巴歇尔槽在明渠中的应用

2021-09-06祝春江

山西水利 2021年4期

祝春江

（新疆奇台县水利管理总站，新疆奇台831800）

奇台县是新疆的农业大县，2020年农业灌区灌溉总面积7.892万hm2，其中：地表水河灌区3.472万hm2，地下水井灌区面积4.420万hm2，为提升水资源利用，推进农业水价综合改革，积极推广水价改革和水权交易，建立农业灌溉用水总量控制，加强农业用水计量，合理调整农业水价，建立精准补贴机制[1]，2020年奇台县水利部门对现有132个取水计量点进行更新改造，安装一体式雷达检测点来提高水量的计量精度，加强水量计量监测管理。

1 巴歇尔槽流量计取原理

在明渠中，水量计量方法繁多，量水设施形式多样，目前常用的方法有：利用水工建筑物量水、利用特设量水设备量水、采用仪表仪器类流量计量水等[2]。巴歇尔槽属于利用特设量水设备量水的一种形式，其测量核心原理：通过对渠道过水道断面进行科学有效收缩，迫使水位升高，使得堰槽上下游形成水位差，并使水面形成平稳的雍水面，将堰槽上游非均匀流转化为均匀流，从而利用超声传感器更准确直观地确定渠道水位，通过仪表仪器，利用水位与水量间固定的函数关系确定水流流量，然后根据流量和时间的线性关系累加，最终确定渠道的引水量。

2 巴歇尔槽分类及结构组成

巴歇尔槽又称巴氏槽，按照材质类型可分为PVC、玻璃钢、普碳钢三大类；按照结构形式组成大致分为一体化、无喉道、抛物线无喉道、带静水井巴歇尔槽等；按照结构尺寸可分为小型、标准型、大型三类。

巴歇尔槽结构是由收缩段、喉道、扩散段三大部分组成（图1为巴歇尔槽结构图）。收缩段主要作用是保障水流平稳进入槽内，是原水流渠道与巴歇尔槽衔接过渡部分。喉道是巴歇尔槽最核心、最关键的组成部分，主要作用是改变水流形态，确保喉道处的水体为临界流和后端水流为自由出流。扩散段是顺接原渠道的链接部分，其作用是保证水流的流态。

图1 巴歇尔槽结构图

3 巴歇尔槽的选型及施工安装

3.1 选型

巴歇尔槽的选型是根据渠道的断面尺寸、过水流量大小、渠道水位差及渠道坡比来确定巴歇尔槽收缩段开口尺寸、收缩比、喉道长度、扩散段长等尺寸，目的是为保证水的流态，即：在收缩段形成平稳水面，同时保证喉道处处于临界流状态和扩散段为自由出流的水流状态。巴歇尔槽的施工安装主要分为安装位置的选择、槽体安装以及水位计安装三部分。

3.2 安装位置

在安装位置的选择上应遵循以下几点原则：①选择渠道截取尺寸不变的直段，避开或远离弯道处，顺直渠道长度一般不小于10倍喉道宽长度；②选择水流流态平缓的位置，远离有水跃现象的水体；③在渠道纵坡较大的渠道中，水流状态复杂，可在槽体上游设置缓流板或消能池，以改变水体流态。

3.3 槽体安装

槽体安装的核心在于保证水位差和畅通出流，这是确保精准计量的关键，在安装过程中应注意以下几点：①渠道与槽体连接底部平面之间要有1∶4坡度，渠道侧壁槽体用曲面或平面进行连接（曲面：曲率＞2倍最高水位；直面应与中心线成45°）；②安装进口收缩段应保持水平；③渠道中心线与槽体中心线应保持同一轴线；④设置槽体后，上游渠道水位雍高，为避免渠道水流溢出，可以采取加高渠壁或加深渠道的方法解决，但加深渠道应注意避免槽体的出水产生逆向流或淹没流。⑤喉道两侧边墙应确保互相平行且竖向垂直；⑥采用混凝土回填加固槽体时，在确保牢固的前提下，需保证槽体左右水平并沿水流轴线对称，避免槽体出现倾斜或变形。

3.4 水位计安装

水位测量位置应在槽体中心线与进水口垂直的交点（如图1所示），水位计超声波传感器的安装位置，应尽可能接近该交点，水位计的测量范围应覆盖所有水位范围，安装高度必须大于最高水位；其次，应确保水位计安装牢固，加装防护措施，排除外界环境对传感器产生干扰，避免水位出现读取误差。

4 巴歇尔槽与静水槽对比所具有的特点

巴歇尔槽与原有静水槽两种渠道水量的计算原理相同，都是通过水位与流量关系来推算水量，巴歇尔槽较静水槽有以下优缺点：①测量精度方面，由于巴歇尔槽形成平稳雍水面，其测量的水位精度高；②施工方面，在原有渠道上安装巴歇尔槽体，需在渠道不引水状态下进行，对施工工期有较严的要求，而静水槽不需要将渠道中水排干，可直接加装，因此，巴歇尔槽安装技术要求相对复杂；③造价方面，由于巴歇尔槽施工较为复杂，附属设备多，安装费用相对较高；④巴歇尔槽的安装改变了原有渠道的水流状态，从而会减少原有渠道的过水流量，降低渠道引水能力；⑤在泥沙含量较多的渠道中，由于长时间运行和水流冲刷作用，会对巴歇尔槽过水湿周面产生磨损（特别是喉道处），渠道的测量精度会随之逐步降低；⑥运行维护方面，为保证设施的正常运行，确保其测量精度，需对槽体进行定期除锈、清淤、设备检查等日常巡查，其维护费用较静水槽要高。