梯形喉口无喉道量水槽设计及其水力性能模拟与试验

冉聃颉，王文娥，胡笑涛

梯形喉口无喉道量水槽设计及其水力性能模拟与试验

冉聃颉，王文娥※，胡笑涛

（西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室，杨凌 712100）

为了解决灌区普遍存在的通过增大水头损失来提高测流精度的问题，该文提出了一种具有梯形喉口的无喉道量水槽，并给出了量水槽参数与渠道尺寸的比例关系。该文在原型试验基础上，通过Flow-3D软件对过槽水流进行了数值模拟，分析了测流过程中水流流态、纵向时均流速分布、水头损失、湍动耗散沿程变化以及测流精度。研究结果表明：纵向时均流速分布和水流流态的模拟值与实测值最大相对误差均不超过10%，其模拟结果与实测结果较为吻和；基于临界流原理和能量守恒推出的水位流量关系式，进一步回归分析得到测流公式，其计算值与实测值最大相对误差为9.21%，满足量水精度要求；水头损失随着流量增大而增大，当流量大于45 L/s时，增大趋势明显变缓；最大水头损失不超过上游总水头10%，相比长喉道、巴歇尔、抛物线形量水槽水头损失较小。该研究可为灌区渠道量水设施设计提供参考。

渠道；数值模拟；流量；梯形喉口量水槽；流速分布；水头损失

冉聃颉，王文娥，胡笑涛. 梯形喉口无喉道量水槽设计及其水力性能模拟与试验[J]. 农业工程学报，2017，33(15)：177－183. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.15.023 http://www.tcsae.org

Ran Danjie, Wang Wen’e, Hu Xiaotao. Design of trapezoidal cut-throated flume and its hydraulic performance simulation and test[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(15): 177－183. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.15.023 http://www.tcsae.org

0 引 言

随着全球对优化水资源管理的需求，对农业灌溉用水进行有效管理极为重要[1-2]。在灌区重要的输水、排水明渠内进行精确量水是必不可少的[3-4]。国内外现有量水设施的研究表明，量水槽在明渠量水中应用较为广泛[5-6]。在十八世纪，文丘里发现了管道局部收缩的效应[7]，随后文丘里槽被提出并广泛应用于灌区量水[8]。巴歇尔在文丘里槽测流原理基础上提出了短喉道量水槽中最具代表性的巴歇尔量水槽[9-12]。1967年Skogerboe等[13]首次提出了矩形喉口无喉道槽，现已用于矩形、梯形和U形渠道[14-15]。关于过去几十年广泛应用的长喉道量水槽[16]，可追溯到Bazin在1888年对宽顶堰的研究[17]。自20世纪50年代以来，中国灌区量水技术经过60多年的发展，在量水性能以及体型优化方面取得了大量成果，如各类长喉道、短喉道、无喉道传统量水槽[18-22]。随着中国渠道断面形式的优化，中国学者在传统量水槽的基础上提出了大量新型量水槽，如机翼形、抛物线形、柱形、直壁式等量水槽[23-29]。梯形渠道与矩形渠道相比，梯形断面具有更好的水力性能，与U形渠道相比，其更易修建与维护。所以，目前梯形渠道仍然是中国灌区使用最多的末级输水渠道[30]。已研发出的、用于梯形渠道的量水设施有巴歇尔量水槽，矩形喉口无喉道量水槽等[31]，由于巴歇尔量水槽喉口断面小，大流量时上游壅水严重、水头损失较大，而且结构复杂，灌区基层技术人员很难精确修筑，实际应用中常常造成量水精度较低；矩形无喉槽的水头损失较长喉槽小，但其矩形喉口断面与梯形渠道断面形状差异大，大流量时上游壅水严重，水流急剧收缩，会出现严重的局部水头损失。目前，灌区量水的研究大多采用模型试验的形式，但试验条件具有局限性，无法获得全流场的水力特性以及内部能耗特性。因此，本文基于末级梯形渠道几何特点，通过理论分析设计了一种简易的梯形喉口无喉道量水槽。基于梯形喉口无喉道量水槽原型试验，采用FLOW-3D对其水力性能进行数值模拟研究，并与原型试验结果进行比较。在试验和模拟结果相互验证准确的前提下进一步分析过槽水流的水力性能，旨在更深入了解其内部流场分布，为梯形喉口无喉道量水槽的体型优化和在梯形渠道的推广应用提供理论依据。

1 结构设计

根据斗渠以下的典型梯形渠道结构和断面尺寸，设计了梯形喉口无喉道量水槽，该量水槽由收缩段和扩散段组成，槽底为原渠底，无底槛，两段之间为梯形喉口。已有量水槽测流特性研究中，普遍存在大流量（高水位）时水头损失大，小流量（低水位）时测流精度低的问题[31]。当喉口断面为下窄上宽的梯形时，喉口断面与梯形渠道断面形状相似，可有效降低大流量时的水头损失，小流量时可提高测流精度，避免已有量水设施普遍存在的通过损失部分水流机械能来提高测流精度的问题。其结构见图1。

图1 梯形喉口无喉道量水槽结构示意图Fig.1 Structure sketch of trapezoidal cut-throated flume

通过对夹角α范围为0°～30°的梯形喉口无喉道量水槽研究得出适宜夹角α范围为12°～20°。基于中国北方末级梯形渠系夹角β范围一般为30°～60°，β取值最多的是45°，所以设计α与β关系为（90°-α）=1/3（90°-β）；根据已有量水槽适宜喉口收缩比范围[5]（0.4～0.7）以及适宜夹角α范围（12°～20°），设计b=0.6B。由于当水面收缩角过大时，水流急剧收缩，水流紊动加剧，产生水面波动，能量损失增加，过流能力降低。水面收缩角过小时，量水槽长度过长不利于修建，其中水面最大收缩角指水面边线与渠道中线的夹角。所以设计收缩段入水口侧壁顶部沿水流方向的长度L1=（B1-b1），即槽进口段边墙按1∶2收缩，扩散段出水口侧壁顶部沿水流方向的长度L2=2（B1-b1），即槽出口段边墙按1∶4扩散；所设计的梯形喉口无喉道量水槽槽高与渠高一致。

2 试验布置与方法

在西北农林科技大学水工大厅进行试验，试验系统由泵房、薄壁三角堰、给水管、梯形渠道、梯形喉口无喉道量水槽、储水池、尾门和回流管道等构成。混凝土梯形渠道底坡1/2 000，边坡系数m=1，底宽B=0.3 m，渠高H=0.5 m，渠长34 m，渠道综合粗糙系数w取0.013。为了槽前水流平顺，在距进水口20 m（渠道中部）修筑梯形喉口无喉道量水槽，量水槽的中轴线与梯形渠道的中轴线重合，本试验渠道尺寸在末级梯形渠道规格范围内。

根据试验渠道尺寸，设计的量水槽参数如下：H=0.5 m，b=0.18 m，夹角α=15°，L1=0.85 m，L2=1.7 m。槽内及上下游渠道共设置16个测流断面，如图2所示，其中槽内14个断面和上下游各取1个断面，从上游测点依次编号为1～16。断面1在槽上游距槽进口2 m处，断面16在槽下游距槽出口2 m处，断面2为槽进口（收缩段首断面）断面，断面8为喉口断面，断面15为槽出口断面（扩散段末断面），各控制断面的具体位置如表1所示。由于灌区末级灌水一般为轮灌，末级渠道过水流量相对稳定，一般过渠流量不超过60 L/s[5]。所以设计在14种流量工况（4.61、8.29、10.58、14.87、15.88、17.65、19.78、23.08、34.77、39.76、44.62、55.00、65.00、75.00 L/s）下进行了量水槽自由出流试验。试验通过调节阀门来控制过槽流量，过槽流量首先通过电磁流量计读数然后使用渠尾三角堰量测确认，槽内速度通过小威龙流速仪量测，水深通过SCM60型水位测针量测，其精度高达±0.1 mm。

表1 各控制断面所处位置Table 1 Position of each control section

3 梯形喉口无喉道量水槽数值模拟

由于试验条件及仪器性能的限制，原型试验只能对部分水力参数进行测量，量水槽的测流性能由渠道及过槽水流的内流场决定。目前计算流体动力学方法（CFD）已大量应用于复杂流场的模拟分析，成为深入研究水流水力性能与内流场分布关系的有效方法，因此本文运用数值模拟方法获得测流过程全流场的分布，通过与实测流速、流态比较，确定适宜的模型参数，在此基础上探索内流场分布与量水槽水力性能的关系。

3.1 模型建立与边界条件

本研究采用FLOW-3D Version11软件进行数值模拟。根据原型试验的渠槽几何尺寸，通过Pro/Engineer 5.0进行渠槽系统的三维建模，渠槽系统的材质通过设置与试验系统相同的表面粗糙系数实现。基于一般固体表面与层流附面层的间距为一个网格点且便于网格划分，设计渠槽系统的边壁厚度为3 cm。为了确保量水槽内流态不受进口和出口条件的影响，同时也考虑合理的计算时间，本研究选取量水槽喉口上游5 m和喉口下游5 m区域进行模拟。

同一流量工况下，渠槽系统内水流是恒定流，其边界设置如图2所示。上游渠道进口设定为流量进口（volume flow rate），基于试验实测流量设置流量值，不指定流动方向与高度，默认流体从整个开放区域垂直边界流入；下游渠道出口设定为自由出流（outflow）；渠槽系统底部和左右两侧边壁均设定为固壁边界（wall）；渠槽系统上部为空气入口，默认该边界是零流动区域。

图2 几何模型与边界条件Fig.2 Geometric model and its boundary conditions

3.2 网格划分及数值计算方法

本研究中通过均匀的六面体网格对计算域进行fit to geometry离散，设置网格单元长宽高均为2 cm，网格总数共计683 000个。Flow-3D中的Favor技术可解决网格模型失真问题。采用的TruVOF方法只计算含有液体的单元而不考虑只含气体的单元，相较于传统的VOF方法很大程度上减少了模型收敛所需时间，对自由液面的描述更加准确。

潘志宝等在机翼形量水槽模拟研究中[25]，采用Realiazable k-ε、标准k-ε、RNG k-ε湍流模型进行模拟并与试验比较得出修正的RNG k-ε湍流模型能很好地处理流线弯曲程度稍大的流动。因此本研究也采用修正的RNG k-ε湍流模型对渠槽系统内测流过程进行模拟，并通过有限差分法将控制流动的基本方程组转换成代数方程组并进行数值求解，对流项采取二阶迎风格式，扩散项采取二阶中心差分格式，计算终止时间设为300 s，设置最小步长为10-6s。

4 结果与分析

4.1 数值模拟可靠性验证

4.1.1 水流流态

流态可以直观地反映修建量水槽后对渠内水流的影响。在量水槽上游水流比较平顺，水流流向基本平行；进入收缩段后其水面缓慢下降，由于进口收缩段的影响，两侧水流发生交叉趋于槽中线汇聚；由于喉口处过水断面收缩严重，在喉口下游附近水面急剧下降，水面波动较强，且由于收缩段惯性作用继续保持收缩特性，靠近两侧壁处水深比中心处低；随后槽扩散段后部分水面慢慢升高与下游水面平稳衔接，水面横向分布逐渐恢复均匀。所有工况下，模拟水深与实测水深最大相对误差为9.72%，沿程水面变化模拟结果与试验观测结果一致。图3给出了流量为34.77 L/s时自由出流条件下实测流态和模拟流态对比，模拟水深与实测水深最大相对误差为6.63%，两者沿程变化规律基本吻合，本研究使用的数值模拟方法可以准确模拟梯形喉口无喉道量水槽测流过程。

图3 实测和模拟流态比较Fig.3 Comparison of measured and simulated flow patterns

佛汝德数Fr在水力学中是一个极其重要的判别数，Fr＜1时水流为缓流，Fr=1时水流为临界流，Fr＞1时水流为急流，其大小可反映水流流态。图4为流量为34.77 L/s时自由出流条件下的模拟佛汝德数沿程变化规律。对于明渠测流，一般要求喉口上游佛汝德数小于0.5，以确保没有波浪影响，并提高水尺读数的精确性。在槽进口收缩段佛汝德数小于0.5，满足灌区量水要求。在量水槽内佛汝德数沿程增大，在喉口附近水流由缓流（Fr＜1）变为急流（Fr＞1），出现临界流。

图4 梯形喉口无喉道量水槽佛汝德数沿程变化情况Fig.4 Froude number variation along flow of trapezoidal cut-throated flume

4.1.2 流速分布

流速分布是研究梯形喉口无喉道量水槽水力特性的重要基础，运用纵向时均流速来描述水流沿流动方向的流动，可反映槽内水流运动的基本规律。图5是流量为34.77 L/s时，自由出流条件下渠底向上水深5 cm处的纵向流速沿程分布试验和模拟的比较，最大流速实测值与模拟值相对误差为1.94%，数值模拟结果显示与实测流速分布结果相似。

图5 实测和模拟渠底上方5 cm水平剖面流速分布比较Fig.5 Comparison of measured and simulated velocity distribution in 5 cm profile above bottom

由图5可以看出梯形喉口无喉道量水槽过流时，由于槽上游水流平缓，槽前水流速度相对较小，流速分布均匀。进入量水槽进口收缩段时，由于过流断面逐渐减小，速度逐渐增大且由于惯性作用流线发生偏转，流速分布逐渐趋于不均匀，靠近两侧壁水流速度比中心低。在量水槽尾部速度分布极其不均且速度明显增大，这是由于在喉口下游有急剧的水面跌落使水流剧烈变化，存在横向流速坡度。随后渠内水流速度减小逐渐趋于平缓，流速横向分布逐渐恢复均匀。

4.2 测流公式

梯形喉口无喉道量水槽应用了临界流原理测流，灌区输水渠道水流大多为缓流，当渠道安装量水槽后，收缩段的侧收缩束窄过水断面宽度，水面线下降，然后进入扩散段后过水断面宽度逐渐过渡到渠道宽度；当侧收缩达到一定程度时，槽内将出现临界流，而临界水深与流量关系稳定，可通过测量该水深推算过槽流量。图6是不同流量工况下，槽内沿程水深变化，可以看出槽上游部分水深较大，水面线基本与渠底平行。进入收缩段后水深逐渐变小，靠近喉口附近水深下降明显，在喉口下游出现水深最小值。水流进入扩散段后，由于水流惯性的影响，水深继续下降，流线继续收缩，形成收缩断面，随着扩散段宽度的增加和阻力的作用，动能减小。由于喉口附近出现临界流，根据临界流的水力特性即干扰波不能向上游传播其影响只能被水流带向下游，所以自由出流条件下，上游水流不受下游水流影响，其流量与临界流断面水深具有稳定关系，由能量方程及临界流原理可以推导出梯形喉口无喉道量水槽的基本流量形式用于流量测量。

图6 量水槽沿程水面变化Fig.6 Water surface profiles of trapezoidal cut-throated flume

测流过程中，若上游断面与临界流断面间忽略能量损失，根据能量守恒有

式中E为水流断面比能，m；h1为上游控制断面水深，m；hk为临界流断面水深，m；v1上游进口段断面流速，m/s；vk为临界流断面流速，m/s；α1为动能修正系数，取1.0；g为重力加速度m/s2。

水流为临界流时有：

式中v为断面流速；h为平均水深[30（]梯形临界流断面平均水深h=hk；梯形临界断面平均宽度B′=(b+mhk)，m；m为梯形断面边坡系数；b为喉口断面底宽，m。

由式（2）得临界断面：

把式（3）代入式（1）得：

临界断面有：

式中0m为流量系数，m。

由式（5）可知，流量可由临界水深求出，但流量不同时，临界水深所在断面的位置不同。由式（4）可以看出上游某稳定断面水深与临界水深存在函数关系，则可由上游稳定断面水深与流量建立关系式。则有：

式中Cd为实际流体不同断面间存在水头损失的修正系数；c为常数；σv为流速影响系数；a为综合流量指数。

则流量形式为：

分别对喉口上游（断面1～7）共7个断面水深与实测流量的相关性进行分析，得出断面2水深和流量的相关性最强，其复相关数达0.989 6，而且在不同流量条件下各量水槽断面2的水流相比其他断面更平稳，因此选用断面2的水深h作为流量计算的水深测量断面。在自由出流条件下拟合得到断面2水深与流量关系为

运用公式（8）计算各个工况下的流量，并与实测流量进行对比。由图7可以得出：在测流范围内，计算流量与测量流量的最大相对误差为9.21%，满足灌区测流要求。

图7 实测流量与计算流量比较Fig.7 Comparison of measured and calculated values of discharges

4.3 湍动能耗散

湍动能耗散是指在分子粘性力作用下通过内摩擦不断地将湍流动能转化为分子动能的速率。研究湍动能耗散对测流过程有重要意义，其对水面收缩角的评价与改进提供依据即为量水槽收缩段与扩散段的长度设计提供依据。图8给出了槽进口断面2、进口收缩断面6、喉口断面8、出口扩散断面10和槽出口断面15的湍动耗散分布。由图8可以看出，在量水槽入口处湍动耗散很小，边界最大值不超过0.012 5 m2/s3，随着断面的逐渐收缩湍动耗散逐渐增大在喉口断面最大达到0.3 m2/s3，在扩散段的前部分湍动耗散有所下降，在扩散段后部分由于远趋式水跃的出现，湍动耗散最大值约达0.5 m2/s3。整个量水槽内湍动耗散均主要集中在量水槽两侧边壁和底部。这是由于湍流速度在空间上存在着随机涨落会形成显著的速度梯度，尤其是近壁处的流速梯度大，所以两侧边壁和底部湍动耗散更明显。

图8 湍动耗散沿程变化Fig.8 Development of turbulent dissipation along flume

4.4 水头损失

灌区渠道一般坡度较缓，中国北方平原灌区，即便是农渠，底坡也在1/1 000～1/3 500之间[30]。因而，在灌区渠道上设置量水设施，不能允许大的水头损失，否则，会在上游造成过大的壅水，增加大量的渠道土方量。当渠道水流中含有泥沙时，还会造成上游渠床的淤积变形。水流在通过梯形喉口无喉道量水槽时，由于液体本身存在黏滞性，过水断面形状和大小发生变化，流线弯曲，水流掺混加剧，会产生水头损失。沿程水头损失与局部水头损失产生机理相同，但在产生局部水头损失的地方，主流与边界分离，并在分离区有旋涡存在。在旋涡区内部，紊动加剧，同时主流与旋涡区之间不断有能量交换，并通过质点与质点间的摩擦和剧烈碰撞消耗大量机械能。因此，局部水头损失要比流段长度相同的沿程水头损失大得多。测流过程中，量水槽长度相对较短，水头损失主要是局部水头损失，沿程水头损失可以忽略不计，因此运用Z+p/γ+v2/2g（其中Z为位置水头，p/γ为压强水头，v2/2g为流速水头）计算上游首控制断面和下游末控制断面总水头之差作为梯形喉口无喉道量水槽水头损失[29]。图9为不同流量下量水槽的水头损失占总水头百分比的变化情况。随着流量的增大水头损失逐渐增大，当流量大于45 L/s时水头损失增大变缓，在测流范围内最大水头损失小于总水头的10%。巴歇尔量水槽、长喉道量水槽、抛物线形量水槽的水头损失分别占上游总水头的38%、32%、12%[32]，因此该量水槽水头损失相对较小，梯形喉口有效改善了水头损失。

图9 不同流量下水头损失变化Fig.9 Head loss variation under different discharges

5 结 论

本文通过原型试验与数值模拟相结合的方法对梯形喉口无喉道量水槽水力性能进行了研究，主要结论如下：

1）对相同流量工况下的水流流态和纵向时均流速分布的试验观测值和模拟结果对比得出，其最大相对误差均不超过10%，两者结果较为吻合，进一步对其分析得出，在量水槽进口收缩段水流平缓为缓流，水深较大，沿着流动方向水深逐渐降低，在喉口下游附近出现水深最小的收缩断面。流速随着过水断面的逐渐收缩而增大，流线逐渐收缩，在量水槽出口扩散段后半部分流速减小水深又逐渐增大。本文提出的梯形喉口无喉道量水槽测流过程中进口段水流条件好，具有稳定的上游控制断面水深。

2）由能量方程及临界流原理可以推导出梯形喉口无喉道量水槽的上游水深与流量有稳定关系。通过分析沿程水面变化及各测流断面水深与流量的关系，选取以量水槽进口断面为计算流量的水深测流断面，拟合得到测流公式，在测流范围5～75 L/s内，计算流量与实测流量的最大相对误差是9.21%，满足灌区量水要求。

3）梯形喉口无喉道量水槽测流过程中，湍动耗散主要集中在两侧边壁和底部，槽进口收缩段湍动耗散较小说明本研究设计的水面夹角较适宜，可为梯形喉口无喉道量水槽收缩段的进一步优化提供参考。

4）通过与其他体型量水槽比较得出梯形喉口有效改善了测流过程水头损失，有益于中国北方平原灌区末级输水渠道的水位控制。输水梯形喉口无喉道量水槽在测流范围内最大水头损失小于总水头的10%。可有效解决以往通过增大水头损失来提高测流精度的问题。

该梯形喉口无喉道量水槽体型简单，经济耐用，测流简单方便，便于灌区基层人员修建使用，对灌区末级梯形渠道量水具有很好的实用价值。但本文研究仅适用于灌区末级梯形渠道，关于大尺度的梯形渠道量水需进一步进行标准化研究。

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Design of trapezoidal cut-throated flume and its hydraulic performance simulation and test

Ran Danjie, Wang Wen’e, Hu Xiaotao
(Key Laboratory of Agricultural Soil and Water Engineering in Arid and Semiarid Area, Ministry of Education, Northwest A&F University, Yangling 712100, China)

Accurate flow measurement is a fundamental component of water management. Owing to their good hydraulic characteristics and easy maintenance, trapezoidal channels have been widely used in terminal water convey systems of China. Previous research indicated that the measuring flume is one of the most accepted and used structures for water discharge measurement. We designed trapezoidal cutthroat flumes to measure the discharge in terminal trapezoidal channels. These flumes can improve flow measuring accuracy without sacrificing water head. We also researched the relationship between channel specification and the flume’s parameters for its application. Based on the RNG k-ε three-dimensional turbulence model along with the TruVOF technique, experiments and corresponding simulations were performed for 14 working conditions on the trapezoidal cut-throat flume with discharges up to 75 L/s to determine its hydraulic performance. Hydraulic performance of the flume obtained from simulation analyses was later compared with observed results based on time-averaged flow field, flow pattern, and velocity distribution. The comparison yielded a solid agreement between the results from 2 methods with the relative error below 10%. On the basis of reliable consequences simulated numerically, analyses of hydraulic performances in detail were carried out. The flow in the upstream of the flume was slow flow with almost parallel flow direction, then the water surface was gradually declined along the contraction segment and the water on both sides tended to converge at the center line. Owing to the severe contraction of the throat section, the water surface near the downstream of the throat section was dramatically declined and the lowest point appeared. From the posterior part of the diffusion section, the water depth gradually increased to the downstream depth with the water depth uniformly distributed in the horizontal section. By analyzing the variation of velocity and total head along the flume under different discharges, it was concluded that both velocity and total head loss accelerated dramatically near the throat. The turbulent dissipation was concentrated in the area near the wall and the bottom of the flume. Regression models developed for upstream depth versus discharge under different working conditions were satisfying with the relative error of 9.21%, which met the common requirements of flow measurement in irrigation areas. Furthermore, the maximum water head loss of the trapezoidal cut-throat flume was less than 10% of the total head. Compared with long-throat flumes, Parshall flumes and parabolic flumes, the head loss of trapezoidal cut-throat flume in trapezoidal channels was less. The three-dimensional turbulence model along with the TruVOF technique allowed one to reproduce the hydraulic characteristics of flow through trapezoidal cut-throat flume in trapezoidal channels. Due to the shorter time demand and lower cost of numerical simulations, compared to experimental studies in predicting the hydraulic characteristics, the simulation of the flow in trapezoidal cut-throat flume in trapezoidal channels based on a properly validated model provided the flow characteristics of these flumes for various flow configurations encountered in the terminal channel. All in all, it is concluded that the trapezoidal cutthroat flume has the advantages of simple structure, low price and high accuracy, plus low head loss. This study provides a reference for the flow measurement of terminal channels in irrigation areas.

canals; numerical analysis; flow rate; trapezoidal-throated flume; velocity distribution; head loss

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.15.023

S274.4

A

1002-6819(2017)-15-0177-07

2017-04-18

2017-07-19

公益性行业（农业）科研专项（201503125）；“十三五”国家重点研发计划项目（2016YFC0400200）；杨凌示范区科技计划项目（2015NY-30）作者简介：冉聃颉，主要从事水力学及河流动力学研究。杨凌 西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室，712100。

Email：r18629429253@gmail.com

※通信作者：王文娥，教授，博士生导师，主要从事节水灌溉技术、流体机械及排灌设备等研究。杨凌 西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室，712100。Email：wangwene@nwsuaf.edu.cn