不满管明渠是我们经常接触到的一种管道形式，它与满管明渠、暗渠等一起构成完备的渠道体系。明渠是人工水道的一种，水流在渠道内是可见的，而不满管明渠则指水流在渠道中不完全充满整个断面，也就是我们常说的“半满”状态。这种渠道形式在实际生活中很常见，比如自来水管、河渠水流等。了解不满管明渠，学习如何测量其流量，具有重要的理论和实践意义。

今天我们就来详细了解不满管明渠，尤其是不满管明渠流量的测量方法，为各位呈现一篇全面而精简的指南。

一、不满管明渠流量的定义及特点

不满管明渠流量是指流经明渠的不满管水流 Volume of Open Channel Flow 的流量，是明渠流量的一种。明渠是指水流在渠道内可被直接观察到的渠道形式，而不满管明渠是指水流仅占据渠道断面的一部分，与满管情况相反。

不满管明渠流量具有以下特点：

水深不定：不满管明渠中的水流深度有浅有深，水表面不规则，且随时间变化。

流速变化大：水流速度因深度、渠道形状、底粗糙度等因素而变化较大，且在渠道不同位置也不一致。

难于测量：由于水深变化大，测量难度较大，传统直接测量水深和流速的方法难以应用。

二、不满管明渠流量计的类型

面对测量难度较大的不满管明渠流量，工程师们开发出多种流量计以*测量。常见的有以下几型：

1) 冲量流量计

冲量流量计是通过在渠道上设置一定长度的测程段，捕集水流在测程段上的流量，利用水流连续性原理计算出整个渠道的流量。它包括两部分：捕集器（或叫测流器）和流量计算器。

捕集器有多种形状，如圆筒、方形截面等，其原理是将水流引导到测程段中，并捕集部分水流。捕集器上游水流速度一致，下游则因断面变化而加速，从而根据保存原理计算流量。

2) 断面变化式流量计

这种流量计利用水流在不满管明渠中，经过断面变化后的速度变化来测量流量。 common types of open channel flow meters include：

a. 尖顶流量计（或叫V型流量计）：由两个倾斜面组成，水流经过时，上游浅水变深，下游深水变浅，并根据水位高度计算流量。

b. 圆筒流量计：将圆筒置于渠道，使水流经过圆筒时，因断面变化导致水流速度改变，从而计算流量。

c. 圆柱流量计：类似圆筒流量计，但测流断面为圆柱形，适用于小流量测量。

3) 超声波流量计

超声波流量计是利用两组超声波传感器发出超声波，测定水流的速度，从而计算流量。它可以测量各种形心的明渠水流，且*度高、无机械运动部件，但对水位的变化敏感。

4) 激光流量计

激光流量计利用激光测距原理，测量水流中的浮标或反射板的移动距离，实时获取水流速度，再计算流量。它准确性高，但对渠道水位变化敏感，且受气象条件影响。

三、不满管明渠流量的计算方法

不满管明渠流量的计算，通常使用“水位-流量”关系式，即水位与流量的数学模型有关。建立模型需要充分考虑渠道的形心特性、水流情况等因素。以下是一些常见的计算方法：

1) 经验公式法

经验公式法是根据不同类型渠道的特点，总结出经验公式，将水位高度与流量相关联。例如，对于一定坡度的圆管偏心流，有*的曼宁公式：

Q = 1/n * C * R^n * S^1/2

其中，Q为流量，n为曼宁系数，R为水流半径，S为水位水头。这个公式简洁易用，但仅适用于特定类型渠道。

2) 尺度关系法

这种方法是根据水流尺度关系，用已校准的尺度模型推算流量。例如，使用模型渠道模拟实际水流，得出的水位与流量关系，可以用于推算实际渠道的流量。

3) 数模结合法

这种方法使用计算机模拟水流，如CFD流体力学模拟软件，将模拟出的水位与流量关系用于实际流量的计算。数模结合法可以模拟出复杂流况，但对技术和计算量要求较高。

四、不满管明渠流量计的安装与调试

流量计的安装正确与否，直接影响测量精度。以下是一些安装与调试的关键步骤：

1) 选址

选择渠道直线段安装流量计，确保水流稳定、统一。避免在弯道、水位变化大或流速不稳的区域安装。

2) 固定流量计

将流量计稳固固定在渠道底，确保测流部分不受水流冲击影响。固定方式可根据实际情况选择，如埋设、支架固定等。

3) 校准

在实际使用前，必须对流量计进行校准。将已知流量水流经过流量计，记录下相应的水位高度，获得校准曲线。校准时，应考虑水位的变化，选择适宜的流量范围。

4) 数据处理

流量计数据的采集和处理非常重要。应使用可靠的传感器、仪表记录水位数据，并根据实际情况选择合适的过滤、平滑算法，确保数据准确、连续。

五、案例分析

我们以尖顶流量计为例，看看如何应用以上方法计算不满管明渠的流量。

假设我们在某河段安装了尖顶流量计，其特点是：尖顶角为60°，上游水位为1.2米，下游水位为0.8米，测得上游水位处水深为0.6米。

利用尖顶流量计的计算公式：

Q = 1/2 * C * A1 * A2 * tanϕ * (h1^2 - h2^2)

其中，Q为流量，C为经验系数，A1、A2为上游、下游断面面积，h1、h2为上游、下游水位高度，ϕ为尖顶角。

我们可得：

Q = 1/2 * 1.5 * [（1.22 - 0.62）（0.82 - 0.6*2）]^{1/2} = 1.35 * 0.48m^3/s = 0.65m^3/s

因此，河段的瞬时流量为0.65立方米/秒。

六、总结

不满管明渠流量测量是明渠流量测量中一种难点，但工程师们开发出多种流量计及计算方法，可有效解决实际问题。企业可根据自身情况选择合适的流量计及计算方法，确保测量*。在安装、调试、使用过程中，也应严格按照步骤操作，确保数据可靠。