牛国旭 郑煊伦 李俊杰

(温州市农业科学研究院 浙江 温州 325006)

一、前言

随着社会的发展，在水稻和小麦等大面积种植的农作物灌溉方面，管理方便并且投资成本低的U形渠道成为农业灌溉用水的主要输送形式。U型渠大规模推广使用的同时，能够有效确保田间灌溉质量的灌区量水技术俨然成为一个基础的、关键性的问题。它对于搞好灌区的经营治理、提高灌区的经济效益、实现按量收费、发展节水农业具有重要意义。

据了解，已有的量水设施大多是在矩形渠道、梯形渠道的基础上开发完成的，由于渠道断面结构大多不同，这些量水设施在应用于U形断面渠道量水时往往存在安装困难、测流误差大、甚至水流条件不满足量测要求的现象。随着农渠及田间工程改造的推进，量水柱由于结构简单、经济、便于修建、抗淤堵能力强、自由出流时测流精度较高，成为了与U形渠道相配套的量水设施。

但目前大多学者将研究的重点多放在如何找到一种最优断面的量水柱，而鲜有人研究如何将已经研制出的量水柱应用在实际中，这也直接影响到量水柱的推广应用。现急需一种固定装置，包括支撑结构和设置在上述支撑结构上的夹持装置，量水柱安装在所述夹持装置上，并采用一些手段将整个装置固定在U形渠两岸。

二、量水柱固定装置研制案例

(一)U形渠道圆头量水柱测流原理

在U形渠道轴线适当位置处垂直安装圆头量水柱，柱前上游渠道中水流为缓流，当水流通过柱体时在其喉口处形成局部收缩，受到侧收缩的影响，过流断面形成足够的水面降落，水流流速增加，势能与动能发生转换，并在喉口附近产生临界流，随后进入急流状态，与下游水流衔接。因此，下游水流在相当长的一段水深范围内不会影响上游水流。故而，流量与上游堰顶水头可构成稳定单一的关系。根据能量守恒原理，即可得到过槽流量。

(二)前人研究案例

西北农林科技大学王玉宝等人自主研发了一套U形渠道流量测量装置。该装置包括内部装有柱体的测量筒，且在量水柱两侧设置两板。两板在保证形成临界流的同时，还可以有效缩减量水柱体积，使得柱内水深与驻点水深相等，测量柱内水深即可获得驻点水深。此种方法虽然提高了测量精度，但需要破坏U形渠底进而预埋混凝土固定块，这也使得此方法固定量水柱效率低下且会造成资源的一定浪费，因此很难实现对此法的推广。

(三)本人研制固定装置案例

对于小尺寸U型渠进行量水柱测量比较方便，但对于大尺寸U型渠的测量仅靠人力扶持量水柱测量困难重重。针对此种情况，现研制一种测流用量水柱夹持装置，如图1、图2所示，此装置包括夹持结构和设置在所述夹持结构上的杆件结构。具体形式如下：

图1 夹持装置立体图

图2 斜撑杆件局部图

上图中，1为U型渠、2为支撑块、3为斜撑杆外杆、301为斜撑杆内杆、303为紧固螺丝、4为锁紧螺栓、5为水平支撑粗杆、6为水平支撑粗杆调节器、7为水平支撑细杆、8水平支撑细杆调节器、9为圆头量水柱、10为卡箍金属片。

1.固定装置材料与设计

其中，水平支撑粗(细)杆选用不锈钢钢管材料。其中水平支撑细杆选用壁厚为1.5mm、直径为3cm的钢管，水平支撑粗杆选用壁厚为3mm、直径为5cm的钢管。圆头量水柱9为聚氯乙烯制作的空心薄壁圆柱体。

2.固定装置使用方法

使用固定装置前将圆头量水柱9紧固在两个对称布置的卡箍金属片10中，预估U型渠的宽度并将其垂直放置在水渠轴线处，根据水渠宽度调整斜撑杆3和水平支撑杆5的长度。其中对斜撑杆而言，因其为不同直径杆嵌套，所以只需要对内杆301通过伸缩便可调整其长度,待长度确定以后使用弹簧凸起302将外杆3进行固定。对水平支撑杆5和7而言，只可以进行小幅度的调整。分别转动水平支撑杆5和7外端进而带动内端在调节器6和8中旋转，实现水平支撑杆总体长度与U形渠宽的匹配。待所有构件调整完毕以后,放入水渠中，此时只需通过拧紧紧固螺丝303使得整个装置保持沿水渠轴线对称放置。待一切就绪以后，只需用脚力下压夹持装置便可以实现量水柱的固定。

其中水平支撑杆5和7的局部图如图1所示，由图可知水平杆的端部装有一段螺纹钢管，而调节器内部又自带内螺纹，两个构件进而可实现螺纹联接。使用过程中，调节器6和8可通过螺纹配合实现对水平支撑杆长度的调整使得夹持装置可随时与U型渠的宽度保持一致。卡箍金属片10为圆弧形，为了使其和量水柱受力更充分，需将其弧度曲率半径与圆头量水柱横截面圆相当。

(四)优点

具有重量轻、结构简单的特点，方便调节，坚固耐用，稳定性好，节省时间和资源。零部件安装、调整、拆卸方便。

三、总结

本文在充分利用U形渠独有的外观基础上研制了此种固定装置，解决了体型中等以上U形渠量水柱测流难、固定装置笨重等遗留问题，为量水柱的进一步推广应用提供了参考。