寬頂堰設計工具之實用介紹.docVIP

長喉道量水槽與寬頂堰之設計、校核、施工與使用之工具—Win Flume Software 《Tools for Design, Calibration, Construction and Use of Long-Throated Flumes and Broad-Crested Weirs 》之中文略譯 摘 要 長喉道量水槽與寬頂堰，可說對既有或新設之明渠灌溉系統，皆是一種非常實用、低成本且具彈性之流量量測工具，相較於其他型堰槽具有顯著之優點。 在1999年，用來設計與校核寬頂堰之Win Flume軟體之免費釋出，搭配新版的《堰槽量水手冊》〝Water Measurement with Flumes and Weirs〞完整地提供了有關此方面的設計、校核、施工與營運等易讀之資訊；此後，此項量水堰槽即大量地施設。 此型寬頂堰槽之主要優點在於使用者可輕易設計滿足現場條件之簡明堰槽，且該堰槽之有關尺寸只需運用計算機即可校核、而無需經由實驗測試；此外，這些長喉道量水槽與寬頂堰之建造相當簡易經濟，並已有一些經過預校之量產產品可供選用。 本篇論文及海報乃用來闡述Win Flume 軟體之操作使用，並以範例介紹其於各項條件，包括不同流量、不同渠型與不同工法之應用。 ＠：文中之框格係有關圖片，請參閱原文。 介 紹 〝長喉道量水槽〞是一種〝臨界水流水槽〞之廣大成員家族的代表作，而〝寬頂堰〞是一種常被運用在量測明渠流量的一種設計與設施。 當然，他們均可具有不同之外型，但基本原理是相同的。Bus et al.（1984）也早就對〝決定此類水槽之水流流量的理論〞有所著墨。 而Win Flume則是必威体育精装版最近之〝計算程式系列運用在設計、校正，此類水工結構物〞的提供者。〝Water Measurement with Flumes and Weirs (Clemens et al. 2001)〞更展示了〝更新版後之水力學原理、設計步驟、運用與設立範例及詳細之Win Flume Software之使用指引〞。 〝長喉道量水槽〞是巴歇爾水槽與同類水槽中，最常被選用來量測此類水槽之水量的量測設施，他類之水槽常會在控制斷面（即收縮段或〝喉頭〞）型成曲式水流流況，而相反地〝長喉道量水槽〞則會在其控制斷面形成〝流線〞水流流況，使水流均平行於長喉水槽之方向以合手〝水力學原理〞。有關〝長喉道量水槽〞之明顯優點如下： ●不確定性在 ±2% 或更小。 ●喉型可適用在較大範圍之流量而且精度亦高。 ●對影響產生臨界水流流況而在喉處伴隨能量損失可予忽略。 ●可運用已有之型式之〝長喉道量水槽〞對現地之欲設施物予以進行型式之電腦模擬校正與修飾。 是一種非常經濟之結構物且可適用於不同之定址條件。 Clemens et al.（2001） 對此所謂的〝適用性〞有非常詳盡之描述。〝長喉道量水槽〞可以是大或小型的，可以是〝暫時或永久性的〞，可以是〝固定式或可攜式的〞，可以提供作為〝簡單〞或〝合成〞型之水流控制與量測之用，亦可作為〝分水工〞結構物之用。 量水設備之永久性結構物 永久性之〝水槽〞與〝寬頂堰〞是明渠流中之〝灌排〞系統中常用之〝量水〞設備。在混凝土襯砌之渠流斷面中，〝寬頂堰〞是一種最普遍的手段，他常伴隨著足夠長度之全渠寬之封底渠道。而最終之水槽喉處之形狀（即控制斷面）可能是梯形、矩形、圓形或拋物線形，其建設一般均可一體成形且是線上作業，一氣呵成！ 圖2~圖4即一系列可能之施工方法 圖2：寬頂堰之梯形斷面襯底之施工步驟圖 本圖中，由填土整地、平底，加上混凝土塊形成一體成型之控制斷面（包括坡面與渠底），駐波所型成之非必要之水量（在非期望時節），可將之由排水管排出。通水之初，渠面上之泥土可予以沖清，只留下乾淨之混凝土面。 圖3：梯形渠道寬頂堰預鑄式之成型步驟； 預鑄式之優點乃在於不同址位但是相同尺寸處，可一次鋪設。 圖4：大型土渠之大尺寸寬頂堰施工中與完工後通水圖。 大型土渠之大尺寸寬頂堰，預留足夠之水流方向的伸縮縫是必需要的。 圖5：土渠式常用之水槽設計；其喉部是矩形斷面。 喉部之矩形豎立牆面乃用混凝土塊與水泥砂漿來完成，防制沖刷工則常在水槽下游渠底予以設立，而若可能，下游處之渠坡面亦可考量此種設計。 圖6：三角形控制斷面之水槽，可運用於量測大範圍之水流量。 圖中所示係Flounder之三角形喉式水槽之結構設施。 可攜式與暫時性水槽 此類設施均可非常經濟地予以建造而且具高度準確性。5種小型之梯形喉式水槽（RBC系列）是非常適合作為量測之用。此類可攜式或暫時性量水水槽可用鋼版依Clemmons et al.（2001）之規範來建造或用人造纖維（壓克力版或纖維玻璃）材料來完成之，如圖7所示。 圖8：可攜式矩形喉式水槽（木製、金屬製或人工纖維玻璃製）。 圖9：暫時性水槽在梯形渠道