小流域水土保持监测常规监测技术(5)

2019-08-30 20:36

式中:P—上游堰高(m),即矩形堰底比上游床底高出多少。 当有侧向收缩时,如图2-8中,则

MO220.0027B?b????H??b????0.405??0.03???1?0.55?????HBH?P??????B????

式中:B—进水渠(两侧墙间)的宽度(m);

b—堰口宽度(m)。

b上述mo计算式即为巴青公式。在应用时常根据堰顶宽b及侧收缩系数B,分别按上述两

公式制成不同水头与过堰流量关系表,以备查用。

淹没出流,即下游水位超过了堰顶并出现淹没水跃,流量计算复杂,应尽量避免。 堰肩宽堰口宽渠边坡堰板b(2)三角形堰(如图2-9) 三角形薄壁堰流量计算公式为:

Q?45MOtg式中,θ-三角形堰顶角;其它符号同前。 θ=90°,流量公式简化为:

5薄壁堰安装使用时应注意:

a堰板必须平整、垂直,堰槛中心线应与进水渠道中心线重合;

о

b堰板用钢板或木板制作,堰口应成45的锐缘,其倾斜面向下游; c无论活动使用或固定安装,该段水道要平直,断面要标准;

d三角堰的堰槛高及堰肩宽应大于最大过堰水深,矩形堰的最大过堰水深应小于堰槛高,

0 图 2- 8 矩形堰示意图

?252gH2

Q?1.4H2

否则会出现淹没流(下游水位高于堰口);

e水尺可设在缺口两侧堰板上,尽量设在内边水位稳定处; f堰身周围应与土渠紧密掺合,不能漏水;

g堰板制作要规格标准,安装要规范,安装段应作护底。 堰肩宽上口宽H 图 2- 9 三角形堰示意图

3.三角形量水槽

在以上量水堰无法应用的较小沟道中,洪水流量不大的情况下,可用该量水槽。它由西峰站试用成功。

槽体为钢筋混凝土结构,表面平滑,纵比降与沟道自然比降一致,取2%,横断面为三角形(如图2-10)。 进水的段10m槽身5m出水段5m 图 2- 10 三角形量水槽

流量率定计算式为:

式中,H---过堰水深(m);

3

Q-流量(m/s).

使用结果表明,该量水槽适于高含沙、比降大的小流域,不产生淤积,低水头亦可观测,缺点是水面波动大,虽改进用观测井观测水位,但有水头损失,因而误差大。据实测洪水计算误差大到20%,因而还需用其它方法校正。

4.三角形剖面堰

对于洪峰流量大的小流域(超过100m3/s),尤其我国南方面积较大的小流域,上述量水建筑物已不能满足,需要采用其它方式。除了各地已有测流精度高普遍实用的测流堰外,这里推荐国际上常用的三角形剖面堰。

该剖面堰纵剖面为三角形,横断面为矩形,其结构示意图(见图2-11)。堰由引水渠、测流建筑物和下游渠道三部分组成。三角形剖面其上游坡降为1:2,下游坡降为1:5,一般用砌砖或混凝土建成。它的测流范围大,在0.1-630m2/s之间,堰不淤积,适用含沙量大、流量变化大的沟道。

Q?1.078?4.54H?7.96H2

平面图横断面比宽进水段测验段出水段纵断面大洋实测水头1:5上游堰高1:2 图 2- 11 三角形剖面堰

三角形剖面堰的流量公式为:

?2?Q????3?1.5CDCVgbh1.5?1.705CDCV?bh1.5

1.5式中:CD--流量系数;

?H???h??CV--考虑行进流速

影响的系数;

H--总水头(m); b--堰宽(m); g-重力加速度; h--实测水头(m)。

A曲线图查得。系数CD一般不随h而变,当h=0.15时,系数Cv由图3-16下

CD=1.150;当h<0.15时,CD由下式计算:

3Cv?CDbhCDh的单位为米。

0.003?2??1.150?1??h??

(二)径流站水位观测与计算

水位观测是径流站观测的基本内容之一,它又是推求流量的基础。径流站观测水位是以

测站位置某一固定基准面为准,这样计算方便。

常用的水位观测设备有水尺和自记水位计。

水位观测的基本要求是:平水期每日8时、20时各测一次;洪水期,要能测得完整的水位变化过程,在洪水起涨、峰腰、落平和水位转折变化点均测水位。一般峰顶前后不少于3次,涨水和落平期适当减少,但一次洪水过程不得少于7个测次,落水通常平缓可30分钟测一次,落平后再测1次。观测精度至厘米。

1.观测设备与方法

(1)水尺观测。水土保持使用水尺多为直立式和倾斜式两种。直立式水尺构造简单,市面有销售的瓷板水尺,垂直安装在基面上;也可用红漆刻画在观测位置。倾斜式水尺,需要依据斜面倾角换算成垂直距标画。

(2)自记水位计观测。自记水位计类型多样,水保中多用浮筒式水位计。它由浮筒及平衡锤(感应部分)、两个大小相连的的浮筒轮(转动部分)及记录转筒、记录笔、笔架、时钟等(记录部分)组成。其中转动轮中的小轮直径与记录筒直径一致,水位比例尺1:1,适用于水位变化小的测站。大轮周长比记录筒周长大一倍,,比例尺为1:2,适于水位变化大的测站。该水位计不需人工观测,但需每日早8点(或晚8点)更换记录纸并给记录笔加墨水。

自记水位计多安装在观测房中,由竖井和廊道与测流断面水流相连,这是为消除断面上水面波浪影响而设置的,但却造成水头损失,使竖井水位较断面水位略低。克服的方法是将廊道(连接测井与断面水流)断面做的稍大并尽量靠近河水,表面砂浆抹面平整,减少损失;还利于测井中淤积的清理,当然观测精度稍低。对重点测站,则要计算损失水头值。公式为:

ShW?A????2g?Ap??dh?????dt? ??W?1.5?4fLD;

22 式中:Sh--水头损失值(m);

w--连接管道及配件水头损失系数,若无配件

Aw--竖井横断面面积(m2);

Ap--廊道(进水管)横断面面积(m2);

dh dt--河流水位的涨落率(m/s); f-Darcy-weibach摩阻系数;

L、D--分别为廊道的长度(m)和直径(m)。 由计算值,分别给观测值以校正,得出各时段水位值。 2.水位计算

计算流量前要计算日平均水位,或洪水平均水位。方法:

(1)算术平均法:一日内水位变化缓慢,或水位变化虽大,但均为等时距观测(如2、4小时测一次),可采用算术平均法算出。该法多用在常水期测流,若在洪水期,也可分时段结合以下方法应用。

(2)面积包围法:洪水变化大,且不等时距,用此法。即将当日(或当次)水位过程线所包之面积,除以24小时(或洪水历时)求得。现以日平均水位计算为例说明。从0时到24时,各不同时距△t1、△t2、△t3……△tn(小时)之间,观测Go、G1、G2、…Gn等水位值,则日平均水位石计算式为:

G?148?G0?t1?G1??t1??t2??G2??t2??t3???Gn?1??tn?1??tn??Gn?tn?

3.水位资料插补

因各种原因缺测、漏测水位,或错测水位,均应进行插补或改正。方法是:

(1)直线插补法:对缺测期水位变化平缓,或变化虽大但有一致的上涨或下落趋势,可用下式作插补计算:

?G?G2?G1n?1

式中:△G—每日插补的差值(m);

G1、G2—缺测前一日和后一日的水位(m); n—缺测的天数。

(2)水位关系曲线法:若缺测时间较长,可用本站与邻站的同时水位或相应水位的相关曲线插补。绘制曲线时以当年实测资料最好,以免河道冲淤变化引起较大误差。


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