三角形量水堰.pdf

一种三角形量水堰，包括集水堰槽、水尺和堰板，集水堰槽有两条平行的堰体构成，集水堰槽的截面为矩形凹槽，在该集水堰槽的尾端内侧设有水尺和堰板，其特征在于，在所述的集水堰槽的首端设有八字形齿墙，八字形齿墙围成沉淀池；该八字形齿墙的小口端与所述的集水堰槽两条堰体对接；所述的集水堰槽和八字形齿墙均用C35砼，其基础采用C35细粒砼砌石；在所述的堰板的顶端中部设有V形堰口。本发明片石混凝土三角形量水堰结构简单、制作方便，占地面积及片石混凝土填筑量较小,工程造价较低；并且利用堰上水头能精确测量流量，测量精度及准确度高，而且操作方便省力，抗山洪冲刷能力强。

1.  一种三角形量水堰，包括集水堰槽3、水尺4和堰板5，集水堰槽3有两条平行的堰体7构成，集水堰槽3的截面为矩形凹槽，在该集水堰槽3的尾端内侧设有水尺4和堰板5，其特征在于，在所述的集水堰槽3的首端设有八字形齿墙1，八字形齿墙1围成沉淀池2；该八字形齿墙1的小口端与所述的集水堰槽3两条堰体对接；所述的集水堰槽3和八字形齿墙1均用C35砼，其基础采用C35细粒砼砌石；在所述的堰板5的顶端中部设有V形堰口51。

2.  根据权利要求1所述的三角形量水堰，其特征在于，所述的集水堰槽3长10米，高为1.5米，上口宽1.0米；所述的八字形齿墙1宽0.5米，长8米，底宽由大口端的7米渐变到小口端的6米，其底端应伸入基岩层，且基岩层无裂缝、无裂纹、无风化、夹层，确保小流域出口所有水进入集水堰槽3，从堰板5的V形堰口51流出；所述的八字形齿墙1用C35细粒砼砌石砌筑，在混凝土浇注时按比例掺入15-25%体积比的片石，片石的粒径控制在30cm以下；先放混凝土再放入片石，保证混凝土浆体充分包裹住，片石在齿墙结构空间中应保证其布置均匀。

3.  根据权利要求1所述的三角形量水堰，其特征在于，所述的水尺4设置在堰口上游的集水堰槽3内；所述的堰板5垂直于集水堰槽3末端设置，堰板5采用不锈钢板制成，钢板厚度0.7厘米，表面应平整光滑，V形堰口51为角顶向下的等腰三角形缺口，顶角θ可制成30度、45度、60度、90度或120度，V形堰口高50厘米，上口宽1.2米，堰板5的两边均伸入集水堰槽3内侧10厘米，V形堰口的边缘削成锐缘，使之成薄壁堰；集水堰槽3底端高于下游河床40厘米，过堰水流消能效果较好。

4.  根据权利要求1所述的三角形量水堰，其特征在于，所述的三角形量水堰流量计算公式为：，
式中：，，是三角形堰的顶角到堰底的距离，为堰的宽度，为水头高度，为重力加速度，为V形堰口的顶角度数，为实测水位（cm），为河川径流速度(m³·s^-1)。

三角形量水堰
技术领域
本发明涉及一种三角形量水堰，用于小流域河川径流流量的测量。
背景技术
随着三角形量水堰技术的不断成熟，国内外有关水利、水电、水运工程的科研单位及大专院校，在进行水力学模型试验时，量测流量的设备大部分采用集水渠堰槽的薄壁矩形、三角形量水堰。但是目前三角形量水堰的设计和应用仍很不规范，存在诸多不合理现象。尤其还没有一种公开的片石混凝土三角形量水堰的实用测量装置。
本发明片石混凝土三角形量水堰具有高精度、高稳定性、高可靠性及操作方便省力，占地面积及片石混凝土填筑量较小,工程造价较低，抗山洪冲刷能力强。故本发明对三角形量水堰设计要求及技术进行分析、讨论和规范；对三角形量水堰的计算公示通过试验比较、量纲分析法、称量验证等方法，确定比较实用、准确、简单的计算公式；对水力学模型的构建等具有现实意义。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种观测实用的片石混凝土三角形量水堰。
本发明的技术方案是：一种三角形量水堰，包括集水堰槽、水尺和堰板，集水堰槽有两条平行的堰体构成，集水堰槽的截面为矩形凹槽，在该集水堰槽的尾端内侧设有水尺和堰板，其特征在于，在所述的集水堰槽的首端设有八字形齿墙，八字形齿墙围成沉淀池；该八字形齿墙的小口端与所述的集水堰槽两条堰体对接；所述的集水堰槽和八字形齿墙均用C35砼，其基础采用C35细粒砼砌石；在所述的堰板的顶端中部设有V形堰口。
所述的集水堰槽长10米，高为1.5米，上口宽1.0米；所述的八字形齿墙宽0.5米，长8米，底宽由大口端的米渐变到小口端的6米，其底端应伸入基岩层，且基岩层无裂缝、无裂纹、无风化、夹层，确保小流域出口所有水进入集水堰槽，从堰板的V形堰口流出；所述的八字形齿墙用C35细粒砼砌石砌筑，在混凝土浇注时按比例掺入15-25%体积比的片石，片石的粒径控制在30cm以下；先放混凝土再放入片石，保证混凝土浆体充分包裹住，片石在齿墙结构空间中应保证其布置均匀。
所述的水尺设置在堰口上游的集水堰槽内；所述的堰板垂直于集水堰槽末端设置，堰板采用不锈钢板制成，钢板厚度0.7厘米，表面应平整光滑，V形堰口为角顶向下的等腰三角形缺口，顶角θ可制成30度、45度、60度、90度或120度，V形堰口高50厘米，上口宽1.2米，堰板的两边均伸入集水堰槽内侧10厘米，V形堰口的边缘削成锐缘，使之成薄壁堰；集水堰槽底端高于下游河床40厘米，过堰水流消能效果较好。
所述的三角形量水堰流量计算公式为：，
式中：，，是三角形堰的顶角到堰底的距离，为堰的宽度，为水头高度，为重力加速度，为V形堰口的顶角度数，为实测水位（cm），为河川径流速度(m³·s^-1)。
本发明的优点是：本发明的一种片石混凝土三角形量水堰设计合理，堰体符合国家标准堰水流要求。利用片石混凝土可大大降低修建量水堰的成本，减少混凝土浇注量，工程造价较低；并且利用堰上水头能精确测量流量，测量精度及准确度高，而且操作方便省力，抗山洪冲刷能力强。
附图说明
图1是本发明的堰体结构俯视示意图；
图2是凸1的左视图（逆时针旋转90°）
图3是图1的A-A剖视图。
附图标记说明：1、八字形齿墙，2、沉淀池，3、集水堰槽，4、水尺，5、堰板，6、水位线，7、集水堰槽的堰体，51、堰板上的V形堰口。
具体实施方式
参见图1-图3，本发明一种三角形量水堰，包括集水堰槽3、水尺4和三角形堰板5，集水堰槽3有两条平行的堰体7构成，集水堰槽3的截面为矩形凹槽，在该集水堰槽3的尾端内侧设有水尺4和堰板5，在堰板5的顶端中部设有V形堰口51。为了防止量水堰前河道两岸冲刷破坏，影响量水堰的正常运行工作，采用堰前八字形齿墙1对堰前河道两岸进行保护。即在所述的集水堰槽3的首端设有八字形齿墙1，八字形齿墙1围成沉淀池2；该八字形齿墙1的小口端与所述的集水堰槽3两条堰体对接；所述的集水堰槽3和八字形齿墙1均用C35砼，其基础采用C35细粒砼砌石。
所述的集水堰槽3长10米，高为1.5米，上口宽1.0米；所述的八字形齿墙1宽0.5米，长8米，底宽由大口端的7米渐变到小口端的6米，其底端应伸入基岩层，且基岩层无裂缝、无裂纹、无风化、夹层，确保小流域出口所有水进入集水堰槽3，从堰板5的V形堰口51流出；所述的八字形齿墙1用C35细粒砼砌石砌筑，在混凝土浇注时按比例掺入15-25%体积比的片石，片石的粒径控制在30cm以下；先放混凝土再放入片石，保证混凝土浆体充分包裹住，片石在齿墙结构空间中应保证其布置均匀。
所述的水尺4设置在堰口上游的集水堰槽3内；所述的堰板5垂直于集水堰槽3末端设置，堰板5采用不锈钢板制成，钢板厚度0.7厘米，表面应平整光滑，V形堰口51为角顶向下的等腰三角形缺口，顶角θ可制成30°、45°、60°、90°或120°，一般为90°。V形堰口51的高50厘米，上口宽1.2米，堰板5的两边均伸入集水堰槽3内侧10厘米，V形堰口51的边缘削成锐缘，使之成薄壁堰；集水堰槽3底端高于下游河床40厘米，过堰水流消能效果较好。其特点是，在较小流量时仍有较大水头，具有较高量测精度，适于测定较小流量。可利用水尺人工观测水位或安装自计水位计自动监测水位。
为确保过堰水流流速均匀平稳，测站选择在河槽顺直，岸坡平稳，河床平缓的河道内，沉淀池2的八字形齿墙1长8米，底宽由大口端的7米渐变到小口端的6米。沉淀池2内水流流态平稳，可顺利将水引入集水堰槽3，以便精确测定水位。所述的水尺4设置在堰板5上游的集水堰槽3内。
如图3所示，对于三角形量水堰，当上游水头高度变化时，堰口液流的宽度也同时随着变化。因此，三角形堰的流量计算公式应和V形堰口51的顶角θ有关。
三角形量水堰流量计算公式为：。
式中：，，是三角形堰的顶角到堰底的距离，为堰的宽度，为水头高度，为重力加速度，为三角量水堰的顶角度数，为实测水位（cm），为河川径流速度(m³·s^-1)。
三角形量水堰顶角θ为60°时，上述量水堰流量的计算公式中：。计算机输入公式为
量水堰工程选择在河道下游近汇河口处，根据当地气象、水文、植被等资料，采用水文比拟法计算出该河道径流结果，其设计洪峰根据研究河道水系已建工程分析的设计洪峰以及下垫面的植被、降水等因素的相似性，点汇洪峰流量～流域面积关系图。在量水堰控制不到的河道区域，采取地下水径流计算法计算该断面处的地下径流量。量水堰应坐落于基岩层上，地基承载性能良好，不存在地基不稳定及沉降变形问题，也不存在地基冻胀问题。基础埋深应经河床最大冲刷深度计算后确定，并应大于当地最大冻土深度。量水堰堰高按照10～30年一遇洪水流量水位高程设计。
设计方案根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》及《灌溉与排水工程设计规范》，主体工程包括量水堰堰体和量水堰堰板等工程。量水堰施工场地应较为集中，两岸阶地较为开阔，根据河道枯水季节安排施工。施工时考虑河道的正常径流，采用河道新开引水渠接合口径较大管道导流。
堰体开挖时，渗水量较大，需采取排水措施，选用离心泵排水。
根据工程的选取位置、施工条件、工程规模和建设期限，主体工程必须在汛期前完工。工期前准备输电线架设和河道内临时施工道路的修整、临时房屋的修建等。