灌溉排水学报JournalofIrrigationandDrainage文章编号：1672-3317(2008)01-0077-05U形渠道竖向流速分布规律及测流技术研究雒天峰吕宏兴2,王红霞】（1.甘肃省水利科学研究院，兰州730000；2.西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西杨凌712100）摘要：在分析国内外学者对明渠水流流速分布规律研究成果的基础上，利用二次函数和对数公式对U形渠道实测流速值进行拟合，发现二次函数形式拟合曲线的相关性在0.93左右，对数形式拟合曲线的相关性在0.75左右。引入尾流函数修正后的对数公式，拟合曲线的相关性达到0.96左右。尾波函数修正后的对数公式中的尾流强度系数取不同值时，流速拟合曲线交于一点。对交点分析得出，在不同的水力特性下，交点水深与测线水深的比值范图固定在0.1-0.2之间，文点流速值与断面平均流速值有很好的对应关系。关键词：U形渠道；流速分布；对数公式$尾流函数中图分类号：TV133文献标志码：A1实验设备及水流条件明渠水槽试验在长为40m的混凝土U形水槽中进行。其断面由底部圆弧段弓形和上部直线段梯形2种几何形状构成。渠道底弧圆心角2。为154°,底弧半径厂=0.3m,底弧弓形高。=0.2573m,渠底坡度，为0.001,边坡系数m=0.1437,渠壁糙率为0.012。试验保证均匀流条件与流态的稳定，流速测量段选取在距水槽进水口10-30m范围内，同时在水槽进水口布置二道消能栅使水面波动尽快衰减趋于稳定。水槽末端通过调节挡水板控制测量段水位。使用光电旋桨流速仪（校验后精度为0.lmm/s）测定流速，水槽流量用90°三角型量水堰测量。同一过水断面测点布设参照国际标准ISO1088和国家JJG835《流速-面积法》计量检定规律有关规定,保证测点密度可以准确反映流速分布。中垂线至边壁每2cm布设1条测速竖线，每条测速竖线上自水面到渠底每2cm布设1个测速点。试验流量范围为20〜75L/s,水深控制在19〜45cm,水温在21C左右。采用不同流量级与不同水深组合进行试验。雷诺数范围Re为26500〜76616,水流保持在恒定均匀紊流状态。2U形渠道过水断面竖向流速分布规律统计整理各试验组次的流速测量结果，分别引入二次函数和形式简单的对数公式对实测流速值进行拟合。+n(H)+u,式中：％为摩阻流速;以为水流流速smmc为常数。图1和图2是在渠道流量相同（Q=56.41L/s）,不同宽深比（B/H）的情况下，分别按照式（1）和式（2）对实测流速值进行拟合的关系图。通过多组试验数据分析，发现二次函数形式拟合曲线的相关性在0.93左收稿日期：2006-12-15基金项目：国家“十五”重大科技专项（2002AA2Z4131）作者简介：雒天峰（1980-），男，甘肃张掖人，助理工程师，硕士，主要从事灌溉水力学、节水灌溉新技术及灌区现代化管理方面的研究.通讯作者：吕宏兴（1955-）,男陕西陇县人，教授，博士生导师，主要从事工程水力学、节水灌溉新技术及灌区现代化管理方面的研究.2008年2月第27卷第1期(1)(2)右，对数形式拟合曲线的相关性在0.75左右。虽然二次函数的相关性比对数公式的相关性有所提高，但由于二次函数曲线的随机性较大，不能准确的反映U形渠道竖向流速分布规律,所以进一步引入了尾流函数修正后的对数公式。根据实测流速资料，利用尾流函数修正以后的对数公式进行拟合。结合国内外学者对卡门常数％的研究成果，将k取为0.41,尾流强度系数分别取为n=0、n=0.l、n=0.2、n=0.3、丑=0.5、口=0.75O将所取的系数值分别代入式(3)中对实测流速值拟合。土=*g(号勺+"+Tsin2(f*H)(3)经过分析多组试验数据，在取不同尾流强度系数时，随着尾流强度系数的增大，拟合曲线相关性提高，当尾流强度系数增大到0.3时，拟合曲线相关系数达到0.98左右，然后拟合曲线相关性随着尾流强度的增大而逐渐减小。根据拟合曲线，在交点处log(^u./v)存在一个定值Co根据交点值C,按照y=10cXv/u.就可以求得交点处的水深。经过对拟合曲线交点分析发现，在不同的水力特性条件下，交点所在的水深V与测线水深He的比值固定在0.1-0.2之间。如表1所示。表1文点水深与水力参数之间的关系表编号流髭Q/(L・sT)测线水深Hc/m交点水深y/m相对水深〃He雷诺数Re佛汝德数Fr156.410.340.040.12542760.21256.410.290.030.10571540.27356.410.260.030.11592260.34456.410.24...