牛國(guó)旭 鄭煊倫 李俊杰

(溫州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院 浙江 溫州 325006)

一、前言

隨著社會(huì)的發(fā)展，在水稻和小麥等大面積種植的農(nóng)作物灌溉方面，管理方便并且投資成本低的U形渠道成為農(nóng)業(yè)灌溉用水的主要輸送形式。U型渠大規(guī)模推廣使用的同時(shí)，能夠有效確保田間灌溉質(zhì)量的灌區(qū)量水技術(shù)儼然成為一個(gè)基礎(chǔ)的、關(guān)鍵性的問題。它對(duì)于搞好灌區(qū)的經(jīng)營(yíng)治理、提高灌區(qū)的經(jīng)濟(jì)效益、實(shí)現(xiàn)按量收費(fèi)、發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)具有重要意義。

據(jù)了解，已有的量水設(shè)施大多是在矩形渠道、梯形渠道的基礎(chǔ)上開發(fā)完成的，由于渠道斷面結(jié)構(gòu)大多不同，這些量水設(shè)施在應(yīng)用于U形斷面渠道量水時(shí)往往存在安裝困難、測(cè)流誤差大、甚至水流條件不滿足量測(cè)要求的現(xiàn)象。隨著農(nóng)渠及田間工程改造的推進(jìn)，量水柱由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、便于修建、抗淤堵能力強(qiáng)、自由出流時(shí)測(cè)流精度較高，成為了與U形渠道相配套的量水設(shè)施。

但目前大多學(xué)者將研究的重點(diǎn)多放在如何找到一種最優(yōu)斷面的量水柱，而鮮有人研究如何將已經(jīng)研制出的量水柱應(yīng)用在實(shí)際中，這也直接影響到量水柱的推廣應(yīng)用。現(xiàn)急需一種固定裝置，包括支撐結(jié)構(gòu)和設(shè)置在上述支撐結(jié)構(gòu)上的夾持裝置，量水柱安裝在所述夾持裝置上，并采用一些手段將整個(gè)裝置固定在U形渠兩岸。

二、量水柱固定裝置研制案例

(一)U形渠道圓頭量水柱測(cè)流原理

在U形渠道軸線適當(dāng)位置處垂直安裝圓頭量水柱，柱前上游渠道中水流為緩流，當(dāng)水流通過柱體時(shí)在其喉口處形成局部收縮，受到側(cè)收縮的影響，過流斷面形成足夠的水面降落，水流流速增加，勢(shì)能與動(dòng)能發(fā)生轉(zhuǎn)換，并在喉口附近產(chǎn)生臨界流，隨后進(jìn)入急流狀態(tài)，與下游水流銜接。因此，下游水流在相當(dāng)長(zhǎng)的一段水深范圍內(nèi)不會(huì)影響上游水流。故而，流量與上游堰頂水頭可構(gòu)成穩(wěn)定單一的關(guān)系。根據(jù)能量守恒原理，即可得到過槽流量。

(二)前人研究案例

西北農(nóng)林科技大學(xué)王玉寶等人自主研發(fā)了一套U形渠道流量測(cè)量裝置。該裝置包括內(nèi)部裝有柱體的測(cè)量筒，且在量水柱兩側(cè)設(shè)置兩板。兩板在保證形成臨界流的同時(shí)，還可以有效縮減量水柱體積，使得柱內(nèi)水深與駐點(diǎn)水深相等，測(cè)量柱內(nèi)水深即可獲得駐點(diǎn)水深。此種方法雖然提高了測(cè)量精度，但需要破壞U形渠底進(jìn)而預(yù)埋混凝土固定塊，這也使得此方法固定量水柱效率低下且會(huì)造成資源的一定浪費(fèi)，因此很難實(shí)現(xiàn)對(duì)此法的推廣。

(三)本人研制固定裝置案例

對(duì)于小尺寸U型渠進(jìn)行量水柱測(cè)量比較方便，但對(duì)于大尺寸U型渠的測(cè)量?jī)H靠人力扶持量水柱測(cè)量困難重重。針對(duì)此種情況，現(xiàn)研制一種測(cè)流用量水柱夾持裝置，如圖1、圖2所示，此裝置包括夾持結(jié)構(gòu)和設(shè)置在所述夾持結(jié)構(gòu)上的桿件結(jié)構(gòu)。具體形式如下：

圖1 夾持裝置立體圖

圖2 斜撐桿件局部圖

上圖中，1為U型渠、2為支撐塊、3為斜撐桿外桿、301為斜撐桿內(nèi)桿、303為緊固螺絲、4為鎖緊螺栓、5為水平支撐粗桿、6為水平支撐粗桿調(diào)節(jié)器、7為水平支撐細(xì)桿、8水平支撐細(xì)桿調(diào)節(jié)器、9為圓頭量水柱、10為卡箍金屬片。

1.固定裝置材料與設(shè)計(jì)

其中，水平支撐粗(細(xì))桿選用不銹鋼鋼管材料。其中水平支撐細(xì)桿選用壁厚為1.5mm、直徑為3cm的鋼管，水平支撐粗桿選用壁厚為3mm、直徑為5cm的鋼管。圓頭量水柱9為聚氯乙烯制作的空心薄壁圓柱體。

2.固定裝置使用方法

使用固定裝置前將圓頭量水柱9緊固在兩個(gè)對(duì)稱布置的卡箍金屬片10中，預(yù)估U型渠的寬度并將其垂直放置在水渠軸線處，根據(jù)水渠寬度調(diào)整斜撐桿3和水平支撐桿5的長(zhǎng)度。其中對(duì)斜撐桿而言，因其為不同直徑桿嵌套，所以只需要對(duì)內(nèi)桿301通過伸縮便可調(diào)整其長(zhǎng)度,待長(zhǎng)度確定以后使用彈簧凸起302將外桿3進(jìn)行固定。對(duì)水平支撐桿5和7而言，只可以進(jìn)行小幅度的調(diào)整。分別轉(zhuǎn)動(dòng)水平支撐桿5和7外端進(jìn)而帶動(dòng)內(nèi)端在調(diào)節(jié)器6和8中旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)水平支撐桿總體長(zhǎng)度與U形渠寬的匹配。待所有構(gòu)件調(diào)整完畢以后,放入水渠中，此時(shí)只需通過擰緊緊固螺絲303使得整個(gè)裝置保持沿水渠軸線對(duì)稱放置。待一切就緒以后，只需用腳力下壓夾持裝置便可以實(shí)現(xiàn)量水柱的固定。

其中水平支撐桿5和7的局部圖如圖1所示，由圖可知水平桿的端部裝有一段螺紋鋼管，而調(diào)節(jié)器內(nèi)部又自帶內(nèi)螺紋，兩個(gè)構(gòu)件進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)螺紋聯(lián)接。使用過程中，調(diào)節(jié)器6和8可通過螺紋配合實(shí)現(xiàn)對(duì)水平支撐桿長(zhǎng)度的調(diào)整使得夾持裝置可隨時(shí)與U型渠的寬度保持一致?？ü拷饘倨?0為圓弧形，為了使其和量水柱受力更充分，需將其弧度曲率半徑與圓頭量水柱橫截面圓相當(dāng)。

(四)優(yōu)點(diǎn)

具有重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，方便調(diào)節(jié)，堅(jiān)固耐用，穩(wěn)定性好，節(jié)省時(shí)間和資源。零部件安裝、調(diào)整、拆卸方便。

三、總結(jié)

本文在充分利用U形渠獨(dú)有的外觀基礎(chǔ)上研制了此種固定裝置，解決了體型中等以上U形渠量水柱測(cè)流難、固定裝置笨重等遺留問題，為量水柱的進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供了參考。