巴歇爾槽明渠流量計(jì)：原理、設(shè)計(jì)與應(yīng)用全解析

巴歇爾槽明渠流量計(jì)：原理、設(shè)計(jì)與應(yīng)用全解析

一、技術(shù)背景與定義

二、核心構(gòu)造與工作原理

1. 結(jié)構(gòu)組成（典型三維示意圖）

        [進(jìn)口段]      [收縮段]    [喉部]      [擴(kuò)散段]      [出口段]
        ┌────────┐  ┌──────┐  ┌────┐  ┌───────┐  ┌────────┐
        │        │  │      │  │    │  │       │  │        │
        │  漸縮   │  │  斜壁 │  │ 喉  │  │  漸擴(kuò)  │  │  平直  │
        │  矩形   │  │      │  │ 部  │  │       │  │        │
        └────────┘  └──────┘  └────┘  └───────┘  └────────┘
               ↑          ↑          ↑          ↑
               │          │          │          │
        上游水位H1    喉部收縮點(diǎn)    喉部水位H2    下游水位H3

• 關(guān)鍵部件：

• 進(jìn)口段：矩形截面，引導(dǎo)水流平穩(wěn)進(jìn)入；

• 收縮段：兩側(cè)壁傾斜（通常 1:4 斜率），使水流加速；

• 喉部：截面最?。ň匦位蛱菪危?，形成臨界流狀態(tài)；

• 擴(kuò)散段：漸擴(kuò)結(jié)構(gòu)，防止下游水躍影響測(cè)量。

2. 測(cè)量原理

• 當(dāng)水流通過喉部時(shí)，因過流斷面縮小，流速增大、壓力降低，形成 “縮流” 現(xiàn)象；

• 根據(jù)伯努利方程，喉部前的水位（H1）與流量 Q 滿足經(jīng)驗(yàn)公式：
  Q = C × H^n（C 為流量系數(shù)，n 為指數(shù)，與喉部尺寸相關(guān)）；

• 典型公式（適用于標(biāo)準(zhǔn)巴歇爾槽）：

• 喉部寬度 B=0.076~0.61m 時(shí)：Q=1.838×B×H1^1.522×B^0.026

• 喉部寬度 B>0.61m 時(shí)：Q=1.359×B×H1^1.569×B^0.026

三、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格與選型參數(shù)

四、安裝與現(xiàn)場(chǎng)布置要點(diǎn)

1. 渠道要求

• 底坡：進(jìn)口段前 5 倍槽長(zhǎng)范圍內(nèi)，渠道底坡≤0.002（水平優(yōu)先），避免水流擾動(dòng)；

• 襯里：槽體材料需抗腐蝕（如不銹鋼、混凝土內(nèi)襯瓷磚），粗糙度系數(shù) n≤0.014；

• 平直段：上游至少 5 倍槽長(zhǎng)、下游至少 3 倍槽長(zhǎng)的平直渠道，防止回流影響。

2. 水位測(cè)量裝置

• 常用儀器：

• 超聲波液位計(jì)（非接觸式，量程 0.1~5m，精度 ±1mm）；

• 壓力式液位計(jì)（適用于含雜質(zhì)水體，需定期校準(zhǔn)零點(diǎn)）；

• 安裝位置：

• 上游水位 H1：距喉部上游 (3~4)×B 處，傳感器軸線與槽底垂直；

• 下游水位 H3：距喉部下游 (6~8)×B 處，用于判斷是否發(fā)生淹沒流（H3/H1>0.7 時(shí)需修正流量）。

3. 防淤積設(shè)計(jì)

• 喉部底面設(shè) 1:50 坡度（向出口傾斜），或安裝沖洗水管（壓力≥0.3MPa）；

• 進(jìn)口段前端加裝格柵（孔徑≤10mm），攔截漂浮物。

五、流量計(jì)算與誤差修正

1. 自由流狀態(tài)（標(biāo)準(zhǔn)工況）

• 條件：下游水位 H3 ≤ 0.7×H1，此時(shí)流量?jī)H與 H1 相關(guān)；

• 計(jì)算示例（以 B=0.305m 為例）：
  若 H1=0.3m，代入公式：
  Q=1.359×0.305×0.3^1.569×0.305^0.026 ≈ 0.068 m3/s（即 245 m3/h）。

2. 淹沒流修正（H3/H1>0.7 時(shí)）

• 修正系數(shù) K 與 H3/H1 的關(guān)系（經(jīng)驗(yàn)公式）：
  K = 1 - 0.7×(H3/H1 - 0.7)^0.9

• 修正后流量：Q' = K×Q（Q 為自由流計(jì)算值）。

3. 誤差來源與控制

• 系統(tǒng)誤差：槽體加工精度（喉部寬度誤差≤±0.5mm）、液位計(jì)校準(zhǔn)（每月用標(biāo)尺比對(duì)）；

• 環(huán)境誤差：水溫變化（超聲波液位計(jì)需溫度補(bǔ)償）、雜物淤積（定期清淤，建議每周 1 次）；

• 典型精度：自由流狀態(tài)下誤差≤±3%，淹沒流修正后誤差≤±5%。

六、應(yīng)用場(chǎng)景與案例

七、與其他明渠流量計(jì)的對(duì)比

八、安裝施工與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

• 國(guó)標(biāo)參考：

• GB/T 21391-2008《明渠堰槽流量計(jì) 巴歇爾槽》

• CJ/T 3008.1-1992《城市排水流量堰槽測(cè)量標(biāo)準(zhǔn) 巴歇爾槽》

• 施工要點(diǎn)：

1. 槽體基礎(chǔ)需澆筑 C25 混凝土，厚度≥300mm，平整度誤差≤2mm/m；

2. 液位計(jì)安裝支架需獨(dú)立于槽體，避免振動(dòng)干擾；

3. 完成后進(jìn)行通水試驗(yàn)：注入 1.2 倍設(shè)計(jì)流量，觀察水面線是否平滑，無明顯水躍或回流。