薄壁梯形量水堰設計與安裝

□馮永祥（新疆生產建設兵團第九師勘測設計院）

1 薄壁梯形量水堰設計

薄壁堰是指在明渠中垂直水流方向安裝的具有一定形狀缺口，并加工成薄壁堰口，過流時其水舌表面得到充分發展的量水建筑物。水流通過薄壁堰，應形成清晰的水舌從堰頂射出。薄壁堰分為4種主要類型：三角形缺口薄壁堰、矩形缺口薄壁堰、等寬薄壁堰和梯形缺口薄壁堰。文章只探究梯形缺口薄壁堰的設計及安裝問題。

1.1 過堰流量計算

當堰口寬度>3倍最大堰頂水頭并且堰口邊坡為4：1（鉛直：水平）時，由于堰頂水頭的變化彌補了因堰口側邊收縮影響而引起的流量減少，梯形缺口薄壁堰的流量系數將不隨水頭而變化，故常采用4：1邊坡的梯形量水堰，示意圖詳見圖1、圖2，其過堰流量計算如下。

1.1.1 自由出流

當行進流速＜0.30m/s時，M=1.86；當行進流速≥0.30m/s時，M=1.90。

1.1.2 淹沒出流

式中：hs-下游高出堰頂的水深（m）。

薄壁梯形量水堰設計時應按工程情況先判別水流形態是自由出流還是淹沒出流，然后按相應計算公式計算確定堰頂水頭。小型堰可通過的流量為0.01～0.60m3/s，大型堰可通過的流量為 0.10～10m3/s。

1.2 薄壁梯形量水堰結構尺寸設計

薄壁梯形量水堰一般用鐵皮或鋼板制作，在堰口應嵌1條鐵皮，過流時水流形成水舌從堰口射出。標準薄壁梯形量水堰（堰口寬度<1.50m）的結構尺寸及適測流量范圍詳見表1及圖3。

圖3 薄壁堰結構尺寸圖

表1 標準薄壁梯形量水堰結構尺寸表

2 薄壁梯形量水堰安裝

第一，薄壁梯形量水堰堰口應水平，堰身應直立，堰身中線應與水流軸線相吻合。堰口傾斜面朝向下游。第二，堰底及堰體兩側，不得有漏水現象。第三，過堰水深≤1/3或<1/10堰口寬。第四，安裝薄壁梯形量水堰的渠段寬度應大于堰身寬度，上游平直渠段長度≥10倍堰口寬，下游平直段長度≥4倍堰口寬。第五，在不影響渠道輸水能力的前提下，盡可能安裝成自由出流。第六，渠岸到堰口兩側的距離，≥最大過堰水深，以保持原流量系數的精確度。第七，上游行進流速≤表2中的數值。

表2 薄壁梯形量水堰上游行進流速表

3 結語

對第九師灌區而言，薄壁梯形量水堰雖為較理想的量水設施，但該設施也有缺陷。薄壁梯形量水堰壅水較高，水頭損失較大，不易通過泥沙，適宜安裝在坡降較大，含沙量較小的渠道上。當流量在100～1000L/s之間時，精度較高，平均誤差約為2%左右。

[1]李煒,齊鄂榮，等.水力計算手冊（第二版）.北京：水利水電出

版社，1980.

[2]吳持恭，等.水力學（第二版）.北京：高等教育出版社，1982.[3]張昌齡,潘家錚，等.水工設計手冊.北京：水利水電出版社，

1983.