堰板流量计算

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1、泥沙研究年月第期组合堰型径流泥沙监测站的测流原理及其应用张汉雄刘文兆李志中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌中国科学院研究生院北京摘要一种新型组合堰式径流泥沙监测站在中科院长武农业生态站建成并投入运行它能自动测定次洪水的径流量输沙量及其动态变化文中论述该设施的测流原理结构及其应用效果结果表明该设施结构合理自动测流精确该流域洪水主要由强度?的降雨形成泥沙主要由强度?的短历时暴雨洪水造成这为评价小流域治理效益水土流失预测预报动态监测提供了一种有效工具和方法关键词组合堰径流泥沙自动监测测流原理小流域中图分类号文献标识码

2、文章编号前言径流泥沙监测是评价流域水土保持治理减水减沙效益的主要方法它对大江大河的水沙预测预报有重要作用侵蚀小区采用集水池或分流水箱测次暴雨的径流量与产沙量小集水区采用三角堰梯形堰等堰槽测定径流量山区小河流多采用巴歇尔量水槽宽顶堰等堰槽测流但均需人工定时观测采水样观测难度较大也不能测定径流泥沙的动态过程测流误差较大影响监测效果小流域是山区水土保持综合治理的重点部分已取得显著的社会经济与生态效益但缺乏实测的减水减沙效益资料影响治理经验推广加之小流域大多位于偏僻山沟交通不便洪水暴涨暴落人工测流往往延误观测时间难于获得准确资料本文介绍中科院水土保持所研制的

3、组合堰型小流域径流泥沙自动监测技术它对流域水土保持治理和洪水泥沙的预测预报有重要的现实意义试验流域概况王东沟流域位于陕西省武县境内属径河二级支流是中国科学院长武生态试验站水土保持综合治理的试验示范流域流域面积该流域属黄土高塬沟壑地貌类型塬面平坦多为农耕地塬面径流排泄入沟沟塬相对高差沟深坡陡沟谷狭窄沟坡有少量人工林大部分为苹果园治理度较好王东沟正常径流为清水流量?但暴雨洪水流量大含沙量大枯洪悬殊流域把卡口站位于沟口上游约的沟道最低处距生态站约下沟越梁极为不便为监测该流域治理的减水减沙效益和流域水量平衡分析年在沟口始建简易三角堰测流数次因人工观测困难而停

4、滞年月在流域把卡口站建成无人职守的组合堰型自动径流泥沙监测站运行状况良好已积累翔实准确的径流泥沙资料文中论述该测站的测流设施测流原理和应用效果收稿日期基金项目中科院水利部水土保持所知识创新工程领域前沿项目国家科技支持计划课题作者简介张汉雄男陕西人主要从事水土保持研究堰体结构及自动测流装置设计测流量该测站采用三角堰溢流堰和缝式堰三位一体的组合堰测定径流泥沙当?时为三角堰测流?时三角堰和溢流堰组合测流缝式堰主要用于测定输沙量该站按年一遇洪水设计王东沟流域面积主沟长暴雨汇流造峰历时短可按下式计算设计洪水式中为设计频率的洪峰流量?为流域面积为暴雨洪水径流系数

5、为设计最大暴雨强度经计算该测站最大测流量?堰体结构参照有关测流标准和国内外测流设施的运行经验由设计最大洪水的计算分析设计的自动径流测站结构与测流设施如图所示它由进口段三角堰溢流堰缝式堰测井水位计集流池观测房等部分组成结构紧凑连为一体溢流堰和三角堰为复式断面过堰溢流大多为非淹没流图组合溢流堰的结构与测流设施进口段为确保过堰水流流速均匀平稳选择的测站址上游河槽顺直梯形断面岸坡平整稳定河床平缓进口段堰槽长底宽高槽内水流流态平稳流速分布均匀可精确测定水位三角堰三角堰为顶角等腰三角形的标准三角堰堰口高上口宽堰板用厚钢板制成堰口边缘削成锐缘使之成薄壁堰堰下口高于

6、下游河床过堰水流消能效果较好溢流堰溢流堰长高中间部分为三角堰堰体断面为顶宽的实用堰堰体为浆砌块石结构表面光滑平整符合水流要求两边防护墙高溢流堰最大水深溢流堰左侧堰体内埋设低位缝式堰测井边墙内埋设高位缝式堰缝式堰溢流由导水管排入下游集流池自动测流设施与装置测流设施测流设施包括测井与水位计观测房用于安装水位计监测水情和泥沙采样测井内径深井底低于三角堰下口使井内保持一定的死水位井下部用直径的进水管与河槽连通测井形成一封闭容器洪水时河槽水位波动对井水位影响很小井水位保持平静光电式自计水位计安装于测井上部之平台上与浮球连接浮球随洪水位的升降而变化自计水位计可自

7、动记录存贮每一时刻水位的变化定期用笔计本电脑提取数据可把水位过程线转化为流量过程线月计水位计用纸自动记录水位变化每月换一张记录纸泥沙采样设施由于该测站位于偏僻的山沟中洪水时在深而陡峻的河槽中采水样十分困难因此该测站采用缝式堰和集流池测定泥沙缝式堰为宽度的缝高度与最高洪水位相同用角钢制作属薄壁缝式堰洪水可均匀从缝中流过经导水管排入集流池洪水过后采集集流池中的均匀混合水样测定其含沙量和颗粒组成即可计算次洪水的输沙量为测定瞬间洪水含沙量拟安装我所正在研制的射线含沙量测定仪前测定各时刻含沙量和洪水的输沙过程但该仪器结构复杂造价高有待完善还需中试后方可应用另外

8、还有备用的人工泥沙采样装置即在观测房顶部拉一道钢丝缆索采样桶悬吊于缆索上通过滑轮和拉绳控制可采集堰前河槽中不