玻璃鋼巴歇爾槽/水槽
安裝使用說(shuō)明書
參照標(biāo)準(zhǔn)：城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市排水流量堰槽測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)—巴歇爾堰槽》
CJ/T3008.3—1993中的有關(guān)條目。
一、概述
   非滿管狀態(tài)流動(dòng)的水路稱作明渠(Open Channel)，測(cè)量明渠中水流流量的儀表稱作明渠流量計(jì)。明渠流通剖面除圓形外，還有U形、梯形、矩形等多種形狀。
水路按其形態(tài)分類，各形態(tài)如下圖所示。ISO通常稱之為滿水管為封閉管道，流動(dòng)是在水泵壓力或高位槽位能作用下的強(qiáng)迫流動(dòng)。明渠流則是靠水路本身坡度形成的自由表面流動(dòng)。
   玻璃鋼巴歇爾槽/水槽應(yīng)用場(chǎng)所有城市供水引水渠、火電廠冷卻水引水和排水渠、污水治理流入和排放渠、工礦企業(yè)廢水排放以及水利工程和農(nóng)業(yè)灌溉用渠道。本文重點(diǎn)討論巴歇爾堰槽的安裝和流量測(cè)量的方法和儀表，不包括較大型的水利工程和農(nóng)業(yè)灌溉用的流量測(cè)量方法。
二、量水堰槽的測(cè)流量原理
   明渠的流量越大，液位越高；流量越小，液位越低（參見(jiàn)圖1）。對(duì)于一般的渠道，液位與流量沒(méi)有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。因?yàn)橥瑯拥乃睿髁康拇笮。€與渠道的橫截面積、坡度、粗糙度有關(guān)。在渠道安裝量水堰槽（參見(jiàn)圖2），由于堰的缺口或槽的縮口比渠道的橫截面積小，因此，渠道上游水位與流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系主要取決于堰槽的幾何尺寸。同樣的量水堰槽放在不同的渠道上，相同的液位對(duì)應(yīng)相同的流量。量水堰槽把流量轉(zhuǎn)成了液位。通過(guò)測(cè)量流經(jīng)量水堰槽水流的液位，可以根據(jù)相應(yīng)量水堰槽的水位-流量關(guān)系，求出流量。量水堰槽的水位—流量關(guān)系可以從國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程《明渠堰槽流量計(jì)》JJG711—1990中查到。本文摘抄了一些常用的類型附后。

   每種類型的量水堰槽，都有自己的固定水位—流量對(duì)應(yīng)關(guān)系。確定水位—流量關(guān)系時(shí)，三角堰要求要有渠道寬B、開(kāi)口角度、上游堰坎高p的參數(shù)；矩形堰要有渠道寬B、開(kāi)口寬b、上游堰坎高p的參數(shù)；而巴歇爾槽只要求有喉道寬度的參數(shù)b。
三、巴歇爾堰槽的構(gòu)造
   選擇量水堰槽的種類，要考慮渠道流量的大小，渠道水的流態(tài)，是否能形成自由流。流量小于40升/秒時(shí)，一般應(yīng)使用直角三角堰。大于40升/秒，一般應(yīng)使用巴歇爾槽。流量大于40升/秒，渠道水位落差又較大，可以使用矩形堰。安裝堰板后，要在堰板堰口的下游能形成“小瀑布"。量水堰槽可以用玻璃鋼制作，也可以采用其它材料，加工尺寸要準(zhǔn)確。三角堰和矩形堰的堰口是關(guān)鍵尺寸，要更準(zhǔn)確。朝向進(jìn)水一側(cè)表面要平滑。巴歇爾槽尺寸要準(zhǔn)，表面要平滑。喉道部分是關(guān)鍵尺寸，要更準(zhǔn)確。
   總之，巴歇爾堰槽的各部位尺寸，要嚴(yán)格按照規(guī)中的要求，不能四舍五入，也不能化零為整。
3.1 巴歇爾堰槽 (Parshall flume，簡(jiǎn)稱P槽) 結(jié)構(gòu)及尺寸
   巴歇爾槽的構(gòu)造如圖3。喉道寬從25mm至15m，已有定性尺寸。流量和喉道上游液位間的關(guān)系式中，系數(shù)和指數(shù)均因規(guī)格而異。P槽可以用鋼板或玻璃鋼制成，對(duì)精度要求不高的也可以用木板制作。也可以在現(xiàn)場(chǎng)用混凝土現(xiàn)澆。國(guó)已有用聚氯乙烯塑料或玻璃鋼制成的定型商品。對(duì)表面粗糙度和尺寸公差ISO—9826、CJ/T 3008.3—1993和JJG 711—1990均提出了要求。
   原理上喉道存在流量上限，喉道液位與收縮段液位的比值(稱作淹沒(méi)比)應(yīng)小于規(guī)定值，否則便成為淹沒(méi)流，且喉道應(yīng)規(guī)定高水位。
    若P槽下游側(cè)水位顯著上升（例如漲潮，匯合支流流量劇增）會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差，有時(shí)甚至無(wú)法測(cè)量，此時(shí)可在測(cè)量擴(kuò)散段水位后，參照JJG 711 7.1.4～7.1.6所列圖表計(jì)算流量。
   P槽流量計(jì)的特點(diǎn)是：
   1） 水中固態(tài)物質(zhì)幾乎不沉積，隨水流排出；
   2） 水位抬高比堰小，僅為1/4，適用于不允許有大落差的渠道。

   巴歇爾槽水位—流量關(guān)系一般是形如：根據(jù)喉道寬“b"，從“附錄二、巴歇爾槽水位—流量公式"中找出對(duì)應(yīng)的公式，代入水位值，求出對(duì)應(yīng)的流量。表1、2、3分別是喉道寬為0.025m，0.051m，2.1m巴歇爾槽的水位流量對(duì)應(yīng)關(guān)系。
表1     喉道0.025米巴歇爾槽水位流量對(duì)應(yīng)表    水位單位：米   流量單位：升/秒

表2    喉道0.051米巴歇爾槽水位流量對(duì)應(yīng)表    水位單位：米   流量單位：升/秒

表3     喉道2.1米巴歇爾槽水位流量對(duì)應(yīng)表     水位單位：米   流量單位：升/秒

四、選型考慮要點(diǎn)
4.1 概述
針對(duì)城市供水引水渠、工業(yè)引水和排水渠、污水治理渠道等流量測(cè)量特點(diǎn)，應(yīng)考慮以下因素選擇合適的測(cè)量方法。
   1） 水路大小和形狀，流速圍，大流量和小流量；
   2） 測(cè)量精確度要求；
   3） 流量計(jì)設(shè)置場(chǎng)所和環(huán)境條件；
   4） 液體狀況，潔凈程度，含有固相濃度，腐蝕性；
   5） 現(xiàn)場(chǎng)允許落差（或升高水位）和渠道坡度；
   6） 與液體接觸的儀表零部件材料；
   7） 選用超聲流速計(jì)和電磁流速計(jì)時(shí)要分別對(duì)液體濁度或電導(dǎo)率作調(diào)查，其要求可參照超聲流量計(jì)和電磁流量計(jì)要求。
4.2 估算渠道流量和抬高水位
對(duì)于新建單位可通過(guò)工藝流程計(jì)算渠道流量與擬安裝位置，再選定儀表規(guī)格。對(duì)于老企業(yè)添置儀表要估計(jì)既有渠道流量和確認(rèn)儀表上游允許升高水位；即確定流量?jī)x表規(guī)格和流量圍，要取決于渠道峰流量和允許升高水位兩個(gè)因素。
4.2.1估計(jì)峰流量
4.2.2 確定抬高水位
除流速-水位流量計(jì)和非滿管電磁流量計(jì)外，渠道安裝流量計(jì)后其上游均要抬高水位。對(duì)于新設(shè)計(jì)的渠系可按測(cè)量流量圍和周邊環(huán)境條件全面考慮確定升高水位高度。對(duì)于現(xiàn)有渠道在選定流量計(jì)時(shí)，要考慮上游渠系水位抬高后的影響（如水位是否會(huì)漫溢出渠道），然后再按確定的水位升高高度和峰值流量值選定儀表規(guī)格。
各類量水槽的特點(diǎn)前表已有所論述，現(xiàn)在做綜合比較。
   1）水頭損失或上游側(cè)抬高水位
流速—水位法沒(méi)有因測(cè)量帶來(lái)水頭損失，其余幾種方法渠道均要被截流或裝入一段流量檢測(cè)件段，抬高上游水位。潛水電磁流量計(jì)由于可裝分流模型，升高水位可比較靈活地選擇。
   2） 安裝方便性
流量檢測(cè)件本身和安裝以槽為復(fù)雜，堰和潛水電磁流量傳感器相對(duì)簡(jiǎn)單。但槽本身不會(huì)帶來(lái)固體顆粒的沉積，比較適用于污水的排放。
   對(duì)已有渠道改造，安裝流量檢測(cè)件時(shí)挖掘工程量大，特別是暗渠要設(shè)置檢查井（陰井），往往成為否定選用方案的原因。
   除潛水電磁法外，其他各類方法上游均有順直渠道(行近渠道)要求，這給選擇測(cè)量點(diǎn)位置帶來(lái)許多制約條件。                                              
五、巴歇爾槽材質(zhì)選擇
目前市面上巴歇爾槽材質(zhì)大部分采用PVU玻璃鋼復(fù)合增強(qiáng)合成材料、不銹鋼材料、鍍鋅材料、混凝土材料、塑料材料等，根據(jù)使用環(huán)境條件選擇適合的成品材料，使用廣泛的以PVU玻璃鋼復(fù)合材料居多，不同材料優(yōu)缺點(diǎn)：由于鍍鋅鋼板的耐腐蝕性差和普通塑料的變形大，應(yīng)用很少，不做比較。

六、安裝技術(shù)參考
流入側(cè)水路的流速分布要影響測(cè)量精度，因此要注意以下各點(diǎn)：
   1） 要有一段截面積不變的直渠道。在急彎道或與支路匯合產(chǎn)生局部混合流動(dòng)時(shí)，至少要有10倍喉寬長(zhǎng)度的順直渠道，盡可能更長(zhǎng)些。
   2） 渠道與槽本體連接部位底平面要有1：4的斜率，側(cè)壁要有曲率半徑為2倍以上大流量水位高度的曲面，或與中心線成450傾斜的平面。
   3） 如渠道某處產(chǎn)生水力學(xué)水躍現(xiàn)象時(shí)，槽體應(yīng)遠(yuǎn)離該處，至少應(yīng)裝在有30倍大流量水位高度距離的下游。
   4） 為改善流動(dòng)條件，可在水位測(cè)量點(diǎn)上游10倍大流量水位高度的距離設(shè)置整流板或消能池。
   5） 設(shè)置槽體后渠道上游水位升高，注意防止水溢出渠道，必要時(shí)按現(xiàn)場(chǎng)條件挖深渠道或加高渠側(cè)壁。流出側(cè)水路要注意勿使其產(chǎn)生淹沒(méi)流或逆向流，注意清除堆積物。

槽本體流動(dòng)狀態(tài)要注意以下兩點(diǎn)：
   1） 喉道處的流動(dòng)必須是臨界流。為滿足喉道段水位hd和收縮部水位h的比值（即淹沒(méi)比）符合規(guī)                定值，槽頂要有一定高度。并且停止流動(dòng)時(shí)流出端水位不超過(guò)槽頂。
   2） 要檢查和確認(rèn)安裝后狀態(tài)和尺寸；
   • 收縮部底面（即槽頂）的水平；
   • 喉道兩側(cè)平行度和垂直度；
   • 渠道中心線和槽本體流動(dòng)方向中心的一致性。    

水位計(jì)安裝要注意以下各點(diǎn)：
   1） 直線測(cè)量  水位測(cè)量位置應(yīng)在槽本體中心線和導(dǎo)水口垂直交點(diǎn)，安裝時(shí)液位計(jì)應(yīng)盡量接近該點(diǎn)。
   2） 間接測(cè)量  間接測(cè)量需設(shè)靜水井和導(dǎo)水管，應(yīng)注意以下事項(xiàng)：
   • 靜水井應(yīng)盡可能靠近槽本體垂直安裝，靜水井底部應(yīng)低于槽頂；
   • 為清除靜水井底部沉積物，應(yīng)設(shè)排污閥和沖洗用水管；
   • 導(dǎo)水管徑原則上為20～50mm，導(dǎo)水管距離較長(zhǎng)時(shí)應(yīng)選擇較大徑。
   3） 零點(diǎn)設(shè)置 液位計(jì)的零點(diǎn)應(yīng)以槽頂為設(shè)定零點(diǎn)。

詳細(xì)安裝技術(shù)說(shuō)明見(jiàn)CJ/T 3..8.3-1993(附后)。

附錄一、巴歇爾槽構(gòu)造尺寸
                                                                     單位：米

附錄二、巴歇爾槽水位-流量公式