第八章堰流及闸孔出流

1、 8 8 堰流及闸孔出流堰流及闸孔出流 8.4 8.4 宽顶堰流的水力计算宽顶堰流的水力计算 8.1 8.1 堰流的类型及计算公式堰流的类型及计算公式 8.2 8.2 薄壁堰流的水力计算薄壁堰流的水力计算8.3 8.3 实用堰流的水力计算实用堰流的水力计算 8.5 8.5 窄深堰流的水力计算窄深堰流的水力计算 8.6 8.6 闸孔出流的水力计算闸孔出流的水力计算 水利工程中，为防洪、灌溉、航运、发电水利工程中，为防洪、灌溉、航运、发电等要求，需修建溢流坝、水闸等控制水流的水等要求，需修建溢流坝、水闸等控制水流的水工建筑物。例如，溢流坝、工建筑物。例如，溢流坝、 水闸底槛、桥水闸底槛、桥孔、无压

2、涵洞进口。孔、无压涵洞进口。堰：在水力学中，把顶部过流的水工建筑物称堰：在水力学中，把顶部过流的水工建筑物称堰堰beH00 图图 堰流及闸孔出流堰流及闸孔出流闸孔出流：受到闸门控制的过堰水流闸孔出流：受到闸门控制的过堰水流图中为溢流坝上的闸孔出流图中为溢流坝上的闸孔出流beH00 图图 堰流及闸孔出流堰流及闸孔出流图图 闸孔出流闸孔出流e00H闸孔出流：受到闸门控制的过堰水流闸孔出流：受到闸门控制的过堰水流图中为宽顶堰上的闸孔出流图中为宽顶堰上的闸孔出流bH00v0 图图 堰流堰流堰流：未受闸门控制的过堰水流堰流：未受闸门控制的过堰水流图中为溢流坝上的堰流图中为溢流坝上的堰流 图图 堰流堰流H

3、堰流：未受闸门控制的过堰水流堰流：未受闸门控制的过堰水流图中为宽顶堰上的堰流图中为宽顶堰上的堰流 比较堰流和闸孔出流比较堰流和闸孔出流堰流：堰流： 水面线为一条光滑曲线；过水能力强水面线为一条光滑曲线；过水能力强闸孔出流：闸孔上、下游水面不连续；过水能力弱闸孔出流：闸孔上、下游水面不连续；过水能力弱beH00 图图 堰流及闸孔出流堰流及闸孔出流bH00v0 图图 堰流堰流beH00 图图 闸孔出流闸孔出流bH00v0 图图 堰流堰流 共同点共同点壅高上游水位壅高上游水位都是在重力作用下形成明渠流动都是在重力作用下形成明渠流动在较短范围内，流线急剧弯曲，有离心力在较短范围内，流线急剧弯曲，有离心

4、力能量损失主要是局部损失能量损失主要是局部损失beH00 图图 闸孔出流闸孔出流bH00v0 图图 堰流堰流堰流和孔流取决堰流和孔流取决 上游来流条件（涨水或落水）上游来流条件（涨水或落水） 闸孔相对开度闸孔相对开度 闸底坎及闸门型式闸底坎及闸门型式 因此，堰流和孔流是相对水流条件而言的，水流条因此，堰流和孔流是相对水流条件而言的，水流条件改变，同一堰上的堰流，或孔流就可能改变。件改变，同一堰上的堰流，或孔流就可能改变。平顶堰平顶堰 e/H 0.65 孔流孔流 e/H 0.65 堰流堰流e 闸孔开度；闸孔开度；H为堰上水头为堰上水头图图 闸孔出流闸孔出流e00H曲线型堰曲线型堰e/H 0.75

5、 孔流孔流e/H 0.75 堰流堰流e 闸孔开度；闸孔开度；H 堰上水头堰上水头beH00 图图 堰流及闸孔出流堰流及闸孔出流beH00 图图 堰流及闸孔出流堰流及闸孔出流 堰流及孔流是水利工程中常见的水流现象，堰流及孔流是水利工程中常见的水流现象，其水力计算的主要任务是研究过水能力。其水力计算的主要任务是研究过水能力。 水利工程中，常根据不同建筑材料，将堰作水利工程中，常根据不同建筑材料，将堰作成不同类型。例如，溢流坝常用混凝土，或石料成不同类型。例如，溢流坝常用混凝土，或石料作成较厚的曲线，或折线型；实验室量水堰一般作成较厚的曲线，或折线型；实验室量水堰一般用钢板、木板作成薄堰壁。用钢板、

6、木板作成薄堰壁。堰外形、厚度不同，能量损失及过水能力不同堰外形、厚度不同，能量损失及过水能力不同 8.1 8.1 堰流的类型及计算公式堰流的类型及计算公式 8.1.1 8.1.1 堰的类型堰的类型 当水流接近堰顶，流线收缩，流速加大，当水流接近堰顶，流线收缩，流速加大，自由表面逐渐下降自由表面逐渐下降HP1v011v1P200HP1v011v1P200堰前断面：把堰上游水面无明显下降的堰前断面：把堰上游水面无明显下降的0-0 断面断面堰上水头：堰前断面堰顶以上的水深，用堰上水头：堰前断面堰顶以上的水深，用H 表示表示HP1v011v1P200 行进流速：堰前断面的流速称之，用行进流速：堰前断面

7、的流速称之，用v0 表示表示 堰前断面距离上游壁面的距离：堰前断面距离上游壁面的距离： L =（35) H 研究表明，流过堰顶的水流型态研究表明，流过堰顶的水流型态 随堰坎厚度与堰顶水头之比随堰坎厚度与堰顶水头之比/H 而变，工而变，工程上，按程上，按与与H的大小将堰流分为的大小将堰流分为 薄壁堰薄壁堰 实用堰实用堰 宽顶堰宽顶堰 越过堰顶的水舌越过堰顶的水舌形状不受堰厚影响，形状不受堰厚影响，水舌下缘与堰顶为水舌下缘与堰顶为线接触，水面呈降线接触，水面呈降落线由于堰顶常作落线由于堰顶常作成锐缘形，故薄壁成锐缘形，故薄壁堰也称锐缘堰堰也称锐缘堰HP1v011v1P200 薄壁堰：薄壁堰：/H

8、0.67 实用堰流：实用堰流：0.67 /H 2.5水利工程，常将堰作成曲线型，称曲线型实用堰水利工程，常将堰作成曲线型，称曲线型实用堰 00v0H11 实用堰流：实用堰流：0.67 /H 2.5 堰顶加厚，水舌下缘与堰顶为面接触，水舌受堰堰顶加厚，水舌下缘与堰顶为面接触，水舌受堰顶约束和顶托，已影响水舌形状和堰的过流能力。顶约束和顶托，已影响水舌形状和堰的过流能力。00v0H11H00P1P211v1v0折线型实用堰：水利工程，常将堰作成折线形折线型实用堰：水利工程，常将堰作成折线形 H00P1P2v011v1 宽顶堰堰顶厚度对水流顶托非常明显宽顶堰堰顶厚度对水流顶托非常明显 水流特征：水流

9、在进口附近的水面形成降落水流特征：水流在进口附近的水面形成降落有一段水流与堰顶几乎平行有一段水流与堰顶几乎平行下游水位较低时，出堰水流二次水面降下游水位较低时，出堰水流二次水面降H00P1P2v011v1堰坎厚度堰坎厚度10H，此时沿程水头已经不能略去，水，此时沿程水头已经不能略去，水流特性不再属于堰流，而是明渠水流。流特性不再属于堰流，而是明渠水流。P1i ikKKH对堰前断面对堰前断面0-0和堰顶断面和堰顶断面1-1列能量方程列能量方程基准面：通过堰顶的水平面基准面：通过堰顶的水平面v011v1P200HP1 8.1.2 8.1.2 堰流基本公式堰流基本公式分析：分析：0-0断面为渐变流断

10、面为渐变流1-1 断面为急变流（流线弯曲）断面为急变流（流线弯曲）1-1 断面测压管水头的平均值断面测压管水头的平均值 pzv011v1P200HP1v011v1P200HP1 v1 1-1 断面的平均流速断面的平均流速 v0 0-0 断面的平均流速断面的平均流速 局部阻力系数局部阻力系数vvpHHzgg2200101()22 v011v1P200HP1gvHH2211100)(vvpHHzggp zHvH Hgvg HH22001010210011001()22let:()212 ()() gvHH2211100)(v011v1P200HP10Hpz gvHH2211100)(10vvpHH

11、zggplet: zHvH Hgvg HHAkH b kkH bkQv Ag HHbgH22001010210011001302100011()22()212 ()()let:coefficent2 ()12 v011v1P200HP123011230100101010011211100021110200211:let1:let212coefficent:let212 :let22HgmbQkkmHgbkHHgbkHAvQkbkHAHHgvgvHHHpzgvpzHgvH )(:()()()(流量系数流量系数流速系数流速系数230230112301001010100112111000211102

12、00211:let1:let212coefficent:let212 :let22HQHgmbQkkmHgbkHHgbkHAvQkbkHAHHgvgvHHHpzgvpzHgvH )(:()()()(v011v1P200HP1v011v1P200HP1影响流量系数的主要因素影响流量系数的主要因素 ,),(kkmm m 主要反映局部水头损失的影响的系数主要反映局部水头损失的影响的系数v011v1P200HP1 ,),(kkmm ：流速系数流速系数 反映局部损失影响反映局部损失影响 （堰顶水头、上游堰高堰顶水头、上游堰高P1、堰顶口边缘形状等）、堰顶口边缘形状等）v011v1P200HP1 ,),(

13、kkmm k 垂直收缩系数垂直收缩系数 反映堰顶水流垂直收缩的程度（反映堰顶水流垂直收缩的程度（1-1断面水舌厚度断面水舌厚度 kH）v011v1P200HP1 ,),(kkmm 相对测压管水头相对测压管水头 反映堰反映堰顶断面平均测压管水头与堰顶全水头之比顶断面平均测压管水头与堰顶全水头之比 8.2.1 8.2.1 矩形薄壁堰流矩形薄壁堰流8.2.2 8.2.2 直角三角形薄壁堰流直角三角形薄壁堰流 8.2 8.2 薄壁堰流的水力计算薄壁堰流的水力计算 薄壁堰具有稳定的水头和流量关系，常作为水力学模薄壁堰具有稳定的水头和流量关系，常作为水力学模型实验、野外量测中的一种有效量水工具。有的临时挡

14、水型实验、野外量测中的一种有效量水工具。有的临时挡水建筑物，如叠梁闸门也可近似作为薄壁堰。建筑物，如叠梁闸门也可近似作为薄壁堰。也HP100v0H11 曲线型实用堰外形一般按薄壁堰水舌下缘曲线设曲线型实用堰外形一般按薄壁堰水舌下缘曲线设计。因此，研究薄壁堰是具有重要的实际意义。计。因此，研究薄壁堰是具有重要的实际意义。HP1 0.003H0.010H0.040H0.150H0.22H0.669H0.112H0.67HHH3H通气管通气管贴壁流动贴壁流动 矩形薄壁堰上下游等宽，堰流无侧收缩。当自由出矩形薄壁堰上下游等宽，堰流无侧收缩。当自由出流时，水流最为稳定，测量精度较高。流时，水流最为稳定，

15、测量精度较高。HP1 0.003H0.010H0.040H0.150H0.22H0.669H0.112H0.67HHH3H通气管通气管贴壁流动贴壁流动无侧收缩的矩形薄壁堰自由出流水舌形状无侧收缩的矩形薄壁堰自由出流水舌形状HP1 0.003H0.010H0.040H0.150H0.22H0.669H0.112H0.67HHH3H通气管通气管贴壁流动贴壁流动 为保证下游为自由出流，矩形薄壁堰应满足为保证下游为自由出流，矩形薄壁堰应满足 H 2.5 cm ，否则堰下形成贴壁流，出流不稳定，否则堰下形成贴壁流，出流不稳定 水舌下与大气通，否则水舌下有真空，出流不稳定水舌下与大气通，否则水舌下有真空，

16、出流不稳定由堰流计算公式由堰流计算公式)()()(1 221:let212 223023202322323000 sssHgbmQgHvmmgHvmHgbHgmbQ M0: 包括行进流速在内的流量系数，可按雷白克包括行进流速在内的流量系数，可按雷白克(T.Rehbock) 公式计算公式计算302025000070053040301110.;m;. PPHHHPHm式中，式中，P1为上游堰高，为上游堰高，H 为堰上水头为堰上水头，均以米计算均以米计算8.2.1 8.2.1 矩形薄壁堰流矩形薄壁堰流8.2.2 8.2.2 直角三角形薄壁堰流直角三角形薄壁堰流 8.2 8.2 薄壁堰流的水力计算薄壁

17、堰流的水力计算 当所需测流量较小当所需测流量较小 ，如，如 Q 0.1m3/s时，若用矩形时，若用矩形薄壁堰，则水头过小，误差大。一般可改用三角形薄壁薄壁堰，则水头过小，误差大。一般可改用三角形薄壁堰。堰口夹角可取不同角度值，但常用直角。堰。堰口夹角可取不同角度值，但常用直角。HP2BHP2B41 s;mm750m10 3m260m070 mm21m50 0902014000403541311210250./:.:,.:).)(.(./ QQQPBHHPBHBBBHPHCHCQ；堰上游引渠宽度堰上游引渠宽度 8.3 8.3 实用堰流的水力计算实用堰流的水力计算8.3.1 8.3.1 曲线型实用

18、堰的剖面形状曲线型实用堰的剖面形状8.3.2 8.3.2 曲线型实用堰的流量系数曲线型实用堰的流量系数8.3.3 8.3.3 侧收缩系数侧收缩系数8.3.4 8.3.4 淹没及下游护坦高程对过流能量影响淹没及下游护坦高程对过流能量影响8.3.5 8.3.5 曲线型低堰的水力设计曲线型低堰的水力设计 8.3 8.3 实用堰流的水力计算实用堰流的水力计算8.3.1 8.3.1 曲线型实用堰的剖面形状曲线型实用堰的剖面形状8.3.2 8.3.2 曲线型实用堰的流量系数曲线型实用堰的流量系数8.3.3 8.3.3 侧收缩系数侧收缩系数8.3.4 8.3.4 淹没及下游护坦高程对过流能量影响淹没及下游护

19、坦高程对过流能量影响8.3.5 8.3.5 曲线型低堰的水力设计曲线型低堰的水力设计 实际工程中，实用堰由闸墩实际工程中，实用堰由闸墩和边墩分隔成数个等宽堰孔和边墩分隔成数个等宽堰孔边边墩墩闸墩闸墩bddbb边边墩墩dbbb边墩边墩边墩边墩闸墩闸墩闸墩闸墩 实际工程中，实用堰由闸墩和边墩实际工程中，实用堰由闸墩和边墩分隔成数个等宽堰孔分隔成数个等宽堰孔侧向收缩影响侧向收缩影响 堰顶设闸墩及边墩，引起水流侧向收缩，降低过流能力，其堰顶设闸墩及边墩，引起水流侧向收缩，降低过流能力，其影响用侧收缩系数影响用侧收缩系数反映。反映。dbbb边墩边墩边墩边墩闸墩闸墩闸墩闸墩Bv011v1P200HP1 下

20、游水位的影响下游水位的影响 堰下游水位过高或下游堰高较小时，会影响堰的过流能堰下游水位过高或下游堰高较小时，会影响堰的过流能力，形成淹没出流的情况，它的影响用淹没系数力，形成淹没出流的情况，它的影响用淹没系数s反映。反映。 考虑淹没出流、侧收缩影响以及其他的所有影考虑淹没出流、侧收缩影响以及其他的所有影响，堰流公式为响，堰流公式为230 2HgmbQs v011v1P200HP1 实用堰是水利工程中常见的堰型之一。作为档实用堰是水利工程中常见的堰型之一。作为档水和泄水建筑物，低堰常用石料砌成折线型，高水和泄水建筑物，低堰常用石料砌成折线型，高的溢流坝一般作成曲线型。的溢流坝一般作成曲线型。 实

21、用堰的水力计算公式实用堰的水力计算公式ssQmbgHbnb320211 曲线形实用堰的剖面形状：曲线形实用堰的剖面形状： 应具有以下优点：过流能力大、堰面不出现应具有以下优点：过流能力大、堰面不出现过大的负压，经济、稳定。过大的负压，经济、稳定。EHdP1P2ABCDOm 上游直线段：上游直线段：AB 堰顶曲线段：堰顶曲线段：BC 下游直线段：下游直线段：CD，坡度，坡度 m = cot 下游河底连接反弧段：下游河底连接反弧段：DEEHdP1P2ABCDOmr上游直线上游直线 AB 段段垂直，或倾斜，取决于溢流坝体的强度和稳定要求垂直，或倾斜，取决于溢流坝体的强度和稳定要求EHdP1P2ABC

22、DOmr反弧段反弧段使直线使直线CD与下游河底平滑连接，避免水流冲刷河床与下游河底平滑连接，避免水流冲刷河床EHdP1P2ABCDOmr反弧段反弧段一般情况下，非基岩上、高度不大的坝一般情况下，非基岩上、高度不大的坝)maxd1.0)(0.25m,5zHrH Hd 溢流坝剖面设计水头溢流坝剖面设计水头 zmax最大上下游水位差最大上下游水位差堰顶曲线堰顶曲线BCBC 对堰流影响最大，是设计曲线型实用堰剖面形状的关键，对堰流影响最大，是设计曲线型实用堰剖面形状的关键，理想的曲线实用堰剖面形状与薄壁堰水舌下缘形状吻合，不产理想的曲线实用堰剖面形状与薄壁堰水舌下缘形状吻合，不产生真空，过流能力最大。

23、但实际两者不可能完全吻合。原因是生真空，过流能力最大。但实际两者不可能完全吻合。原因是水位波动，水舌不稳定（紊动影响）。水位波动，水舌不稳定（紊动影响）。 堰面不出现真空的堰称为非真空剖面堰堰面不出现真空的堰称为非真空剖面堰 堰面出现真空的堰称为真空剖面堰堰面出现真空的堰称为真空剖面堰 曲线型实用堰切入薄壁堰水舌下缘内部，堰面曲线型实用堰切入薄壁堰水舌下缘内部，堰面不产生负压，但过流能力有所降低。不产生负压，但过流能力有所降低。 因此，实际采用的剖面形状是按薄壁堰下游水舌下缘因此，实际采用的剖面形状是按薄壁堰下游水舌下缘曲线稍加修改而成。曲线稍加修改而成。HdP1v0uxuyuxyB 分析薄壁

24、堰水舌下缘曲线。分析薄壁堰水舌下缘曲线。假定经过假定经过B B点，水流质点的流点，水流质点的流速为速为22cos421cos 222 nguHkHxkHytgtytutuxuuuudnddxyx;)()(sincos HdP1v0uxuyuxyBxxyndddxu tu tuutuuygtyxkHHHknucosg222coscos1sin2();242 HdP1v0uxuyuxyBxxyndddxu tu tco suutuuyg tyxkHHHku gn222co s1sin2()4 co s22 nddyxkHH() 上式还不能计算曲线型实用堰顶曲线上式还不能计算曲线型实用堰顶曲线原因原

25、因: : , k，n 为未知变量为未知变量水流行进堰顶时，临近堰顶水舌内压强不等于大气压，水流行进堰顶时，临近堰顶水舌内压强不等于大气压，使堰顶水流运动与质点自由抛射运动理论有出入。使堰顶水流运动与质点自由抛射运动理论有出入。 工程上，常通过试验研究或适当修正矩形薄壁堰自工程上，常通过试验研究或适当修正矩形薄壁堰自由溢流水舌下缘曲线，得出堰顶曲线的坐标值。由溢流水舌下缘曲线，得出堰顶曲线的坐标值。 克里格克里格奥菲采洛夫剖面（克奥剖面）奥菲采洛夫剖面（克奥剖面） 我国以前多用，但该剖面略嫌肥大，曲线坐标用用表我国以前多用，但该剖面略嫌肥大，曲线坐标用用表给出，坐标点少，给出，坐标点少， 施工不

26、便控制。其剖面设计方法可参施工不便控制。其剖面设计方法可参考有关书籍。考有关书籍。 Ogee Ogee 剖面剖面 美国内务部垦务局在系统研究基础上推荐的。该剖面参美国内务部垦务局在系统研究基础上推荐的。该剖面参数均与行进流速水头、设计全水头有关，并考虑坝高对堰数均与行进流速水头、设计全水头有关，并考虑坝高对堰顶剖面曲线影响，适应不同坝高的堰剖面设计。顶剖面曲线影响，适应不同坝高的堰剖面设计。Ogee 剖面剖面的设计方法可参考有关书籍。的设计方法可参考有关书籍。 WES WES剖面剖面 近年来多采用美国陆军工程兵团水道试验站的剖面。近年来多采用美国陆军工程兵团水道试验站的剖面。其用曲线方程表示，

27、便于控制，堰剖面较瘦可节省工程量，其用曲线方程表示，便于控制，堰剖面较瘦可节省工程量，堰面压强较理想，负压不大，对安全有利堰面压强较理想，负压不大，对安全有利 。 yR1R2R3xxyy /Hd=0.5 ( x/Hd )1.850.276Hd0.175HdO0.292HdddddddHxHRHxHRHxHR282004027602001750500132211.,.,.,. WES WES剖面设计剖面设计堰顶堰顶O点下游曲线点下游曲线nddHxkHy)()( k，n取决于堰上游面坡度取决于堰上游面坡度上游垂直：上游垂直： k = 0.5，n =1.85Hd ：不包括行近流速水头的设计水头：不包

28、括行近流速水头的设计水头yR1R2R3xxyy /Hd=0.5 ( x/Hd )1.850.276Hd0.175HdO0.292Hd堰顶堰顶O点上游曲线点上游曲线采用三段复合圆弧相接采用三段复合圆弧相接 堰顶曲线上游与上游面平滑连接堰顶曲线上游与上游面平滑连接改善堰面压强分布，减小负压改善堰面压强分布，减小负压ddddddHxHRHxHRHxHR282004027602001750500132211.,.,.,. yR1R2R3xxyy /Hd=0.5 ( x/Hd )1.850.276Hd0.175HdO0.292Hd 堰剖面曲线的坐标值取决于设计水头堰剖面曲线的坐标值取决于设计水头Hd 堰

29、顶水头在堰顶水头在HminHmax范围变化，范围变化， 如何选定设计如何选定设计水头水头Hd ？使堰面流量系数较大，又不产生过大负压。？使堰面流量系数较大，又不产生过大负压。 （1） Hd=Hmax可保证堰面不出现负压，但可保证堰面不出现负压，但 H Hd，堰，堰面产生较大负压，严重时危及坝安全。面产生较大负压，严重时危及坝安全。 堰顶水头在堰顶水头在HminHmax范围变化，范围变化， 如何选定设计如何选定设计水头水头Hd ？使堰面流量系数较大，又不产生过大负压。？使堰面流量系数较大，又不产生过大负压。 工程中常用工程中常用 Hd = (0.750.95) Hmax。当当H Hd时，为真空剖

30、面堰；时，为真空剖面堰；当当 H Hd时，堰剖面堰稍偏肥大，为非真空剖面堰。时，堰剖面堰稍偏肥大，为非真空剖面堰。WES 剖面主要适用高溢流堰剖面主要适用高溢流堰 因为设计中并未考虑行近流速的影响，但有研因为设计中并未考虑行近流速的影响，但有研究报告认为，究报告认为，WES 剖面可直接移用作低堰剖面。剖面可直接移用作低堰剖面。 8.3 8.3 实用堰流的水力计算实用堰流的水力计算8.3.1 8.3.1 曲线型实用堰的剖面形状曲线型实用堰的剖面形状8.3.2 8.3.2 曲线型实用堰的流量系数曲线型实用堰的流量系数8.3.3 8.3.3 侧收缩系数侧收缩系数8.3.4 8.3.4 淹没及下游护坦

31、高程对过流能量影响淹没及下游护坦高程对过流能量影响8.3.5 8.3.5 曲线型低堰的水力设计曲线型低堰的水力设计 对于不同堰型，流量系数不同。水力设计时，可参考对于不同堰型，流量系数不同。水力设计时，可参考有关文献。对于重要工程需要通过模型试验确定。有关文献。对于重要工程需要通过模型试验确定。 m = m (P1/Hd、H0/Hd，堰上游面坡度，堰上游面坡度) P1/Hd堰上游面垂直堰上游面垂直WES剖面剖面 P1/Hd1.33 （高堰）（高堰） m = f (H0/Hd) 不计行近流速水头不计行近流速水头 设计流量系数设计流量系数 md= 0.502n H0/Hd =1，m = md =0

32、.502n H0/Hd 1，m mdn H0/Hd1，m mdP1/Hd 1.33 称低堰，行近流速加大，设计流量系数如图称低堰，行近流速加大，设计流量系数如图P1/Hd低堰范围低堰范围高堰高堰 8.3 8.3 实用堰流的水力计算实用堰流的水力计算8.3.1 8.3.1 曲线型实用堰的剖面形状曲线型实用堰的剖面形状8.3.2 8.3.2 曲线型实用堰的流量系数曲线型实用堰的流量系数8.3.3 8.3.3 侧收缩系数侧收缩系数8.3.4 8.3.4 淹没及下游护坦高程对过流能量影响淹没及下游护坦高程对过流能量影响8.3.5 8.3.5 曲线型低堰的水力设计曲线型低堰的水力设计用于考虑边墩及闸墩对

33、过水能力影响用于考虑边墩及闸墩对过水能力影响 溢流坝都有边墩，多孔溢流坝还有闸墩。边墩溢流坝都有边墩，多孔溢流坝还有闸墩。边墩和闸墩将使水流发生平面收缩，增大了局部水和闸墩将使水流发生平面收缩，增大了局部水头损失，降低过流能力。头损失，降低过流能力。 实际工程中，实用堰由闸墩和边墩分隔成数个等宽堰孔实际工程中，实用堰由闸墩和边墩分隔成数个等宽堰孔dbbb边墩边墩边墩边墩闸墩闸墩闸墩闸墩边墩边墩闸墩闸墩bddbb边墩边墩侧收缩系数侧收缩系数与与 闸墩、边墩平面形状闸墩、边墩平面形状 溢流孔数溢流孔数 堰上水头堰上水头 溢流宽度等因素有关溢流宽度等因素有关 = 10.2Ka (n-1)KPH0 /

34、nb 式中：式中：n 溢流孔溢流孔 b 每孔宽度每孔宽度 Ka 边墩系数边墩系数 KP 闸墩系数闸墩系数边墩系数边墩系数Ka 与边墩平面形状、行进流速有关，其值越大与边墩平面形状、行进流速有关，其值越大 ，越小，过流越小，过流能力降低。能力降低。 = 10.2Ka (n1)KPH0 /nb 边墩系数边墩系数Ka圆弧形边墩圆弧形边墩 当行进水流正向进入溢流堰时，当行进水流正向进入溢流堰时， Ka 0.1（与混凝土非溢流坝段邻接的高溢流堰）（与混凝土非溢流坝段邻接的高溢流堰） 0.2（与土坝邻接的高溢流堰）（与土坝邻接的高溢流堰） 当行进水流非正向进入溢流堰时，当行进水流非正向进入溢流堰时，Ka

35、适当加大适当加大 = 10.2Ka (n1)KPH0 /nb 闸墩系数闸墩系数Kp与下列因素有关与下列因素有关 闸墩头部形状闸墩头部形状 H0/Hd 闸墩头部与堰上游面的相对位置闸墩头部与堰上游面的相对位置 = 10.2Ka (n1)KPH0 /nb 8.3 8.3 实用堰流的水力计算实用堰流的水力计算8.3.1 8.3.1 曲线型实用堰的剖面形状曲线型实用堰的剖面形状8.3.2 8.3.2 曲线型实用堰的流量系数曲线型实用堰的流量系数8.3.3 8.3.3 侧收缩系数侧收缩系数8.3.4 8.3.4 淹没及下游护坦高程对过流能量影响淹没及下游护坦高程对过流能量影响8.3.5 8.3.5 曲线

36、型低堰的水力设计曲线型低堰的水力设计 试验研究表明，堰下游可为试验研究表明，堰下游可为 自由出流：自由出流： 过流能力不受下游水位影响过流能力不受下游水位影响 淹没出流：淹没出流： 过水能力降低过水能力降低 当下游水位高过堰顶至某一范围时当下游水位高过堰顶至某一范围时, 堰顶下游水位高于堰顶下游水位高于堰顶，堰下游为淹没水跃，过堰水流受下游水位顶托堰顶，堰下游为淹没水跃，过堰水流受下游水位顶托自由出流自由出流v0H0P100v0H0hsP2ht淹没出流淹没出流00v0H0hsP2ht淹没出流淹没出流 淹没出流对过流能力的影响用淹没系数淹没出流对过流能力的影响用淹没系数s表示，其与表示，其与hs

37、/H0 、P2/H0 有关。有关。 hs/H0（hs从堰顶算起的下游水深）从堰顶算起的下游水深） hs越大，下游水位的顶托作用越大，过流能力影响越大越大，下游水位的顶托作用越大，过流能力影响越大 00v0H0hsP2ht淹没出流淹没出流 淹没出流对过流能力的影响用淹没系数淹没出流对过流能力的影响用淹没系数s表示，其与表示，其与hs/H0 、P2/H0 有关。有关。 P2 /H0 （P2下游堰高）下游堰高） 当下游护坦较高，当下游护坦较高，P2/H0 较小时，即使下游水位低于堰顶，较小时，即使下游水位低于堰顶，过堰水流也会受下游护坦影响，产生类似的淹没效果，降低过堰水流也会受下游护坦影响，产生类似的淹没效果，降低过流能力。过流能力。 8.3 8.3 宽顶堰流的水力计算宽顶堰流的水力计算H00P1P2v011v1宽顶堰流：宽顶堰流： 2.5 / /H H 10 时的堰流时的堰流几何特征：堰顶厚度比薄壁堰、实用堰为厚几何特征：堰顶厚度比薄壁堰、实用堰为厚H00P1P2v011v1宽顶堰流的特点：宽顶堰流的特点： 进口处形成水面跌落进口处形成水面跌落 ？ 局部水头损失，水面降陡局部水头损失，水面降陡 水流动画水流动画0.5 rm