浅谈U 形渠道断面测流及流速分布特性分析与试验

房金磊

【摘要】从试验的角度使用断面测流方法，针对3种不同规格的U形渠道测量断面流速分布，运用数学拟合方法，探求U形渠道流速分布规律，并分析出了相应的U形渠道过水断面流量的积分求和公式，以求对以后的U形渠道量水工作有所帮助。 在探讨 U 形渠道断面测流及流速分布试验结果的基础上，研究了其中的关键环节。

【关键词】U形渠道；流层；流量测量；流速指数分布规律

1 前言

作为一种常见的渠道断面，u形渠道断面测流及流速分布在近期得到了深入 研究。该项课题的研究，将会更好地提升u形渠道断面测流及流速的掌握水平，从而对其实践起到积极作用。本文从介绍实验误差着手本课题的研究。

2 U 形渠道断面测流及流速误差分析

在灌区渠道断面测流中，由于大部分引、输水渠道断面不规整，受渠道糙率、水草、卵石的影响较大，误差因素也很多。但现在基本都是防渗渠道，糙率相对较小，而且一般时候水流速相对稳定，所以测流误差因素相对较小。因此，引起断面测流误差的主要因素还是测流仪器、断面布设、测流操作等几个方面来考虑。

2.1 仪器误差

（1）一般情况下流速仪出厂前的检定误差都在规定允许的范围内，但有时也有工作失误造成的检定误差。

（2）流速仪在使用、运输、携带中出现磨损和损坏造成的误差。如河水泥、沙、石含量大，或河水中大的卵石对仪器冲撞造成的损坏等。

（3）流速仪在每次使用完毕没有按规定保养、存放，造成仪器轴承磨损，引起测流误差。

所以要消除测流误差就应根据不同的渠道，严格按照流速仪检定书规定的流速仪适用范围进行测流。并按以下规定进行保养维护：流速仪在每次使用后，要立即按照仪器说明书规定的方法拆洗干净，并加仪器润滑油。

2.2 测速测点位置选择不当引起的误差

在实测工作中一般渠道使用流速仪测流时多采用一点法，即在0.6处水深位置测流。但根据水流束分布规律特点可知，一点法所测水流速不能完全代表测速垂线平均流速，会产生一些误差，只有通过多点法测流才能使测流误差减少，使测流误差在规范允许的范围内。另外当测流垂线不足时，导致垂线平均流速计算也会产生误差，因此要消除测速垂线上测点位置不当引起误差的方法，就是加密测速垂线测点数和测速垂线数，实施精确测流，以满足测流规范的要求。

2.3 岸边流速系数取值不当引起的误差

在实际测流中，由于岸边系数与渠道的断面形状、渠边糙率、水流形态及水边宽度等因素有关，特别是防渗渠道直接应用表中系数值造成的误差就会很大。根据我县现有渠道现状，对于老的干砌石渠道岸边和死水边α值取值约为0.60，对于防渗渠道斜坡较为光滑的 α 值取值约为 0.67-0.75，对于不平整的石砌陡岸边α值取值约为0.80，对于较为光滑的陡岸边α值取值约为0.90。在实际工作中岸边流速系数选值不当也会引起测流误差，所以要想获取较为准确的测流值，就应根据实际情况在岸边加测垂线数目，精确计算岸边部分面积，并按实际情况认真分析再确定岸边流速系数比较稳妥。

3 断面测流及流速误差原因

3.1 仪器误差

主要指渠道测流时在同等条件下：即在水流速相对稳定，测流人员、使用仪器、测流位置、测流环境、测流方法均保持不变的情况下，对同一断面、同一量值反复进行多次的测量，而由此测流值不随测流次数的增加而减少的那部分误差。

3.2 随机误差

测流在同等条件下，对同一断面、同一量值进行多次测量，实测值总是发生大小变化。这种误差系水流速较快，水浪波动引起的视读误差，或水流速不稳定引起的误差等，均属于随机误差。随机误差时大时小，可采取多次测流取其平均值解决。

3.2 绝对误差和相对误差

误差可分为绝对误差和相对误差两种。绝对误差就是实测值与真值之间的差值，它反映实测值的可靠程度。相对误差就是绝对误差与真值的比值，常用百分数表示。允许误差就是实测值按一定概率大小出现误差的允许范围。

4 U 形渠道断面测流及流速分布试验结果

4.1 浮标淹没度变化对虚流速的影响

同一流量下，虚流速会随着淹没度的增大而增大。这是因为最大流速位置通常位于自由水面以下，所以随着浮标淹没度的增加，虚流速也逐渐接近于最大流速，因此浮标历时减小，虚流速增大。由流量与流速关系可知，虚流量与虚流速的变化规律一致。

4.2 浮标淹没度变化对浮标系数的影响

断面平均流速与虚流速之间存在着正比例线性关系，由于同一流量下过水断面面积保持不变，可以看出浮标系数随着淹没度的增大而减小，与之间的相关系数则先变大再减小，当浮标淹没度T=0.5时，相关性较好，其它淹没度下相关系数也均在0.84以上。因此，可以得到不同淹没度下的U形渠道浮标（乒乓球）测流公式。

4.3 测流误差分析

根据提出的浮标测流公式，将计算流量与实测流量进行对比分析。可以看出，实测值与计算值之间吻合度较高，平均相对误差均小于5%，表明浮標测流结果具有较高的精度。当浮标淹没度为0.5时，平均相对误差仅为1.45%，说明在实际测流时宜选用填充度为0.5的浮标进行测量。

5 U 形渠道断面测流及流速分布试验的关键环节

5.1 测量过程中

在开展侧流前，要将轴套末端的保护装置取下，按照顺时针方向将反螺丝套一并取下。若信号正常，才可进行测量工作。并检查仪器是否灵敏，若不灵活，应将旋转部分拆下，并进行清洗；观察接触位置，无问题后可开始测流。使用过程中，在仪器身架上也要注入一定量精密机器油，注入部位在身架和反螺丝套相连接处，间隙控制在0.4mm；另外，轴承养护一定程度上反映了流速仪的灵敏程度，使用过后，要使用清洁汽油将其清洗干净，并用将其擦干，加入少许润滑油，避免轴承被腐蚀，进而给仪器正常使用带来不便。

5.2 提升单次测流精确度，

上文提及到，流速仪在测流时通常采用“流速 - 面积法”。在实测过程中，笔者总结出以下几点导致误差产生的因素：一是测量水面宽度时产生误差；二是测量水深时容易出现误差；三是所测区域、点位流速容易产生误差。实际上，产生这些误差根本原因在于流速仪自身精确度存在问题，且流速在空间、时间上常会出现不规则变化情况，当然也包括人为操作时不够规范。采用“流速-面积法”存在的误差，和垂线数量、测点数量、岸边流速系数的相关取值密切相关。提升单次测流精确度，选择典型测流次数，重点对不确定值与误差进行分析。

5.3 注意正确安装流速仪

测量工作前，应对流速仪进行全面检查，检查是否上油，是否清洗、是否安装准确等。检查流速仪转数、起点距离、所测方向、测点位置等。仪器方面准备好后，要检查所测水段是否存在水草、是否存在干扰因素、信号是否正常等。同时，也要对流速仪测量公式、系数等进行检验，保证其合理使用。

6 结束语

通过对U形渠道断面测流及流速分布试验的相关研究，我们可以发现，引起试验误差的原因是多方面的，有关人员应该结合u形渠道断面的客观实际，利用优势因素，研究制定最为科学合理的分布试验研究方案。

参考文献：

[1]陆春燕.流速仪在渠道测流关键环节分析[J].综合研究，2012（12）：136-137.

[2]张伟.流速仪装配与测试[J].机械操作与使用，2012（12）：164-165.