摘要：渠道正常供水时，上游调度影响下游分干渠流量的变化，从而影响测流的准确性，造成用水方与管水方的分歧。为了解决这个问题，分析了恒定流情况下涨水的流动分析，并得出了涨水时的沿程流速分布图。以此为基础，通过非恒定流缓慢涨水时的水力状态分析，得出结果：距涨水源远的渠道沿程断面涨水流速与相同水深的恒定流具有相同流速。
关键词：渠道；测流；元波恒定流；非恒定流；均匀流；
渠道中水流由于受渠段控制或某个断面控制．会出现水位流量关系相对稳定的现象。标准断面量水就是利用稳定的断面水位流量关系进行推流。这种方法观测简便。省工省时，也是灌区实现水文自动遥测的基本条件。
一、标准断面水位流量关系推流法原理
一个测站的水位流量关系，是指测流断面的水位与通过该断面的流量之间的函数关系渠道中水流由于受渠段控制或某个断面控制，会出现水位流量关系相对稳定的现象标准断面量水就是利用稳定的断面水位流量关系进行推流这种方法观测简便。省工省时，也是灌区实现水文自动遥测的基本条件对于水位流量关系曲线稳定的测流断面。即可应用水位流量关系曲线。结合每日的水位记录进行水量的推算，计算出总用水量。但是，实际应用中。各个断面的水位流量关系曲线并不总是很稳定．受到渠道工程条件变化的影响。水位流量关系曲线也会发生变化。使得计算出的水量不准确．水量调度不能有效进行掌握了水位流量关系曲线变化的规律后，可以在关系曲线发生变化时。仍能较准确的确定流量。
二、退水流动分析
当上游节制时，过闸流量减少，渠道水面将从上至下传播一种波（顺行落水坡）。随着时间推移，落水迹线见图1。可见，在落水迹线到达断面以前，断面水深均未发生变化，流速因上游输送能量不够而减小。特别是渠道底坡越大，这种变化越显著。因此出现水深与流量变化不一致的异步现象，这对测流的准确性影响很大，因此不作误差分析，建议落水时不宜进行测流。
图1落水迹线示意图
三、涨水测流分析
1.恒定流情况下涨水的流动分析。在渠道供水稳定的情况下，上游加大流量就会产生一种向下传播的顺行涨水波，元波层叠加后形成一附加倾斜水面线。水流运行及波面传播状态见图2。
图2水流运行及波面传播状态
在第一波峰处，元波到达以前为恒定流，设恒定流水深为h，元波高为Δh，则元波叠加后断面压力p=γ（h+Δh）2/2，从而破坏波峰断面处的压力平衡，使得水流流速调整加快。经过一段距离后，上、下层水流在各种边界条件和水力条件作用下互相掺和，流速重新分布水流由分层状态变为整体状态运行。元波波峰断面左右压力开始平衡，断面上均匀流态形成。依此类推，假定元波连续地叠加在前一波峰断面的均匀流态上，则新的元波叠加后又形成新的均匀流态。即在假定条件下，沿渠各点的涨水流速均为恒定流态下的流速（ΔSi为掺均距离）。将进一步论述缓慢涨水过程满足上述结论。
2.非恒定流缓慢涨水时的水力状态。若测点断面水深一样，则在恒定流与非恒定流两种状态下，影响断面流量的主要因素是水力坡降。下面比较恒定流状态与非恒定流状态的水力坡降差值ΔJ。在实际测流过程中，所选测点位于分干渠上，距涨水源比较远，涨落幅度相对小，涨落速度缓缓；明渠断面变化小，可看作明槽流。由非恒定明槽流理论知：
花凉亭灌区南分干渠上汪堰渡槽水位变化有一定规律。在夏季大流量供水时，若水深低于1.30 m，则渠道输水能力明显下降，难以满足下游需要；若渡槽水深大于1.65 m，则受到渠道输水能力的约束和用水限制。因此水深变化常常为1.30～1.65 m。又因为其水位变化多因上游电站日调节而变化，所以，可以取定ΔhΔt<0.35 m d=4.05×10-6 m s（实际变化幅度小于此值）。其中ΔhΔt的物理意义是单位时间内的水深变化即涨水速率。忽略次要因素，不妨假设沿程涨水水深按直线变化，则有：
断面平均流速v的一般实测值均大于0.35 m s，将ΔhΔt=4.05×10-6 m s代入式（5）得ΔhΔs<0.115 74×10-2%。一般来说，灌溉期间渠道正常输水情况下的水力坡降J 0≥0.5×10-2%。结合以上分析结果，可见，J 0ΔJ。根据灌区渠道设计经验，实际运行中，由于距涨水源较远，在分干渠上有ΔJ J 0<5%，即涨水时断面处沿程水力坡降与恒定流状态下的水力坡降相差甚微，可按恒定流状态处理。结合下面的误差分析可以说明：缓慢涨水时断面水流可以在运行过程中充分调整为均匀流态，即距涨水源较远的渠道沿程断面涨水流速与相同水深的恒定流具有相同速流。这个结论适用于各分干渠沿程断面。
3.误差分析。（1）利用公式Q=K J计算流量设恒定流状态下水力坡降为J 0，涨水时断面处水力坡降J=J 0+ΔJ。根据灌区渠道设计经验并综合以上分析，在本灌区分干渠上可考虑取ΔJ J 0<0.5%，则：
2.47%
式中Q0对应某一水深的恒定流流量；Q对应某一水深的涨水流量；ΔQ涨水流量与恒定流流量之差值。（2）消除过大误差。在低水位或偶尔因调配不均而引起的涨落速度过快等情况下，涨水测流可能引起较大误差，因此有必要进行检查和修正，只要将所测量的各组资料数据描在h～Q关系图上，通过曲线的平滑拟合可修正过大误差，保证所测数据的可靠性和结果精度。在曲线拟合时应注意到流量越大，水力坡降越大，相对涨速可能较小，实测误差越小的特点，因此，尽量靠大流量点拟合。（3）以下列举几组实测对比资料。2015年实测南分干渠调湾桥处，标准断面尺寸为底宽B=5.9 m，边坡系数m=1.75，恒定流指水位变化不明显的明渠流。7月24日恒定流实测：h=2.40 m，Q0=9.32 m3/s，J0≈5.1×10-3%；8月4日涨水实测：h=2.40 m，Q=9.42 m3/s。则相对实测误差为ΔQ Q0=（9.42-9.32）9.32=1.11%（分析控制误差为2.47%）。实测对比数据，均为相近条件测得，其实测相对误差比理论分析控制误差小得多，因此认为，只要所选测点距涨水源较远，涨水测流取得的数据是可靠的。
总而言之，在渠道输水过程中，涨水条件下测流比较精确可靠，能满足实际要求，但退水条件下由于水力要素不稳，测流值变化较大，不宜测流。
参考文献：
[1]李建华，浅谈渠道中涨落水时的测流分析.2017.
[2]王丹阳，刘清平，渠道中涨落水时的测流探讨.2017.
论文作者:李宗霖
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/8/1
标签：断面论文; 水位论文; 流量论文; 水深论文; 渠道论文; 水力论文; 流速论文; 《基层建设》2019年第9期论文;