方向由重力决定，由高向低的方向流动。

根据这个特性我们可以知道除了平时的河道和人工运河外，由于排水管道的水流并未充满管道，所以这些都属于明渠。

明渠流动是水流的部分周界与大气接触具有自由表面的流动。由于自由表面上相对压强为零，又称为无压流动。

明渠一般作为明渠水流的简称。英语open channel flow。

明渠副流是指在明渠中因弯道或因断面形状等的影响而产生的主流以外的次生流动 。

明渠非均匀渐变流是指流速沿程变化较小而流线接近于平行直线的明渠水流 。