【摘 要】
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作为农业大国,目前灌区所存在的问题并不符合现代化建设的要求,实现量水设施测控一体化有助于推动现代化建设。目前平板闸门仍为灌区常见的渠系量水建筑物,但在闸门全开时往往由于闸墩形式比较传统无法实现测流功能,虽然可通过加装其他量水设施补足闸门全开时的测流功能但也随之产生了二次水头损失,为此有必要对闸墩形式进行创新使这些闸涵兼备特设量水设施的优越性能,又具有正常的引水分水功能,通过对新型组合装置的水力性能
【基金项目】
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公益性行业（农业）科研专项（201503125）“河西走廊玉米小麦水肥一体化高效施用设备与运用方案”； “十三五”国家重点研发计划（2016YF0400200）“西北典型农区高效节水灌溉技术与集成应用”；
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作为农业大国,目前灌区所存在的问题并不符合现代化建设的要求,实现量水设施测控一体化有助于推动现代化建设。目前平板闸门仍为灌区常见的渠系量水建筑物,但在闸门全开时往往由于闸墩形式比较传统无法实现测流功能,虽然可通过加装其他量水设施补足闸门全开时的测流功能但也随之产生了二次水头损失,为此有必要对闸墩形式进行创新使这些闸涵兼备特设量水设施的优越性能,又具有正常的引水分水功能,通过对新型组合装置的水力性能及测流公式进行探究,为灌区量水设施应用及研发提供参考。渠道过流量和堰流精度都受闸墩型式的影响,可通过改变闸墩形状提高测流精度。在各种量水槽中,机翼形量水槽具有测量精度高、不易淤积、水头损失小等优点,并在不同形状渠道上完成了该量水槽的标准化、系列化研究工作;将该类量水槽与闸门结合,可实现量水槽测流精度高、闸门便于调控的优势。通过对特定体型的机翼型闸墩量水闸门进行物理模型试验,分析在不同流量开度组合下该装置的水力性能并建立其水位流量关系式;利用数值模拟研究4种收缩比、1种渠宽下沿程水深变化、傅汝德数、水头损失等水力性能,结合物理模型试验和数值模拟的基础上可提出机翼型闸墩量水闸门的测流方法。研究结论主要有以下几点:（1）机翼型闸墩量水闸门各体型参数下沿程水深变化规律基本一致:闸门开度相同时,上游水深随着流量的增大而增大,同时水深最低点逐渐收敛且远离闸门;下游闸墩区域内的水深随流量的增大而降低,但墩后水深逐渐增大,且水翅的起跃点随之后移,其跨度与高度呈缓慢增加的趋势。相同流量下,上游水深随着开度增加而降低,同时水深最低点逐突出且靠近闸门;下游闸墩内的水深过渡更平滑,墩后水深相近而水翅的起跃点随之前移,其跨度与高度呈增加的趋势。（2）机翼型闸墩收缩比和闸门开度相同时,随着流量的增大,闸墩前区域流速变小但闸孔处流量变大,拖拽现象弱化;相同收缩比和流量下,随着开度的增加,闸墩前区域流速变大但闸孔处流量变小,拖拽现象加强;相同流量和开度下,随着收缩比的增大,闸墩前区域流速变大但闸孔处流量变小,拖拽现象加强。（3）由于受机翼型闸墩和渠宽的影响,堰孔流转化的临界相对开度（堰孔流判别阈值）与平底坎闸孔出流e0/H3＜0.65的判别阈值存在一定差异,通过模型试验结果和数值模拟结果对比发现规律基本相同:不同体型参数下阈值都随流量增加而升高,相同渠宽下不同收缩比的起始阈值基本相同,但其变化斜率随渠宽变大而降低,而相同收缩比下不同渠宽起始阈值不同其变化斜率随收缩比变大而升高;而B=60 cm、ε=0.676模型试验得到的结论与数值模拟试验不一致是由于低水深下其粘滞性较大导致喉口处水深偏大。（4）在同一开度下,上游傅汝德数随着流量增加而降低且开度越大其随流量变化的斜率越低;当流量相同时,上游傅汝德数随着开度增加而升高且流量越大其随开度变化的斜率越低;而在渠宽相同下,收缩比越大上游傅汝德数逐渐升高且涉及范围变大;而当收缩比相同时,上游傅汝德数随着渠宽变大而升高且流量越大其随开度变化的斜率越低;同时闸后傅汝德数主要受流速影响,在大流量或小开度下闸后傅汝德数较大,开度越小跃升越明显。（5）同一开度下水头损失随着流量增加而变大,开度越大其随流量变化的斜率越低;同一流量时,水头损失随着开度增加而降低,流量越大其随开度变化的斜率越低;在相同渠宽下,水头损失随收缩比变大而降低且随开度增加斜率越低;在同一收缩比下,水头损失随渠宽变大而降低且随开度增加斜率越低;而当喉宽相同时,水头损失主要是受闸墩的侧收缩影响,水头损失随收缩比增大逐渐降低,但流量涉及范围基本一致。（6）结合物理模型试验和数值模拟试验,通过对试验结果进行拟合从而建立不同体型机翼型闸墩量水闸门的测流公式,堰流状态下通过水深流量关系进行拟合,而在闸孔出流下则是对流量系数和相对开度间的关系进行拟合,拟合后得到复相关系数R~2均大于0.91,说明各流态下计算流量与实测流量的吻合度较高,同时它们的平均误差均小于5%,满足灌区的量水精度要求。
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