摘要：本文根据灌区工程现状和渠道量水设施存在问题，通过介绍U型抛物线形量水槽的结构与优点、相关数据确定、适用条件以及制做方法，总结其在灌区应用和推广，为灌区完善量水计水设施提供参考和借鉴。
关键词：灌区；渠道；U型量水槽；应用
1.U型量水设施在灌区应用与存在问题
U型渠道因其水力条件好、过流能力大、输沙能力强，抗冻抗折、防渗防淤、整体性能好、省工省料、占地少等优点，在灌区斗渠、分渠和农渠均采用U型断面衬砌，但是由于断面改变，引起渠道上下游水力条件改变，过流段连接不善，失去量水功能，导致量水误差较大，又巴歇尔、无喉道等量水堰只适用于矩形和梯形渠道，形成量水堰与U型渠道渠堰不配、甚至有渠无堰的现象，又因U型渠道部分过水面难以准确计算，流速仪和浮标方法在U型渠道操作不便，难以对渠道流速和水量进行测量，更谈不上准确计划配水和计量征费，所以说过流水量测量准确与否成为解决供水单位与灌农买卖双方“公平秤”的有效途径。
2、U型量水堰技术的优点
2.1该量水堰结构简单，其形状与U型渠道十分协调，造价低廉，易于施工，坚固耐用。在灌区中低产田改造过程中，经过对U型渠道衬砌施工数据分析：在U型渠道上，不考虑上、下游30～50 m的“U”型改造“梯”型费用，支渠安装歇尔堰费用达2864元，斗渠安装歇尔堰费用达860元，分引渠安装歇尔堰费用达360元；而支渠安装U型量水槽费用达392元，斗渠安装U型量水槽费用达180元，分引渠安装U型量水槽费用达130元。经比较发现，安装U型量水槽比安装歇尔堰的费用可节省83%。
2.2量水精度高
经过试验观测，该堰断面上宽下窄，水位对流量变化反应比较灵敏，堰板水深-流量关系密切，表明该量水堰板的测流精度较高，经计算：在渠道正常运行，即喉口水深为平均水深时，堰板测流误差为2.3%；在最小水深h=0.1m时，则总测流误差分别为4.2%。通过不同流量计算，采用移动量水堰板对不同比降两种渠道和高低水位，均有良好的精度。一般误差平均在3.2%以内，满足灌排渠道测流在±5%的要求范围。
2.3壅水高度小，过流能力强
由于抛物线形断面与U型断面相同时，其水力半径大于U型断面，因而水流所受阻力小，壅水高度小，具有较强过水能力，不致使泥沙淤积。由于该堰是平底开敞式，在已成渠道上安装，不会引起渠道淤积，流态自由稳定，适应性强。这种量水堰在适用比降范围内均未发生过淹没出流现象。一方面这种量水槽在测流时只需读出上游水尺，由量水手册就可以查出过堰流量。同时抛物线形断面与U型渠道断面相协调，U型渠道尺寸改变时，抛物线的形状口也随之变化，但流量公式及量水精度不变。所以说此种技术方案使用方便。
3.U型抛物线形量水槽适用条件
抛物线形量水槽适用于U型渠道的比降范围为i=1/300-1/1000，最陡坡度可为1/110，渠道断面下园弧R=10-30cm，扇形角θ≥150°，或边坡倾角ａ≤15°。适用于自由出流，在控制条件允许的情况下，可在量水槽出口渐变段末端设一大于5 cm的跌坎，以防壅水。量水槽的轴线应与渠道的中线重合，量水槽应安在渠道顺直、断面规则、坡降一致的渠段上，这一渠段长度不应小于40m，其中在量水槽上游不小于15 m，下游不小于20 m，量水槽引起的壅水高度不应影响上游建筑物的过水能力，在坡度较陡的渠道上安装量水槽，应考虑U型槽高能否满足壅水高度的要求，如不能满足，增加U型量水槽的超高。
4.18种U型渠道断面参数与运用渠型确定
4.1U型量水堰的构造。该量水槽由抛物线形喉口断面、进出口变形段和水尺组成。喉口抛物线方程为：Y＝PX2
式中X，Y-纵横座标值（cm）；
P-抛物线的形状系数.
该系数计算公式为：P=16H8/9ε2A02，
式中H-U型渠道衬砌的深度（cm）；
A0-衬砌断面面积（cm2）；
ε-喉口断面面积A与U型渠道断面面积AO之比值，即喉口断面收缩比.
当渠底比降为1/300-1/1000时，该渠段适宜收缩比为0.65。该量水槽收缩弯长度L1及出口扩散渐变段长度为L2，分别为L1=3（B-b）、L2=6（B-b），B为U型量水槽上口宽度，b为抛物线形段面上口宽。
水尺距离喉口断面的距离为：L=L1+3hmax，
式中hmax-喉口前最大水深，水尺可直接印制在U型槽壁L，水尺零点应高于渠底2-5mm。
A为行近渠槽中水深为h时的过水面积。Cl=0.2145，将上列各参数代入流量公式即可求出流量。经过实践运行和实地观测，经过分析研究，反复校正，在保证堰口断面不受破损，堰内不能有淤积和其它杂物，计算出18种U型渠道断面参数（其数值见下表）。并将其应用于灌区U型渠道之中。
18种U型渠道断面参数与运用渠型表
其精度完全可以满足要求，在实际应用中，使用人员只需观看水尺刻度然后查看该渠输水流量表。
5、U型抛物线形量水槽制做方法
先根据U型渠道断面尺寸，求解衬砌面积AO，然后按照P=16H8/9ε2A02，求出P值，再将P值代入Y=PX2计算出抛物线议程中的X和Y。在坐标纸上，根据X和Y值画出抛物线形状喉口，将坐标纸贴在五合板上，描出抛物线轮廓，然后制成标准堰板，堰板顶部保留横档，以免安装时变形，堰口打斜呈45°锐缘，其外轮廓应比U型槽大一些，以便插入。在安装量水槽的渠段处，开一条宽约3 cm的窄缝，然后插入抛物线堰板，锐缘斜面朝下游方向，并使堰口度部与上游水尺位置处的U型渠底相平，同时应使堰板竖直，使堰口中心线与U型断面中心线一致。用水泥沙浆逐层填抹进、出口渐变段，出口渐变段与堰板之间先留一点空隙，以便将堰板拉出。沙浆填足后，以喉口抛物线形断面和进出口渐变段末端的U型断面为标准基线，用水平尺水平土边向下刮面，反复数次即可使渐变段成形，沙浆稍硬后，轻轻取出堰板，再用水泥浆抹面，充分修整光滑，然后覆盖洒水养护，后投入使用。
6、结论
U型抛物线形量水槽在灌区得到广泛应用，成功解决了灌区U型渠道量水难和用水纠纷矛盾等问题，保证灌区水量调配、水帐结算、按量计费的准确、公平、合理。
论文作者:孟晓铭,高海侠
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/1/23
标签：断面论文; 水槽论文; 渠道论文; 抛物线论文; 灌区论文; 水尺论文; 费用论文; 《基层建设》2018年第36期论文;