微精选

一、什么是明渠？

首先，理解’明渠’是关键。明渠是指具有自由液面的水流通道，即水流表面与大气接触。常见的例子包括：

• 河流、溪流
• 排水渠、灌溉渠
• 污水处理厂中的各工艺水渠（如曝气池、沉淀池的出水渠）
• 工厂的废水排放口

二、明渠流量计的工作原理

明渠流量计的测量原理基于一个核心物理模型：伯努利方程。其基本思想是：通过测量渠道中某个特定位置的液位高度，再根据预先建立好的’液位-流量’关系，计算出此时的瞬时流量。

简单来说，整个过程分为两步：

1. 测液位
   
   ：使用液位计测量水流在某特定构筑物处的液位高度（H）。
2. 换算流量
   
   ：根据该构筑物固有的’H-Q关系’（液位-流量公式），由液位H自动换算出瞬时流量（Q）。

这个’特定的构筑物’就是关键，它被称为量水堰槽。

三、核心组成部分

一套完整的明渠流量计系统通常由三部分组成：

1. 量水堰槽

这是安装在渠道中的标准节流装置，其作用是为水流创造一个固定的、可预测的阻力，使液位与流量之间形成稳定的、可计算的数学关系。

它是整个测量系统的’心脏’，决定了测量的准确度。

主要类型有堰和槽两大类。

2. 液位计

负责实时、准确地测量量水堰槽上游特定位置的液位高度。

常用的液位计有：

• 超声波液位计

• 
  
  
  ：最常用，非接触式测量，安装维护方便。
• 压力式液位计
  
  ：安装在渠道底部，测量静压来推算液位。
• 浮子式液位计
  
  ：传统方式，机械结构较多。
• 雷达液位计
  
  ：适用于恶劣工况，如泡沫、蒸汽等。

3. 流量显示仪/积算仪

接收来自液位计的液位信号。

内部存储了所选量水堰槽的’H-Q公式’或换算表。

根据输入的液位值，自动计算出瞬时流量，并进行累加得到累计流量。

具备显示、数据记录、输出（4-20mA、RS485等）和报警功能。

四、主要的量水堰槽类型及其特点

这是明渠流量计技术的核心，不同的堰槽适用于不同的流量范围和渠道条件。

1. 堰

在渠道中安装一块带有特定形状开口的挡板，水流从开口上方溢流而过。通过测量堰板上游的液位高度来计算流量。

三角堰（V型堰）

开口呈V字形，角度通常为90°。

特点：在小流量时仍有较高的液位，因此测量小流量时非常灵敏和准确。

缺点：大流量时液位会很高，可能造成上游淤积。

适用：常用于实验室或小流量污水测量。

矩形堰

开口呈矩形。

特点：结构简单，适用于中等流量。

缺点：流量较小时，精度不如三角堰。

全宽堰（梯形堰）

堰口宽度与渠道宽度完全相同。

特点：过流能力大，结构简单。

适用：适用于流量较大且变化不大的情况。

2. 槽

在渠道中安装一段收缩的、特殊形状的喉道，使水流在此处发生临界流，从而建立液位与流量的稳定关系。

巴歇尔槽

这是目前应用最广泛、最经典的明渠流量槽。

特点：

• 水头损失小
  
  ：对水流阻力小，不易造成泥沙淤积。
• 流量范围广
  
  ：有标准尺寸系列，可覆盖从很小到很大的流量。
• 精度较高
  
  ，稳定性好。

其形状由喉道宽度、收缩段和扩散段组成，形状复杂但有国际标准。

适用：几乎适用于所有工业废水和城市污水的测量，是环保监测的首选。

孙奈利槽

可以看作是巴歇尔槽的简化版，没有喉道，只有一个收缩的斜坡。

特点：结构更简单，造价更低，易于安装在小渠道或圆形管道（改造为明渠）中。

适用：适用于中小流量，尤其在市政雨污水管道的测量中非常常见。

五、应用场景

·环保与水污染源监控：企业排污口、污水处理厂进出水口的流量监测，是环保法规要求的重点。

·水利灌溉：测量河流、渠道的来水量和分配水量。

·工业生产过程：监测工厂冷却水、工业用水的消耗量。

·城市排水与防洪：监测雨水、合流制管道的流量。

六、优点与局限性

优点

• 结构相对简单
  
  ，特别是对于堰来说。
• 可靠性高
  
  ，无活动部件，维护量小。
• 适用范围广
  
  ，从小溪流到大排水渠都能找到合适的类型。
• 技术成熟
  
  ，测量原理和计算公式有国际和国家标准支持。

局限性

• 对安装条件要求高
  
  ：必须按照标准要求保证堰槽前有足够长的直渠段，使水流平稳，否则测量不准。
• 会造成水头损失
  
  ：堰槽本身会对水流形成阻碍，可能抬高上游水位。
• 需注意淤积和堵塞
  
  ：特别是堰，容易卡住杂物，影响溢流。
• 不适合满管流
  
  ：其测量原理建立在有自由液面的基础上。

七、选型与安装要点

• 流量范围
  
  ：首先要确定最大、最小和常用流量。
• 渠道条件
  
  ：渠道的形状、尺寸、坡度、材质。
• 流体性质
  
  ：是否含有大量固体、油脂、泡沫等。
• 精度要求
  
  ：贸易结算要求高，过程控制可适当降低。
• 安装空间
  
  ：确保上游有足够的稳流区（通常是渠宽的5-10倍）。
• 液位计选择
  
  ：超声波是通用选择，有泡沫或蒸汽可选雷达。

总结

明渠流量计是一种通过 ‘标准堰槽 + 液位测量’ 来间接获得流量的有效方法。其中，巴歇尔槽因其综合性能优异而成为主流选择。正确选型、严格按照标准安装和维护，是保证明渠流量计测量准确性的关键。它在水资源管理、环境保护和工业生产中扮演着不可或缺的角色。