張一鴻

（寶雞市馮家山水庫(kù)管理局　陜西　寶雞　721300）

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明渠斷面改造后測(cè)流問(wèn)題探討

張一鴻

（寶雞市馮家山水庫(kù)管理局陜西寶雞721300）

摘要本文通過(guò)對(duì)更新改造后新的干渠斷面測(cè)流問(wèn)題的探討，解決了“弧底梯形”斷面水尺的標(biāo)注問(wèn)題、測(cè)速垂線的定線及布設(shè)問(wèn)題、測(cè)速垂線間部分面積的計(jì)算以及測(cè)線上測(cè)點(diǎn)數(shù)目的靈活確定等問(wèn)題，并由此推廣解決了小斷面渠道“變態(tài)U型”斷面的測(cè)流問(wèn)題。對(duì)于灌區(qū)準(zhǔn)確測(cè)水量水、優(yōu)化渠系供水調(diào)度具有基礎(chǔ)性作用。

關(guān)鍵詞斷面更新改造；測(cè)流問(wèn)題探討

1　干渠斷面更新改造的背景

馮家山水庫(kù)灌區(qū)有總干渠、北干渠、南干渠、西干渠四條干渠，總長(zhǎng)度119.827km?？偢汕?971年動(dòng)工，1972年底襯砌完成竣工；北干渠于1972年～1974年完成上段施工任務(wù)，1973年～1975年完成下段施工任務(wù)。南干渠于1971年動(dòng)工，1972年底襯砌完成竣工；西干渠于1972年10月開(kāi)工，1974年12月竣工。在原灌區(qū)工程建設(shè)時(shí)期，為減少滲漏損失，提高渠道水有效利用系數(shù)，渠道的設(shè)計(jì)、施工均為混凝土襯砌的梯形斷面；干渠測(cè)流工作均依據(jù)梯形斷面布設(shè)測(cè)速垂線施測(cè)。四條干渠渠首設(shè)計(jì)流量分別為：總干渠36m3/s、北干渠22m3/s、南干渠8m3/s、西干渠4.5m3/s。由于北干渠和南干渠較長(zhǎng)，從渠首到末端的設(shè)計(jì)流量和斷面尺寸逐段減小，北干渠設(shè)計(jì)流量分段為22m3/s、19m3/s、13m3/s、8.15m3/s和5m3/s；南干渠設(shè)計(jì)流量分段為8m3/s、5.5m3/s、5m3/s、4m3/s和3m3/s。

1993年，陜西省政府提出關(guān)中灌區(qū)改造計(jì)劃，并確定為省“九五”水利建設(shè)重點(diǎn)項(xiàng)目。1995年以后，北干渠和南干渠逐步分段實(shí)施更新改造，局部區(qū)段采用了“弧底梯形”斷面。北干渠42+364～43+534段長(zhǎng)度1.17km為“弧底梯形”斷面。南干渠9+667～10+667段，14+274～17+520段，18+065～20+135段，22+737～23+969段和25+115～26+615段合計(jì)長(zhǎng)度9.048km為“弧底梯形”斷面。不過(guò)，以上這些改造區(qū)段繞過(guò)了原有的梯形測(cè)流斷面，對(duì)渠道測(cè)流工作沒(méi)有影響。

近年來(lái)，隨著灌區(qū)項(xiàng)目建設(shè)力度的增加，渠道更新改造速度加快，已經(jīng)有更多區(qū)段實(shí)施了新改造。2014年至2015年，北干渠15+167～15+797段，15+879～17+559段，17+ 641～17+703段，17+789～18+318段，18+357 ～18+374段，18+444～18+741.5段，18+958.5～19+733段和19+800～19+852段合計(jì)長(zhǎng)度4.042km改造為底寬2.5m的“弧底梯形”斷面；26+091～27+494段，27+563～29+877段，30+064～30+454段和30+611～31+415段合計(jì)長(zhǎng)度4.911km改造為底寬2.0m的“弧底梯形”斷面。在北干渠涉及梯形測(cè)流斷面改造的有“底寺”測(cè)流點(diǎn)和“八支”測(cè)流點(diǎn)，這兩個(gè)測(cè)流點(diǎn)斷面是梯形改“弧底梯形”。

2013年～2014年，南干渠6+412～9+115段，11+124～14+274段和17+520～18+065段合計(jì)長(zhǎng)度6.398km改造為弧半徑3m的“變態(tài)U形”斷面；20+135～22+459段長(zhǎng)度2.324km改造為弧半徑2.4m的“變態(tài)U形”斷面；23+969～24+003段和26+615～27+825段合計(jì)長(zhǎng)度1.244km改造為弧半徑2.0m的“變態(tài)U形”斷面。在南干渠涉及梯形測(cè)流斷面改造的有“南三支”測(cè)流點(diǎn)和“強(qiáng)家溝”測(cè)流點(diǎn)，這兩個(gè)測(cè)流點(diǎn)斷面是梯形改“變態(tài)U形”。

2　干渠斷面測(cè)流問(wèn)題探討

圖1　水深等于1.425m時(shí)部分面積計(jì)算圖

由于渠道更新改造，渠道斷面的變化影響到測(cè)流斷面形狀的改變，必然導(dǎo)致基本測(cè)線位置的重新確定和布設(shè)，相應(yīng)的基本測(cè)線距會(huì)發(fā)生改變，測(cè)線間部分面積的計(jì)算會(huì)有所不同?，F(xiàn)在，以北干渠“底寺”測(cè)流點(diǎn)為例來(lái)進(jìn)行討論。

底寺測(cè)流斷面位于北干渠18+450處，原斷面為梯形，設(shè)計(jì)流量22m3/s,加大流量26m3/s，渠底寬3.41m,襯砌高3.06 m，左岸內(nèi)坡比1∶1.269,右岸內(nèi)坡比1∶1.256，基本測(cè)線距0.853m，基本測(cè)線數(shù)5條。2015年春季，因渠道更新改造，該測(cè)流斷面在原樁號(hào)處由梯形變?yōu)椤盎〉滋菪巍?，設(shè)計(jì)流量22m3/s,加大流量26m3/s，渠底中間水平段寬2.5m，渠底兩邊圓弧段水平投影寬各為0.89m，襯砌高3.36 m，設(shè)計(jì)水深2.63 m，加大水深2.86 m，左右岸內(nèi)坡比均為1∶1.25。

2.1水尺的標(biāo)注

圖2　水深大于1.425m時(shí)部分面積計(jì)算圖

“底寺”測(cè)流點(diǎn)原梯形斷面水尺的標(biāo)注是從渠底坡腳起算，起始值為0m，按實(shí)測(cè)內(nèi)坡比計(jì)算出垂直高度后，將水尺和數(shù)值標(biāo)注在斜坡上?，F(xiàn)改為“弧底梯形”斷面的水尺，宜從渠底弧段的外沿切點(diǎn)起算，起始值為0.31m（依據(jù)現(xiàn)斷面設(shè)計(jì)值確定），然后根據(jù)實(shí)測(cè)內(nèi)坡比計(jì)算出垂直高度，將水尺和數(shù)值標(biāo)注在斜坡上。（圖1所示）

圖3　均勻布設(shè)測(cè)線“死水位”面積計(jì)算分?jǐn)倛D

表1　渠道流量測(cè)驗(yàn)記載計(jì)算

表2　渠道流量測(cè)驗(yàn)記載計(jì)算

2.2測(cè)速垂線的確定及布設(shè)

根據(jù)水文測(cè)驗(yàn)規(guī)范：水面寬1.5m～5m時(shí)，可確定3～5條測(cè)線；水面寬5 m～15m時(shí)，可確定5～9條測(cè)線?！暗姿隆睖y(cè)流點(diǎn)“弧底梯形”斷面設(shè)計(jì)流量下水位的水面寬10.05m（依據(jù)現(xiàn)斷面設(shè)計(jì)值確定），加大流量下水位的水面寬10.06m（依據(jù)現(xiàn)斷面設(shè)計(jì)值確定），故該測(cè)流點(diǎn)基本測(cè)線數(shù)可確定為5條。

2.2.1方案一

各測(cè)速垂線的位置分別是：第一條測(cè)線在左側(cè)圓弧段外沿切點(diǎn)上，第二條在左側(cè)圓弧段內(nèi)沿切點(diǎn)上，第三條在渠道斷面中線上，第四條在右側(cè)圓弧段內(nèi)沿切點(diǎn)上，第五條在右側(cè)圓弧段外沿切點(diǎn)上。若需增加測(cè)線，則可向兩邊坡延伸增加。這樣布設(shè)5條基本測(cè)線，測(cè)線距分別為0.89m、1.25m、1.25m和0.89m，有利于精確計(jì)算測(cè)線間部分面積。當(dāng)水深等于1.425m時(shí)，垂線間部分面積的計(jì)算：A1和A6為三角形面積，A2和A5為三角形與扇形面積之和，A3和A4為矩形面積。（如圖1所示）

當(dāng)水深大于1.425m時(shí)，垂線間部分面積的計(jì)算：A1和A6為三角形面積，A2和A5為梯形與扇形面積之和，A3和A4為矩形面積。（如圖2所示）

2.2.2方案二

各測(cè)速垂線的位置分別是：第一條測(cè)線在左側(cè)圓弧段外沿切點(diǎn)上，第五條在右側(cè)圓弧段外沿切點(diǎn)上，兩測(cè)線間水平投影總長(zhǎng)4.28m,第二、三、四條測(cè)線均勻布設(shè)，平均測(cè)線距離為1.07m；若需增加測(cè)線，同樣向兩邊坡延伸增加即可。這樣布設(shè)5條基本測(cè)線，測(cè)線距均勻，可把0.31m以下水深面積看做“死水位”面積，固定分?jǐn)偟礁鳒y(cè)線間部分面積即可。（如圖3所示）S1、S2、S3、S4的面積，分別固定分?jǐn)偟健皽y(cè)線1”和“測(cè)線2”、“測(cè)線2”和“測(cè)線3”、“測(cè)線3”和“測(cè)線4”以及“測(cè)線4”和“測(cè)線5”之間的部分面積即可。把0.31m以上水深面積視為梯形斷面，與原流量施測(cè)同樣對(duì)待，而且記錄計(jì)算表式只增加固定分?jǐn)偟摹八浪弧泵娣e，其余項(xiàng)不變。

“死水位”面積的計(jì)算：

“方案二”記錄計(jì)算表式如下：

2.3測(cè)點(diǎn)數(shù)目的確定

根據(jù)水文測(cè)驗(yàn)規(guī)范，“底寺”測(cè)流點(diǎn)水深在0.4m～1.0m，采用一點(diǎn)法或兩點(diǎn)法；水深在1.0 m以上，可用三點(diǎn)法或五點(diǎn)法。

3　結(jié)論和推論

通過(guò)對(duì)北干渠“底寺”測(cè)流點(diǎn)測(cè)線布設(shè)“方案一”和“方案二”的比較，可用看出“方案二”具有測(cè)線距均勻、各測(cè)線間部分面積計(jì)算方便、與原流量施測(cè)步驟和方法相同、記錄計(jì)算表式一致等優(yōu)點(diǎn)，是理想的測(cè)速垂線布設(shè)方案。至此，容易得出推論：“方案二”也適用于馮家山灌區(qū)南干渠“變態(tài)U形”斷面流量的施測(cè)。

下面，以南干渠強(qiáng)家溝測(cè)流斷面為例推論：

3.1“變態(tài)U形”斷面尺寸和水尺標(biāo)注

強(qiáng)家溝測(cè)流斷面位于南干渠樁號(hào)27+450處，弧底半徑2.0m，弧底水平投影寬為2.828m,襯砌高1.75 m,設(shè)計(jì)流量4.02m3/s,加大流量5.04m3/s，設(shè)計(jì)水深1.38 m，加大水深1.54m，襯砌開(kāi)口寬度5.156m，左右岸內(nèi)坡比均為1∶1。該“變態(tài)U形”斷面的水尺，宜從渠底弧段與邊坡的切點(diǎn)起算，起始值為0.59m（依據(jù)現(xiàn)斷面設(shè)計(jì)值確定），然后根據(jù)實(shí)測(cè)內(nèi)坡比計(jì)算出垂直高度，將水尺和數(shù)值標(biāo)注在斜坡上（如圖4所示）。

3.2基本測(cè)線方案和計(jì)算

強(qiáng)家溝測(cè)流斷面布設(shè)基本測(cè)線數(shù)3條，第一條在左側(cè)圓弧段切點(diǎn)上，第二條在渠道斷面中線上，第三條在右側(cè)圓弧段切點(diǎn)上。當(dāng)水深大于1.5 m時(shí)，在兩邊渠坡各加一條測(cè)線（如圖4所示）。

這樣布設(shè)3條基本測(cè)線，在必要時(shí)兩邊渠坡可各加一條測(cè)線。在整個(gè)過(guò)水?dāng)嗝嬷?，可以?.59m以下水深面積看做“死水位”面積（如圖4中S1、S2的面積），固定分?jǐn)偟健皽y(cè)線1”和“測(cè)線2”以及“測(cè)線2”和“測(cè)線3”之間的部分面積即可。把0.59m以上水深面積視為梯形斷面，與原流量施測(cè)同樣對(duì)待，且記錄計(jì)算表式只增加固定分?jǐn)偟摹八浪弧泵娣e，其余項(xiàng)不變。

“死水位”面積的計(jì)算：

S1=S2=（3.14×2×2/4.2×2/2）/2=0.57（m2）

南干渠“變態(tài)U形”斷面流量施測(cè)記錄計(jì)算表式如表2所示。

4　結(jié)語(yǔ)

渠道工程更新改造后，使得測(cè)流斷面形狀發(fā)生改變，必然導(dǎo)致基本測(cè)線位置等測(cè)流要素的變化。在此情況下，合理確定和布設(shè)測(cè)速垂線（主要因素）、測(cè)量相應(yīng)的基本測(cè)線距、設(shè)定測(cè)線間部分面積的計(jì)算方法以及靈活確定測(cè)線上測(cè)點(diǎn)的數(shù)目等，對(duì)于改善斷面測(cè)流技術(shù)、提高斷面測(cè)水量水準(zhǔn)確率意義重大。本文的“結(jié)論和推論”回答了“弧底梯形”斷面和“變態(tài)U型”斷面測(cè)速垂線的定線及布設(shè)問(wèn)題、測(cè)速垂線間部分面積的計(jì)算問(wèn)題、測(cè)線上測(cè)點(diǎn)數(shù)目的靈活確定等，對(duì)于灌區(qū)準(zhǔn)確測(cè)水量水、優(yōu)化渠系供水調(diào)度具有十分重要的作用。陜西水利

參考文獻(xiàn)：

[1]寶雞市馮家山水庫(kù)管理局編，《馮家山水庫(kù)志》.西安:陜西人民出版社,2004 ISBN 7.224.06981.7

[2]水利部水文司主編，《水文普通測(cè)量規(guī)范》（SL58.93）.北京：水利電力出版社，1993

（責(zé)任編輯：唐紅云）

中圖分類號(hào)：P332

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A