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巴歇爾槽明渠流量計：原理、設計與應用全解析

閱讀：175 發布時間：2025-6-21

一、技術背景與定義

巴歇爾槽（Parshall flume）是一種基于明渠流體力學原理的流量測量裝置，通過收縮段與擴散段的幾何構造，使水流形成穩定的液位 - 流量關系，無需外接動力即可實現流量計量。其名稱源于美國土壤學家羅伯特?巴歇爾（Robert L. Parshall）1920 年的發明，目前廣泛應用于污水、雨水、灌溉水等明渠流量監測場景。

二、核心構造與工作原理

1. 結構組成（典型三維示意圖）

plaintext
        [進口段]      [收縮段]    [喉部]      [擴散段]      [出口段]
        ┌────────┐  ┌──────┐  ┌────┐  ┌───────┐  ┌────────┐
        │        │  │      │  │    │  │       │  │        │
        │  漸縮   │  │  斜壁 │  │ 喉  │  │  漸擴  │  │  平直  │
        │  矩形   │  │      │  │ 部  │  │       │  │        │
        └────────┘  └──────┘  └────┘  └───────┘  └────────┘
               ↑          ↑          ↑          ↑
               │          │          │          │
        上游水位H1    喉部收縮點    喉部水位H2    下游水位H3

關鍵部件：

進口段：矩形截面，引導水流平穩進入；
收縮段：兩側壁傾斜（通常 1:4 斜率），使水流加速；
喉部：截面最小（矩形或梯形），形成臨界流狀態；
擴散段：漸擴結構，防止下游水躍影響測量。

2. 測量原理

當水流通過喉部時，因過流斷面縮小，流速增大、壓力降低，形成 “縮流" 現象；
根據伯努利方程，喉部前的水位（H1）與流量 Q 滿足經驗公式：
Q = C × H^n（C 為流量系數，n 為指數，與喉部尺寸相關）；
典型公式（適用于標準巴歇爾槽）：

喉部寬度 B=0.076~0.61m 時：Q=1.838×B×H1^1.522×B^0.026
喉部寬度 B>0.61m 時：Q=1.359×B×H1^1.569×B^0.026

三、標準規格與選型參數

喉部寬度 B（m）	流量范圍（m3/s）	適用渠道寬度（m）	最小水位 H1（m）	最大水位 H1（m）
0.025	0.0001~0.002	0.15~0.3	0.02	0.12
0.076	0.001~0.015	0.3~0.6	0.05	0.20
0.152	0.005~0.05	0.6~1.2	0.08	0.30
0.305	0.02~0.15	1.2~2.4	0.12	0.45
0.610	0.08~0.5	2.4~4.8	0.20	0.70
1.220	0.3~1.8	4.8~9.6	0.35	1.20
2.440	1.0~6.0	9.6~19.2	0.60	2.00

四、安裝與現場布置要點

1. 渠道要求

底坡：進口段前 5 倍槽長范圍內，渠道底坡≤0.002（水平優先），避免水流擾動；
襯里：槽體材料需抗腐蝕（如不銹鋼、混凝土內襯瓷磚），粗糙度系數 n≤0.014；
平直段：上游至少 5 倍槽長、下游至少 3 倍槽長的平直渠道，防止回流影響。

2. 水位測量裝置

常用儀器：

超聲波液位計（非接觸式，量程 0.1~5m，精度 ±1mm）；
壓力式液位計（適用于含雜質水體，需定期校準零點）；

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，用于判斷是否發生淹沒流（H3/H1>0.7 時需修正流量）。

3. 防淤積設計

喉部底面設 1:50 坡度（向出口傾斜），或安裝沖洗水管（壓力≥0.3MPa）；
進口段前端加裝格柵（孔徑≤10mm），攔截漂浮物。

五、流量計算與誤差修正

1. 自由流狀態（標準工況）

條件：下游水位 H3 ≤ 0.7×H1，此時流量僅與 H1 相關；
計算示例（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）

修正系數 K 與 H3/H1 的關系（經驗公式）：
K = 1 - 0.7×(H3/H1 - 0.7)^0.9
修正后流量：Q' = K×Q（Q 為自由流計算值）。

3. 誤差來源與控制

系統誤差：槽體加工精度（喉部寬度誤差≤±0.5mm）、液位計校準（每月用標尺比對）；
環境誤差：水溫變化（超聲波液位計需溫度補償）、雜物淤積（定期清淤，建議每周 1 次）；
典型精度：自由流狀態下誤差≤±3%，淹沒流修正后誤差≤±5%。

六、應用場景與案例

領域	應用特點	案例參考
污水處理廠	監測進水 / 出水流量，配合 PID 控制曝氣量或藥劑投加量。	某市政污水廠用 B=0.61m 巴歇爾槽，實時監測 1500m3/h 流量，數據接入 PLC 系統。
雨水管網	測量暴雨徑流流量，評估排水系統負荷，預防內澇。	城市立交橋下安裝 B=1.22m 槽體，搭配 GPRS 遠程傳輸，實時監控峰值流量。
農業灌溉	計量渠系水流量，實現精準配水與水費結算。	灌區用 B=0.152m 槽體，配合太陽能液位計，支持農田用水自動化管理。
工業廢水	高濁度、含懸浮物水體的流量監測（如冶金、食品加工廢水）。	某電鍍廠用不銹鋼槽體（B=0.305m），耐酸堿腐蝕，日均流量 800m3。

七、與其他明渠流量計的對比

類型	巴歇爾槽	電磁流量計（明渠型）	超聲波流量計（多普勒法）
原理	液位 - 流量經驗公式	電磁感應（流速 × 截面積）	多普勒效應（懸浮物反射）
適用水質	含懸浮物、雜質水體	導電液體（電導率≥5μS/cm）	含足夠懸浮物（≥10ppm）
壓損	低（無阻擋物）	中（需安裝測量管段）	無
維護量	低（定期清淤）	高（電極需定期清洗）	中（傳感器需防污）
成本	中（土建成本較高）	高（設備成本高）	中（取決于傳感器精度）
精度	±3%~±5%	±1%~±2%	±2%~±5%

八、安裝施工與標準規范

國標參考：

GB/T 21391-2008《明渠堰槽流量計巴歇爾槽》
CJ/T 3008.1-1992《城市排水流量堰槽測量標準巴歇爾槽》

施工要點：

槽體基礎需澆筑 C25 混凝土，厚度≥300mm，平整度誤差≤2mm/m；
液位計安裝支架需獨立于槽體，避免振動干擾；
完成后進行通水試驗：注入 1.2 倍設計流量，觀察水面線是否平滑，無明顯水躍或回流。

巴歇爾槽明渠流量計：原理、設計與應用全解析

巴歇爾槽明渠流量計：原理、設計與應用全解析

一、技術背景與定義

二、核心構造與工作原理

1. 結構組成（典型三維示意圖）

2. 測量原理

三、標準規格與選型參數

四、安裝與現場布置要點

1. 渠道要求

2. 水位測量裝置

3. 防淤積設計

五、流量計算與誤差修正

1. 自由流狀態（標準工況）

2. 淹沒流修正（H3/H1>0.7 時）

3. 誤差來源與控制

六、應用場景與案例

七、與其他明渠流量計的對比

八、安裝施工與標準規范

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