薄壁梯形量水堰设计与安装

2014-03-05冯永祥新疆生产建设兵团第九师勘测设计院

河南水利与南水北调 2014年8期

□冯永祥（新疆生产建设兵团第九师勘测设计院）

1 薄壁梯形量水堰设计

薄壁堰是指在明渠中垂直水流方向安装的具有一定形状缺口，并加工成薄壁堰口，过流时其水舌表面得到充分发展的量水建筑物。水流通过薄壁堰，应形成清晰的水舌从堰顶射出。薄壁堰分为4种主要类型：三角形缺口薄壁堰、矩形缺口薄壁堰、等宽薄壁堰和梯形缺口薄壁堰。文章只探究梯形缺口薄壁堰的设计及安装问题。

1.1 过堰流量计算

当堰口宽度>3倍最大堰顶水头并且堰口边坡为4：1（铅直：水平）时，由于堰顶水头的变化弥补了因堰口侧边收缩影响而引起的流量减少，梯形缺口薄壁堰的流量系数将不随水头而变化，故常采用4：1边坡的梯形量水堰，示意图详见图1、图2，其过堰流量计算如下。

1.1.1 自由出流

当行进流速＜0.30m/s时，M=1.86；当行进流速≥0.30m/s时，M=1.90。

1.1.2 淹没出流

式中：hs-下游高出堰顶的水深（m）。

薄壁梯形量水堰设计时应按工程情况先判别水流形态是自由出流还是淹没出流，然后按相应计算公式计算确定堰顶水头。小型堰可通过的流量为0.01～0.60m3/s，大型堰可通过的流量为 0.10～10m3/s。

1.2 薄壁梯形量水堰结构尺寸设计

薄壁梯形量水堰一般用铁皮或钢板制作，在堰口应嵌1条铁皮，过流时水流形成水舌从堰口射出。标准薄壁梯形量水堰（堰口宽度<1.50m）的结构尺寸及适测流量范围详见表1及图3。

图3 薄壁堰结构尺寸图

表1 标准薄壁梯形量水堰结构尺寸表

2 薄壁梯形量水堰安装

第一，薄壁梯形量水堰堰口应水平，堰身应直立，堰身中线应与水流轴线相吻合。堰口倾斜面朝向下游。第二，堰底及堰体两侧，不得有漏水现象。第三，过堰水深≤1/3或<1/10堰口宽。第四，安装薄壁梯形量水堰的渠段宽度应大于堰身宽度，上游平直渠段长度≥10倍堰口宽，下游平直段长度≥4倍堰口宽。第五，在不影响渠道输水能力的前提下，尽可能安装成自由出流。第六，渠岸到堰口两侧的距离，≥最大过堰水深，以保持原流量系数的精确度。第七，上游行进流速≤表2中的数值。