将测深垂线与测速垂线合并起来。即在测线处既测深又测速。
根据实际情况,垂线可等距离或不等距离地布设。若过水断面对称、水流对称,则垂线应尽量对称布设。表1给出了平整断面上测线布设标准,供实际工作中参考。
表1 平整断面上不同水面宽的测线布设
渠 别 总干、干渠 分干、支渠 支渠、斗渠
水面宽(m) 20~50 5~20 1.5~5 测线间距(m) 2.0~5.0 1.0~2.5 0.25~0.6 测线数目 10~20 5~8 3~7 第二节 断面测量与流速测量
(一)断面测量
断面测量包括测线间距(部分宽)测量和水深测量。在测桥上测流时测线间距一般在布置测线时设置固定标志,其间距均事先测出,测流时只需测量水边宽度。缆道测流时,测线间距是由循环索控制,水文绞车计数器显示的,因此计数器的读数与循环索的行进距离之间的比例应率定准确。
水深测量多用悬索或测秆直接观读,用悬索测深时,由于水流的冲击作用,入水后悬索向下游偏斜,一般偏角不大时,将湿绳长度视为水深,若偏角大于10°时则需修正湿绳长度后才得水深值。
用测秆测深时,往往有壅水现象,因此要修正壅水影响的水深误差。即在观读水深时,减去壅水高度。在混凝土衬砌的断面上测流,水深测量应注意测秆底盘下面一段尖端的高度,根据分化刻度的起始位置,进行相应的处理。无论使用何种测具测量水深,测量时都应保持垂直状态。
在衬砌的标准测流断面上,若断面无淤积,水流稳定时,可以设置固定水尺,用水准仪测出水尺零点与各测线处渠底的高差,就得到每条测线处的实际水深值。即:
Hj=h±Δhj
式中: Hj——第h条垂线处的实际水深;
h——水尺读数;
Δhj——第j条垂线处渠底与水尺零点的高差。 (二)流速测量
测量垂线平均流速的方法,通常有积深法和积点法。积深法的垂线平均流速计算公式为:
Vm=
1D?D0Vdy
式中: Vm——垂线平均流速; D——垂线水深;
V——垂线上任一深度y处的流速。
积深法属于垂直方向的积分法,从理论上讲,在不考虑其它影响因素时,此法具有较高的精度。然而,最常用的是积点法。积点法是在垂线上按一定规律布置有限的测点施测点流,根据测得的各点流速,推算垂线平均流速。
流速在垂线上的分布规律,对于明渠流,一般采用普朗德—卡门对数模式:
Vη=Vm(1.116+0.267lgη)
式中:η——相对水深,η=y/D,y为自渠底算起的测点深; Vm——垂线上相对水深η处的流速;
Vm——垂线平均流速。
以Vm=1,并以不同的η值代入上式可求得垂线上的相对水深与流速的
关系。如表2。
表2 当Vm=1时,η与V的关系
相对深度(η) 1.00 0.90 0.80 0.0.60 70 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.01 0.58 测点流速(V) 1.12 1.10 1.09 1.07 1.06 1.04 1.01 0.98 0.93 0.85
根据垂线流速分布规律,施测垂线上若干个有代表性的测点流速,即可推算出垂线平均流速。
积点法的测速方法一般有以下几种:
1.一点法:施测垂线上一个点的流速,代表垂线的平均流速。测点设在自水面向下计算垂线水深的十分之六处(即0.6D)。将流速仪悬吊在该点,实测的流速就是这条垂线的垂线平均流速:
Vm=V0.6
2.二点法:测速点设在水面以下0.2及0.8相对水深处,两点的测点流速的平均值即为垂线平均流速:
Vm=
V0.2?V0.8 23.三点法:测速点设在水面下0.2、0.6、0.8相对水深处,三个测点流速的平均值或加权平均值即为垂线平均流速:
Vm=
或:
Vm=
V0.2?2V0.6?V0.8
4V0.2?V0.6?V0.8
34.五点法:测点设在水面(在水面以下5cm左右处施测,以不露仪器的旋
转部件为准)0.2、0.6、0.8相对水深处及渠底(离开渠底2~5cm)。各测点流速的加权平均值即为垂线平均流速:
Vm=
V0.0?3V0.2?3V0.6?2V0.8?V1.0
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施测中,具体采用几点法,要根据垂线水深来确定。一般地说多点法较少点法更精确一些,但垂线上流速测点的间距,不宜小于流速仪旋桨或旋杯的直径。为了克服流速脉动的影响,每个测点的测速历时均应在100秒以上。表3给出了不同水深测速方法的选择参考标准。
表3 不同水深的测速方法
总干、干、分干渠 水深(m) 测速方法 水深(m) 测速方法 >3.0 五点法 >1.5 五点法 1.0~3.0 0.8~1.0 三点法 0.5~1.5 三点法 二点法 0.3~0.5 二点法 <0.8 一点法 <0.3 一点法 支、斗、 农渠
第三节 断面流量计算
断面流量计算一般采用平均分割法。计算步骤如下:
1.计算测点流速:根据施测记录的转数和历时,按流速公式V=kn+C,计算测点流速;
2.计算垂线平均流速:根据实测情况,按垂线平均流速的计算方法,求出各测线的垂线平均流速:Vm1、Vm2……Vm(n-1);
3.计算部分平均流速:部分平均流速就是相邻两条测线的垂线平均流速的平均值:
121V3=(Vm2+Vm3)
2V2=(Vm1+Vm2)
… … … …
水边部分平均流速(V1或Vn),等于近岸测线的垂线平均流速(Vm1或Vm(n-1))乘以岸边流速系数α:
V1=αVm1 Vn=αVm(n-1)
岸边流速系数α,与渠道的断面形状、渠岸的糙率、水流条件等有关。合理地选取α值,对提高流量施测精度有显著影响。α值可以通过实测确定。
4.计算部分面积:部分面积由相邻的两条测线处的水深的平均值乘以测线间距而得,如图1中:
f2=(D1+D2)b2
121f3=(D2+D3)b3 2… … … …
两水边部分面积为:
f1=D1b1 fn=Dn-1bn
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流速仪测流法及水工建筑物量水率定



