渠道输水是我国灌区进行农田灌溉的主要输水形式,在输水渠系中开展量水工作能够保证灌溉过程中的正确引水、配水和用水,同时对于增强人们的节水意识、科学解决农业用水计量问题具有重要意义。因此,研究结构简单、测流精度高、与灌区量水工作相适的量水设施并将其加以规范的应用成为了有效进行用水管理的重要手段。圆头量水柱是一种适应我国北方灌区特点的新型量水设备,其尾部V形尾翼的流线型设计使得过流流态更加稳定,与普通的圆柱体量水槽相比,能够有效改善过槽水流,减小水头损失。本研究采用物理模型试验与计算机数值仿真相结合的方法,对不同底坡U形渠道使用圆头量水柱时的水力性能、结构形式进行了系统分析,并在此基础上得出其标准化选型方案。主要研究内容及结论如下:(1)对圆头量水柱在U形渠道中的测流原理进行研究,并根据临界流原理推导出了理论上的圆头量水柱流量计算公式。(2)选用6种喉口收缩比、3种长宽比的圆头量水柱制定试验方案,并在6种底坡、5种流量工况下开展试验,分析了圆头量水柱测流时的水面线及相关水力特征参数的变化规律,发现该量水柱测流水面线变化与明渠恒定非均匀渐变流理论推导的水力现象一致,驻点水深与流量具有稳定关系,上游壅水高度较小,上游断面佛汝德数小于0.5,临界淹没度可达0.90,水头损失较小。拟合得出建立在驻点水深基础上的流量公式,并通过与实测流量的对比论证了该公式良好的测流精度(<5%)。(3)利用Flow-3D软件,采用RNG k-ε紊流模型,对圆头量水柱进行三维仿真计算,并与物理模型试验的结果进行对比,结果表明,二者吻合较好;在此基础上分析了测流的时均流场,V形尾翼对圆头量水柱测流的影响,得出了不同断面尺寸下U形渠道圆头量水柱测流流场。(4)综合物理模型试验与三维数值试验,给出圆头量水柱的最优体型参数选取范围:喉口收缩比的适宜选择范围为0.50≤?≤0.70,具体选择时应视渠道底坡大小而定,底坡较小的渠道应选取较大的喉口收缩比;底坡较大的渠道应选取较小的喉口收缩比;圆头量水柱长宽比?的适宜选择范围为:3/2~2;当喉口收缩比减小时,长宽比?可相应增大,但不宜超过5/2。(5)基于标准化方法得出了U形渠道圆头量水柱的标准化选型模式、建立了更具实用价值的流量公式、给出了系列化圆头量水柱的命名方法,形成了一列的量水柱规格,并在此基础上分析了各型号圆头量水柱的适应性。