论文格式范本.doc

附件2：论文格式范本梯形渠道移动式弧形量水槽的试验研究*辽宁省农业综合开发办重点项目“灌区量水技术开发与推广”于国丰（1977- ），男，汉族，辽宁朝阳人。于国丰1 赵凤伟2 姜英震1 王海兵1 （1 辽宁省水利水电科学研究院，辽宁 沈阳110003 2 辽宁省水文水资源勘测局，辽宁 沈阳 110003）摘要 主要介绍了移动式弧形量水槽的构造和测流原理，通过在梯形渠道上多种弧度、收缩比和侧墙连接角不同要素组合试验研究，得出该量水槽各要素不同组合的流量系数和流量指数，拟合出具有指数关系的流量公式，通过误差比较分析，将梯形渠道流量计算公式均一化。该量水槽具有结构简单，计算简捷易用的特点，便于在灌区渠道量水中推广应用。关键词 量水槽 移动式 弧形 梯形渠道 试验1 引言灌溉水资源不足已经成为制约农业发展的重要因素，而灌区渠道量水技术是促进节约用水的必要工具和手段。灌区适合支、斗渠以下渠道使用的量水堰或量水槽等量水设施1-3，有侧收缩型：如抛物线无喉段量水槽、机翼形量水槽、U形直壁式量水槽、半圆柱形量水槽等；有抬高底部且侧收缩型：如无喉道量水槽、巴歇尔量水槽等。侧收缩型量水槽比较适合平原灌区渠道量水使用。在众多量水槽中，半圆柱形量水槽结构简单、施工方便，同时集中了无喉道槽和圆形量水槽的一些优点，便于推广使用，但半圆柱形量水槽未在灌区实际应用过。本文作者在梯形渠道进行半圆柱形量水槽量测实验后，将其在灌区渠道量水中加以应用，测量精度满足要求，但在较大渠道上按照移动式量水设施设计，先预制再安装，存在体积和质量较大的问题，给施工带来一定的困难。针对这个问题，根据半圆柱形量水槽的工作原理，提出了一种移动式弧形量水槽，它保留了半圆柱形量水槽的所有优点，能有效解决量水槽移动式设计时存在的体积和质量较大的问题，便于在灌区推广使用。2 量水槽的结构与工作原理移动式弧形量水槽由2个圆管和4个侧墙连接段构成，如图1所示，图1中所述的1为圆管，2为侧墙，3为喉口宽度。量水槽平面结构组成，见图2，其中为所用圆弧对应的中心角，为侧墙连接段与渠道中心线的夹角，B为喉口宽度。该量水槽结构组成要素确定范围为：圆管直径与渠道的底宽比值在1/3 1/5之间，通常为4080cm，侧墙连接段与圆管相切，与渠道中线的夹角为4560度，所述的圆弧对应的圆心角为90120度。移动式弧形量水槽工作原理是利用圆管的部分圆弧构成渠道的收缩断面，通过侧墙连接段将圆管与渠道相连，水流通过收缩断面产生临界流，从而具有稳定的水位流量关系。 图1 移动式弧形量水槽 图2 移动式弧形量水槽的平面图3 量水槽的流量计算分析半圆柱形简易量水槽在矩形渠道上，量水槽处喉口水深、渠道水深与喉口宽度满足无量纲关系（1）式4、5。根据梯形渠道上实验结果分析，半圆柱形简易量水槽在梯形渠道上喉口水深、渠道水深与喉口宽度同样满足（1）式，移动式弧形量水槽和半圆柱形简易量水槽工作原理相同，因此移动式弧形量水槽在梯形渠道上喉口水深、渠道水深与喉口宽度也满足（1）式： （1） 式中：渠道临界水深，m； H渠道水深，m； 量水槽喉口宽度，m。 在喉口断面处水流流速满足： （2） （3）将式（1）和式（2）代入（3）式，整理得出移动式弧形量水槽在体形渠道上流量公式： （4） 4 移动式弧形量水槽模型试验 4.1试验条件试验地点在辽宁省水科院水工程试验中心模型试验大厅，实验所用梯形渠道长为45m，底宽0.5m，渠深0.4m，渠道边坡为1：1，渠道比降为1/3000。在上游修建蓄水池，起到稳水作用，按照灌溉渠道系统量水规范在蓄水池和渠道连接处修建矩形薄壁堰，测量渠道过水断面流量，其中矩形堰高45cm，堰宽80cm，在移动式弧形量水槽上游3m和下游5m处安装SX40-A型水位测针，测量量水槽前后渠道的水深。实验采用的仪器设备位置，如图3所示。 图3 移动式弧形量水槽实验布置图4.2 试验内容移动式弧形量水槽结构决定流量系数和流量指数的影响因素有：所用圆弧直径、喉口宽度和侧墙的连接角度。因此实验内容将根据矩形薄壁堰测出的渠道过流量和对应的渠道断面水深，确定不同直径的圆弧、喉口宽度和侧墙连接角度组合情况下对应量水槽的流量系数和流量指数及它们单一因素变化对该量水槽的流量系数和流量指数的影响，从中得出移动式弧形量水槽结构设计中所用圆弧直径、喉口宽度和侧墙的连接角度的合理取值范围。4.3 试验结果分析4.3.1 喉口宽度变化对移动式弧形量水槽的流量系数和流量指数的影响在喉口宽度发生变化，圆弧直径和侧墙连接角度不变时，进行量水槽量测实验，每种喉口宽度下都测得810组水位流量关系数据，分别计算出不同喉口宽度的流量系数和流量指数，见表1。表1中数据表明，流量系数随喉口宽度增大而增大，而流量指数随喉口宽度增大而减小。表1 不同喉口宽度条件下移动式弧形量水槽的流量系数和流量指数序号圆弧直径（m）喉口宽度（m）侧墙连接角流量系数流量指数10.40.4450.72921.082120.40.35450.72811.091530.40.3450.72551.13124.3.2 弧度变化对移动式弧形量水槽的流量系数和流量指数的影响在圆管直径发生变化，即所利用的圆弧部分发生变化，而喉口宽度和侧墙连接角不变的情况下，进行量水槽量测实验，在不同圆弧直径组合实验条件下，都测得810组水位流量关系数据，分别计算出对应的流量系数和流量指数，详见表2。从表2中可以看出，流量系数随利用弧度的对应的直径增大而减下，流量指数随所利用弧度的对应的直径增大而减小。表2 不同弧度条件下移动式弧形量水槽的流量系数和流量指数序号圆弧直径（m）喉口宽度（m）侧墙连接角流量系数流量指数10.20.4450.74561.103120.30.4450.73461.098930.40.4450.72921.08214.3.3 侧墙连接角变化对移动式弧形量水槽的流量系数和流量指数的影响 在喉口宽度0.4m不变情况下，做了圆弧直径为0.2m和0.4m，侧墙连接角为45和60两种条件下的流量系数和流量指数对比实验，测得的结果见表3。从表3中可以看出，流量系数和流量指数均随侧墙连接角增大而增大。表3 不同连接角条件下移动式弧形量水槽的流量系数和流量指数序号圆弧直径（m）喉口宽度（m）侧墙连接角流量系数流量指数10.20.4600.74811.105020.20.4450.74561.103130.40.4600.73171.096040.40.4450.72921.08215 移动式弧形量水槽流量计算公式均一化从以上试验结果分析可以看出，量水槽所用圆弧直径的大小、喉口宽度和侧墙连接角度的任一元素的变化都对流量系数和流量指数有一定的影响，但从各种组合条件下测的流量系数和流量指数进行比较中，发现量水槽的流量系数和流量指数变化幅度很小。若能将移动式弧形量水槽流量公式的流量系数和流量指数均一化，则移动式弧形量水槽在梯形渠道上流量计算就变得非常简单，为推广使用移动式弧形量水槽提供了有利条件。为验证移动式弧形量水槽的流量系数和流量指数可以进行均一化处理，对不同喉口宽度、圆弧所用直径和侧墙连接角度7种组合条件下的的（HQ）实测数据，把根据量水槽不同技术要素组合条件下对应的流量系数和流量指数计算渠道的断面流量和根据均一化后流量系数和流量指数计算渠道的断面流量与实际断面流量进行误差比较，详细的误差比较结果见表4。从误差比较中可以看出，按照均一化处理后的流量系数和流量指数计算渠道断面流量与未均一化前相比，计算误差稍有所增加，但均一化后与实际流量相比的最大误差仅为2.16%，小于3%，满足灌溉渠道系统量水规范要求，说明了移动式量水槽的流量系数和流量指数可以进行均一化处理，均一化后的流量系数为0.7337，流量指数为1.1001。表4 移动式弧形量水槽均一化处理所测流量误差比较Tab 4 Compared the measuring flux error of the discharge unified with before on movable scoop measuring-flume 序号圆弧直径（m）喉口宽度（m）侧墙连接角（）实际与实际流量比（%）均一化与实际流量比（%）流量系数流量指数流量系数流量指数10.20.4600.7481 1.1050 1.02 0.73371.10011.2820.20.4450.7456 1.1031 0.72 0.73371.10010.6430.30.4450.7346 1.0989 1.16 0.73371.10011.240.40.4600.7251 1.0887 0.35 0.73371.10012.0450.40.4450.7292 1.0821 0.57 0.73371.10011.1960.40.35450.7281 1.0915 0.37 0.73371.10011.5470.40.3450.7255 1.1312 0.42 0.73371.10012.16移动式弧形量水槽在试验渠道上均一化的流量公式为： （5）式中 H量水槽前水深，m； 量水槽喉口宽度，m。6 结论移动式弧形量水槽属侧收缩型，当量水槽在梯形渠道上收缩比小于0.5时，在喉口处形成临界流，具有稳定的水位流量关系，利用公式（5）计算的渠道的过流量，满足测量精度，计算简捷应用，方便在灌区中推广。移动式弧形量水槽结构简单，可现场施工，也可按照移动式结构进行设计。移动式弧形量水槽无底槛，测流范围比较宽，本文实验条件下，可测量出渠道水深为0.15m时渠道断面流量。参考文献1 王智，朱凤书，刘晓明. 平底抛物线形无喉段量水槽试验研究J.水利学报.1994，（7）：12-23.2 吕宏兴，余国安，陈俊英.矩形渠道半圆柱形简易量水槽试验研究J.农业工程学报.2004，20（6）：81-84.3洪成，吕宏兴，张宽地等. U形渠道机翼形量水槽试验研究J.灌溉排水学报.2005，24（1）：63-65.4曹广晶.中国水利百科全书M.北京:中国水利水电出版社,20064Samani Z, Magallanez H. Simple Flume for Flow Measurement in Open ChannelJ. J Irrig Drain Eng,2000,126(2):127-1295Vito Ferro. Discussion of “Simple Flume For Flow Measurement in Open Channel” by Zohrab Samani and Henry MagallanezJ. J Irrig Drain Eng,2002,128(2):129-131Experimental research on movable scoop measuring-flume in trapezoidal canalYu Guo-Feng1 Zhao Feng-Wei2 Jiang Ying-Zhen1 Wang Hai-Bing1（1 Research Institute of Water Resource and Hydropower, Liaoning province, Shenyang 110003, China2 Survey bureau of Hydrology and Water Resources , Liaoning province, Shenyang 110003, China)Abstract: The construction and theory of flow measurement of movable scoop measuring-flume are introduced. According to experiment in trapezoidal canal on kinds of radian, contraction ratio and wing abutment connecting angle different composed. The discharge factor and the discharge exponent of every key element different composed of this measuring-flume are inferred, the exponent-form flux formula are fitted. Based on analysis of discharge error, all discharge formulas is unified. The measuring-flume has the characteristic of simple structure and employ, which makes it populariz