巴歇尔堰槽安装使用说明指导书.doc

原则化废水排放口—巴歇尔堰槽
安装使用阐明书
本文参照了中华人民共和国城乡建设行业原则《都市排水流量堰槽测量原则—巴歇尔堰槽》
CJ/T3008.3—1993中关于条目。
一、概述
非满管状态流动水路称作明渠(Open Channel)，测量明渠中水流流量仪表称作明渠流量计。明渠流通剖面除圆形外，尚有U形、梯形、矩形等各种形状。
    水路按其形态分类，各形态如下图所示。ISO普通称之为满水管为封闭管道，流动是在水泵压力或高位槽位能作用下逼迫流动。明渠流则是靠水路自身坡度形成自由表面流动。

满水管路 自由表面明渠 自由表面暗渠

满水管路

水路 某些满水管路
敞口明渠(习惯简称明渠)

明渠(或非满管)渠道
暗明渠(习惯简称暗渠)

明渠流量计应用场合有都市供水引水渠、火电厂冷却水引水和排水渠、污水治理流入和排放渠、工矿公司废水排放以及水利工程和农业灌溉用渠道。本文重点讨论巴歇尔堰槽安装和流量测量办法和仪表，不涉及较大型水利工程和农业灌溉用流量测量办法。
二、量水堰槽测流量原理
图1 量水堰槽把流量转化成液位

明渠内流量越大，液位越高；流量越小，液位越低（参见图1）。对于普通渠道，液位与流量没有拟定相应关系。由于同样水深，流量大小，还与渠道横截面积、坡度、粗糙度关于。在渠道内安装量水堰槽（参见图2），由于堰缺口或槽缩口比渠道横截面积小，因而，渠道上游水位与流量相应关系重要取决于堰槽几何尺寸。同样量水堰槽放在不同渠道上，相似液位相应相似流量。量水堰槽把流量转成了液位。通过测量流经量水堰槽内水流液位，可以依照相应量水堰槽水位-流量关系，求出流量。惯用量水堰槽种类如图2。

图2 惯用量水堰种类
量水堰槽水位—流量关系可以从国家计量检定规程《明渠堰槽流量计》JJG711—1990中查到。本文摘抄了某些惯用类型附后。
每种类型量水堰槽，均有自己固定水位—流量相应关系。拟定水位—流量关系时，三角堰规定要有渠道宽B、开口角度、上游堰坎高p参数；矩形堰要有渠道宽B、开口宽b、上游堰坎高p参数；而巴歇尔槽只规定有喉道宽度参数b。

三、巴歇尔堰槽构造
选取量水堰槽种类，要考虑渠道内流量大小，渠道内水流态，与否能形成自由流。流量不大于40升/秒时，普通应使用直角三角堰。不不大于40升/秒，普通应使用巴歇尔槽。流量不不大于40升/秒，渠道内水位落差又较大，可以使用矩形堰。安装堰板后，要在堰板堰口下游能形成“小瀑布”。量水堰槽可以用玻璃钢制作，也可以采用其他材料，加工尺寸要精确。三角堰和矩形堰堰口是核心尺寸，要更精确。朝向进水一侧表面要平滑。巴歇尔槽内尺寸要准，内表面要平滑。喉道某些是核心尺寸，要更精确。
总之，巴歇尔堰槽各部位尺寸，要严格按照规范中规定，不能四舍五入，也不能化零为整。
3.1 巴歇尔堰槽 (Parshall flume，简称P槽) 构造及尺寸
巴歇尔槽构造如图3。喉道宽从25mm至15m，已有定性尺寸。流量和喉道上游液位间关系式中，系数和指数均因规格而异。P槽可以用钢板或玻璃钢制成，对精度规定不高也可以用木板制作。也可以在现场用混凝土现浇。国内已有用聚氯乙烯塑料或玻璃钢制成定型商品。对表面粗糙度和尺寸公差ISO—9826、CJ/T 3008.3—1993和JJG 711—1990均提出了规定。

原理上喉道存在流量上限，喉道液位与收缩段液位比值(称作沉没比)应不大于规定值，否则便成为沉没流，且喉道应规定最高水位。
     若P槽下游侧水位明显上升（例如涨潮，汇合支流流量剧增）会产生测量误差，有时甚至无法测量，此时可在测量扩散段水位后，参照JJG 711 7.1.4～7.1.6所列图表计算流量。
    P槽流量计特点是：
    1） 水中固态物质几乎不沉积，随水流排出；
    2） 水位抬高比堰小，仅为1/4，合用于不容许有大落差渠道。
图4、巴歇尔槽安装在渠道上
巴歇尔槽标记尺寸是喉道宽“b”。一方面依照应用需要最大流量，从“附录二、巴歇尔槽水位—流量公式”中查出适当巴歇尔槽喉道宽“b”。再从“附录一、巴歇尔槽构造尺寸”中查出相应
喉道宽等于“b”巴歇尔槽其他尺寸。如“”、“”、“”、“”等等。按尺寸加工成形，安装在渠道上，如图4所示。
量水槽各部尺寸，，，值随喉口宽度而变，其关系为：

其她常数项经实验拟定为，普通状况下，＝0.6m，＝0.92m，＝0.08m，＝0.23m，＝0.05m，＝0.075m。依照渠道深度而定，高出上游水位0.1～0.2m，普通可采用1m。量水槽上、下游护底长为槽底高函数，其中，上游护底长＝4、下游护底长＝（6～8）。
各某些制作精度规定见CJ/T3008.3—1993。
3.2 流量计算公式
巴歇尔量水槽了流量计算分自由流和沉没流两种状况。
a) 沉没度＜0.7时为自由流，自由流流量公式：

式中：
－上游水尺读数(m)
－下游水尺读数(m)；
b－喉道宽度(m)；
当喉道宽度b=0.5～1.5m时，可用简化公式，按代入上式得

b) 沉没度0.7＜＜0.95时为沉没流，沉没流()流量公式：

对于沉没度不大于0.85原则槽，基自由流和沉没流也可用统一下列公式计算：

式中,为沉没度。当≤0.677 时，均以=0.677 代入计算；当＞0. 677 时，以实际值代入计算；当>0.95 时，巴歇尔槽已经失去测流作用，此时就要采用其他办法进行测流。
3.3 流量计算
巴歇尔槽水位—流量关系普通是形如： 公式。依照喉道宽“b”，从“附录二、巴歇尔槽水位—流量公式”中找出相应公式，代入水位值，求出相应流量。表1、2、3分别是喉道宽为0.025m，0.051m，2.1m巴歇尔槽水位流量相应关系。
表1 喉道0.025米巴歇尔槽水位流量相应表 水位单位：米 流量单位：升/秒
水位
0.000
0.010
0.020
0.030
0.040
0.050
0.060
0.070
0.080
0.090
流量
0.0000
0.0480
0.1405
0.2634
0.4114
0.5814
0.7712
0.9794
1.2046
1.4458
水位
0.100
0.110
0.120
0.130
0.140
0.150
0.160
0.170
0.180
0.190
流量
1.7023
1.9733
2.2582
2.5565
2.8677
3.1914
3.5271
3.8747
4.2336
4.6037
水位
0.200
0.210
0.220
0.230
0.240
0.250
0.260
0.270
0.280
0.290
流量
4.9846
5.3762
5.3762
5.3762
5.3762
5.3762
-
-
-
-
表2 喉道0.051米巴歇尔槽水位流量相应表 水位单位：米 流量单位：升/秒
水位
0.000
0.010
0.020
0.030
0.040
0.050
0.060
0.070
0.080
0.090
流量
0.0000
0.0959
0.2807
0.5263
0.8221
1.1617
1.5411
1.9571
2.4071
2.8892
水位
0.100
0.110
0.120
0.130
0.140
0.150
0.160
0.170
0.180
0.190
流量
3.4018
3.9434
4.5127
5.1088
5.7307
6.3775
7.0484
7.7429
8.4602
9.1997
水位
0.200
0.210
0.220
0.230
0.240
0.250
0.260
0.270
0.280
0.290
流量
9.9610
10.744
11.547
12.370
13.214
13.214
-
-
-
-
表3 喉道2.1米巴歇尔槽水位流量相应表 水位单位：米 流量单位：升/秒
水位
0.000
0.020
0.040
0.060
0.080
0.100
0.120
0.140
0.160
0.180
流量
0.0000
10.027
30.376
58.090
92.019
131.47
175.97
225.16
278.76
336.53
水位
0.200
0.220
0.240
0.260
0.280
0.300
0.320
0.340
0.360
0.380
流量
398.27
463.84
533.08
605.87
682.09
761.65
844.45
930.40
1019.4
1111.5
水位
0.400
0.420
0.440
0.460
0.480
0.500
0.520
0.540
0.560
0.580
流量
1206.5
1304.4
1405.1
1508.6
1614.9
1723.8
1835.4
1949.6
2066.3
2185.5
水位
0.600
0.620
0.640
0.660
0.680
0.700
0.720
0.740
0.760
0.780
流量
2307.3
2431.5
2558.1
2687.1
2818.5
2952.2
3088.2
3226.5
3367.1
3509.9

四、选型考虑要点
4.1 概述
针对都市供水引水渠、工业引水和排水渠、污水治理渠道等流量测量特点，应考虑如下因素选取适当测量办法。
    1） 水路大小和形状，流速范畴，最大流量和最小流量；
    2） 测量精准度规定；
    3） 流量计设立场合和环境条件；
    4） 液体状况，干净限度，具有固相浓度，腐蚀性；
    5） 现场容许落差（或升高水位）和渠道坡度；
    6） 与液体接触仪表零部件材料；
    7） 选用超声流速计和电磁流速计时要分别对液体浊度或电导率作调查，其规定可参照超声流量计和电磁流量计规定。 
4.2 估算渠道流量和抬高水位
对于新建单位可通过工艺流程计算渠道流量与拟安装位置，再选定仪表规格。对于老公司添置仪表要预计既有渠道流量和确认仪表上游容许升高水位；即拟定流量仪表规格和流量范畴，要取决于渠道峰流量和容许升高水位两个因素。
4.2.1预计峰流量
普通有投浮子法和日排放量估算法两种办法。
    1） 投浮子法
既有明渠可采用投浮子法测定和估算流量。选定在最大流量时，两人距离 (20～50m)立于直渠道旁，上游一人投放浮子（普通是木制圆片），下游一人在投放木片瞬间启动计时，当浮子到达时停止计时，得时间，求出渠道表面流速 () 。再测出渠道流通截面积 (m2)，便可从式(1)估算流量
    （1）
式中 —修正系数，因表面流速不不大于平均流速，普通取0.84～0.90。
    2)从日排放量估算峰流量
在没有条件用投浮子法或新建系统，可采用实际（或设计）排放量来预计峰流量，估算公式如式（2）或（3）
（2）
  （3）
式中 —不均匀系数，如为均匀持续排放，可取1.1～1.2；
—每天集中排放合计小时数，如为不均匀持续排放，则按集中排放小时计算。
4.2.2 拟定抬高水位
除流速-水位流量计和非满管电磁流量计外，渠道安装流量计后其上游均要抬高水位。对于新设计渠系可按测量流量范畴和周边环境条件全面考虑拟定升高水位高度。对于既有渠道在选定流量计时，要考虑上游渠系水位抬高后影响（如水位与否会漫溢出渠道），然后再按拟定水位升高高度和峰值流量值选定仪表规格。

4.3 明渠用流量计合用范畴和性能比较
表4 明渠用量水堰槽性能比较

各类量水槽特点前表已有所阐述，当前做综合比较。
    1）水头损失或上游侧抬高水位
流速—水位法没有因测量带来水头损失，别的几种办法渠道均要被截流或装入一段流量检测件段，抬高上游水位。潜水电磁流量计由于可装分流模型，升高水位可比较灵活地选取。
    2） 安装以便性
流量检测件自身和安装以槽最为复杂，堰和潜水电磁流量传感器相对简朴。但槽自身不会带来固体颗粒沉积，比较合用于污水排放。
    对已有渠道改造，安装流量检测件时挖掘工程量大，特别是暗渠要设立检查井（阴井），往往成为否定选用方案因素。
    除潜水电磁法外，其她各类办法上游均有顺直渠道(行近渠道)规定，这给选取测量点位置带来许多制约条件。

五、安装技术参照
流入侧水路流速分布要影响测量精度，因而要注意如下各点：
    1） 要有一段截面积不变直渠道。在急弯道或与支路汇合产生局部混合流动时，至少要有10倍喉宽长度顺直渠道，尽量更长些。
    2） 渠道与槽本体连接部位底平面要有1：4斜率，侧壁要有曲率半径为2倍以上最大流量水位高度曲面，或与中心线成450倾斜平面。
    3） 如渠道某处产生水力学水跃现象时，槽体应远离该处，至少应装在有30倍最大流量水位高度距离下游。
    4） 为改进流动条件，可在水位测量点上游10倍最大流量水位高度距离设立整流板或消能池。
    5） 设立槽体后渠道上游水位升高，注意防止水溢出渠道，必要时按现场条件挖深渠道或加高渠侧壁。流出侧水路要注意勿使其产生沉没流或逆向流，注意清除堆积物。

槽本体内流动状态要注意如下两点：
    1） 喉道处流动必要是临界流。为满足喉道段水位hd和收缩部水位h比值（即沉没比）符合规 定值，槽顶要有一定高度。并且停止流动时流出端水位不超过槽顶。
    2） 要检查和确认安装后状态和尺寸；
   • 收缩部底面（即槽顶）水平；
    • 喉道两侧平行度和垂直度；
    • 渠道中心线和槽本体流动方向中心一致性。    

水位计安装要注意如下各点：
    1） 直线测量 水位测量位置应在槽本体中心线和导水口垂直交点，安装时液位计应尽量接近该点。
    2） 间接测量 间接测量需设静水井和导水管，应注意如下事项：
    • 静水井应尽量接近槽本体垂直安装，静水井底部应低于槽顶；
    • 为清除静水井底部沉积物，应设排污阀和冲洗用水管；
    • 导水管内径原则上为20～50mm，导水管距离较长时应选取较大内径。
    3） 零点设立 液位计零点应以槽顶为设定零点。

详细安装技术阐明见CJ/T 3..8.3-1993(附后)。

附录一、巴歇尔槽构造尺寸
单位：米
类别
序号
喉道段
收缩段
扩散段
墙高
b
L
P1
B1
L1
La
B2
L2
P2
D
小

型
1
0.025
0.076
0.029
0.167
0.356
0.237
0.093
0.203
0.019
0.23
2
0.051
0.114
0.043
0.214
0.406
0.271
0.135
0.254
0.022
0.26
3
0.076
0.152
0.057
0.259
0.457
0.305
0.178
0.305
0.025
0.46
4
0.152
0.305
0.114
0.400
0.610
0.407
0.394
0.610
0.076
0.61
5
0.228
0.305
0.114
0.575
0.864
0.576
0.381
0.457
0.076
0.77

标

准

型
6
0.25
0.60
0.23
0.78
1.325
0.883
0.55
0.92
0.08
0.80
7
0.30
0.60
0.23
0.84
1.350
0.902
0.60
0.92
0.08
0.95
8
0.45
0.60
0.23
1.02
1.425
0.948
0.75
0.92
0.08
0.95
9
0.60
0.60
0.23
1.20
1.500
1.0
0.90
0.92
0.08
0.95
10
0.75
0.60
0.23
1.38
1.575
1.053
1.05
0.92
0.08
0.95
11
0.90
0.60
0.23
1.56
1.650
1.099
1.20
0.92
0.08
0.95
12
1.00
0.60
0.23
1.68
1.705
1.139
1.30
0.92
0.08
1.0
13
1.20
0.60
0.23
1.92
1.800
1.203
1.50
0.92
0.08
1.0
14
1.50
0.60
0.23
2.28
1.95
1.303
1.80
0.92
0.08
1.0
15
1.80
0.60
0.23
2.64
2.10
1.399
2.10
0.92
0.08
1.0
16
2.10
0.60
0.23
3.00
2.25
1.504
2.40
0.92
0.08
1.0
17
2.40
0.60
0.23
3.36
2.40
1.604
2.70
0.92
0.08
1.0

大

型
18
3.05
0.91
0.343
4.76
4.27
1.794
3.68
1.83
0.152
1.22
19
3.66
0.91
0.343
5.61
4.88
1.991
4.47
2.44
0.152
1.52
20
4.57
1.22
0.457
7.62
7.62
2.295
5.59
3.05
0.229
1.83
21
6.10
1.83
0.686
9.14
7.62
2.785
7.32
3.66
0.305
2.13
22
7.62
1.83
0.686
10.67
7.62
3.383
8.94
3.96
0.305
2.13
23
9.14
1.83
0.686
12.31
7.93
3.785
10.57
4.27
0.305
2.13
24
12.19
1.83
0.686
15.48
8.23
4.785
13.82
4.88
0.305
2.13
25
15.24
1.83
0.686
18.53
8.23
5.776
17.27
6.10
0.305
2.13

附录二、巴歇尔槽水位-流量公式

类

别
序

号
喉道宽度
b(m)
流量公式
Q=C*hn
(L/S)
水位范畴
h(m)
流量范畴
Q(L/S)
临界沉没度%
最小
最大
最小
最大

小

型
1
0.025
60.4h1.55
0.015
0.21
0.09
5.4
0.5
2
0.051
120.7h1.55
0.015
0.24
0.18
13.2
0.5
3
0.076
177.1h1.55
0.03
0.33
0.77
32.1
0.5
4
0.152
381.2h1.54
0.03
0.45
1.50
111.0
0.6
5
0.228
535.4h1.53
0.03
0.60
2.5
251
0.6

标

准

型
6
0.25
561h1.513
0.03
0.60
3.0
250
0.6
7
0.30
679h1.521
0.03
0.75
3.5
400
0.6
8
0.45
1038h1.537
0.03
0.75
4.5
630
0.6
9
0.60
1403h1.548
0.05
0.75
12.5
850
0.6
10
0.75
1772h1.557
0.06
0.75
25.0
1100
0.6
11
0.90
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大

型
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