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项目六堰流水力分析与计算堰是河渠中修建的既可挡水而顶部又可以溢流的水工建筑物，是水利工程蓄水调度、防洪发电、灌溉航运的主要工程措施之一。
堰流水力分析与计算项目的主要任务是掌握堰流分类、堰流水力计算公式及影响因素分析，薄壁堰流、实用堰流、宽顶堰流流量系数、侧收缩系数及淹没系数确定方法；会根据实际工程资料进行堰流水流现象分析，能进行薄壁堰、实用堰、宽顶堰过流能力计算。
任务一堰流水力分析1 堰流及其分类1.1 堰及堰流堰是河渠中修建的既可挡水而顶部又可以溢流的水工建筑物，堰的上游水流受其约束，上游水位壅高，水流经堰顶泄流时，堰对水流有局部的侧向收缩或底坎垂向收缩约束，形成堰顶水面不受任何约束呈连续的自由降落的急变流，这种水流现象称为堰流。
见图6-1。
图6-11.2 堰流分类在水利工程中，常根据不同的建筑条件及使用要求，将堰作成不同的类型，堰的外形不同，其过水能力也不同，对堰流进行水力计算之前首先对堰流进行分类。
在图6-1中，P1表示堰顶超出上游河床的高度，称为上游堰高；P2表示堰顶超出下游河床的高度，称为下游堰高；H为堰上水头，它是距堰壁（3~4）H的0-0过水断面处，从堰顶起算的水深。
堰前0-0过水断面的平均流速v 0称为堰前行近流速，堰的上游水位也应在此量测；δ为沿水流方向水流溢过堰顶的厚度。
根据堰顶厚度δ与堰上水头H 的比值，将堰流分为以下三种：（1）薄壁堰流—堰顶厚度δ≤ 0.6 7H 时，称为薄壁堰。
通过薄壁堰顶下泄的水流，水舌下缘与堰顶只有线的接触，下泄水流几乎不受堰顶厚度δ的影响，水面呈单一降落曲线的水流叫薄壁堰流（图6-1a ）。
（2）实用堰流——堰顶厚度0.6 7H <δ≤2.5H 时 ，称为实用堰。
通过堰顶下泄的水舌下缘与堰顶呈面接触，水流受到堰顶的约束和顶托，但其泄流主要是重力作用，水流仍是单一降落的曲线，这种水流叫实用堰流（图6-1b ）。
（3）宽顶堰流—堰顶厚度2.5H <δ≤10H 时，称为宽顶堰。
薄壁堰流的水力计算[日期：06/21/2006来源：作者：[字体：大中小] 20:09:00]根据堰口形状的不同，薄壁堰可分为矩形薄壁堰、三角形薄壁堰等。
由于薄壁堰流具有稳定的水头与流量关系，一般多用于实验室及小河渠的流量测量；另外，曲线型实用堰的剖面型式和隧洞进口曲线常根据薄壁堰流水股的下缘曲线确定，因此研究薄壁堰流具有实际意义。
（一）矩形薄壁堰流利用矩形薄壁堰测流时，为了得到较高的量测精度，一般要求：（1）无侧收缩（堰宽与上游引水渠宽度相同，即=）；（2）下游水位低，不影响出流量；（3）堰上水头>2.5cm。
因为当过小时，出流将不稳定；（4）水舌下面的空间应与大气相通。
否则由于溢流水舌把空气带走，压强降低，水舌下面形成局部真空，出流将不稳定。
故在无侧收缩、自由出流时，矩形薄壁堰流的流量公式为为应用方便，可以把行进流速的影响包括在流量系数中去。
为此，把上式改写为（8-17）式中一考虑行近流速水头影响的流量系数。
无侧收缩的矩形薄壁堰的流量系数可由雷保克公式计算(8-18)适用条件≥0.025m ，≤2 ，式中为堰顶水头，为上游堰高。
有侧收缩的矩形薄壁堰的流量系数可用板谷一手岛公式确定式中为堰顶水头；为上游堰高, 为堰宽，为引水渠宽。
适用条件为：=0.5m～6.3m，=0.15m～5m, =0.03m～0.45m , ≥0.06。
当下游水位超过堰顶一定高度时，堰的过水能力开始减小，这种溢流状态称为淹没堰流。
在淹没出流时，水面有较大的波动，水头不易测准，故作为测流工具的薄壁堰不宜在淹没条件下工作。
为了保证薄壁堰不淹没，一般要求>0.7。
其中指上下游水位差，指下游堰高。
（二）三角形薄壁堰流当测量较小流量时，为了提高量测精度，常采用三角形薄壁堰。
三角形薄壁堰在小水头时堰口水面宽度较小，流量的微小变化将引起水头的显著变化，因此在量测小流量时比矩形堰的精度较高。
根据试验，直角三角形薄壁堰的流量计算公式为(8-20)适用条件：=0.05m～0.25m; 堰高≥2H，渠宽B0≥(3～4) 。
水力学常用计算公式精选文档TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8-1、明渠均匀流计算公式： Q=A ν=AC RiC=n 1R y （一般计算公式）C=n1R 61（称曼宁公式） 2、渡槽进口尺寸(明渠均匀流)z ：渡槽进口的水位降（进出口水位差） ε：渡槽进口侧向收缩系数，一般ε＝～ b ：渡槽的宽度（米） h ：渡槽的过水深度（米） φ：流速系数φ＝～ 3、倒虹吸计算公式：Q=mA z g 2(m 3/秒）4、跌水计算公式：5、流量计算公式：Q=A ν式中Q ——通过某一断面的流量，m 3／s ；ν——通过该断面的流速，m ／h A ——过水断面的面积，m 2。
6、溢洪道计算1）进口不设闸门的正流式开敞溢洪道 （1）淹没出流：Q ＝εσMBH 23＝侧向收缩系数×淹没系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深23 （2）实用堰出流：Q=εMBH23gZ 2bh Q ＝跌水水力计算公式：Q ＝εmB 2/30g 2H ，式中：ε—侧收缩系数，矩形进口ε＝0.85～0.95；，B —进口宽度（米）；m —流量系数=侧向收缩系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深23 2）进口装有闸门控制的溢洪道 （1）开敞式溢洪道。
Q ＝εσMBH 23＝侧向收缩系数×淹没系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深23 （2）孔口自由出流计算公式为Q=M ωH=堰顶闸门自由式孔流的流量系数×闸孔过水断面面积×H 其中：ω=be7、放水涵管(洞)出流计算 1）、无压管流Q=μA 02gH=流量系数×放水孔口断面面积×02gH 2）、有压管流Q ＝μA 02gH=流量系数×放水孔口断面面积×02gH8、测流堰的流量计算——薄壁堰测流的计算 1）三角形薄壁测流堰，其中θ＝90°，即 自由出流：Q ＝25或Q ＝（2-15） 淹没出流：Q ＝（25）σ（2-16） 淹没系数：σ=2)13.0(756.0--Hh n+（2-17） 2）梯形薄壁测流堰，其中θ应满足tan θ=41，以及b ＞3H ，即自由出流：Q ＝g223＝23（2-18）淹没出流：Q ＝（23）σ（2-19） 淹没系数：σ=2(23.1）Hh n -（2-20) 9、水力发电出力计算N=η式中N ——发电机出力，kW ；H ——发电毛水头，m ，为水库上游水位与发电尾水位之差，即H=Z 上-Z 下； Q ——发电流量，m 3／s ；η——发电的综合效率系数（包括发电输水管的水头损失因素和发电机组效率系数），小型水库发电一般为—。
宽顶堰流的水力计算如图所示，水流进入有底坎的堰顶后，水流在垂直方向受到堰坎边界的约束，堰顶上的过水断面缩小，流速增大，势能转化为动能。
同时堰坎前后产生的局部水头损失，也导致堰顶上势能减小。
所以宽顶堰过堰水流的特征是进口处水面会发生明显跌落。
从水力学观点看，过水断面的缩小，可以是堰坎引起，也可以是两侧横向约束引起。
当明渠水流流经桥墩、渡槽、隧洞〈或涵洞)的进口等建筑物时，由于进口段的过水断面在平面上收缩，使过水断面减小，流速加大，部分势能转化为动能，也会形成水面跌落，这种流动现象称为无坎宽顶堰流，仍按宽顶堰流的方法进行分析、计算。
（一）流量系数宽顶堰的流量系数取决于堰的进口形状和堰的相对高度，不同的进口堰头形状，可按下列方法确定。
1、进口堰头为直角(8-22)2、进口堰头为圆角(8-23)3、斜坡式进口流量系数可根据及上游堰面倾角由表选取。
在公式（8-22）、（8-23）中为上游堰高。
当≥3时，由堰高引起的水流垂向收缩已达到相当充分程度，故计算时将不考虑堰高变化的影响，按=3代入公式计算值。
由公式可以看出，宽顶堰的流量系数的变化范围在0.32～0.385之间，当=0时，=0.385，此时宽顶堰的流量系数值最大。
比较一下实用堰和宽顶堰的流量系数，我们可以看到前者比后者大，也就是说实用堰有较大的过水能力。
对此，可以这样来理解：实用堰顶水流是流线向上弯曲的急变流，其断面上的动水压强小于按静水压强规律计算的值，即堰顶水流的压强和势能较小，动能和流速较大，故过水能力较大；宽顶堰则因堰顶水流是流线近似平行的渐变流，其断面动水压强近似按静水压强规律分布，堰顶水流压强和势能较大，动能和流速较小，故过水能力较小。
（二）侧收缩系数宽顶堰的侧收缩系数仍可按公式（8-21）计算。
（三）淹没系数当堰下游水位升高到影响宽顶堰的溢流能力时，就成为淹没出流。
试验表明：当≥0.8时，形成淹没出流。
淹没系数可根据由表查出。
无坎宽顶堰流在计算流量时，仍可使用宽顶堰流的公式。
问题：三角形堰实用流量计算说明：三角形堰是堰口形状为等腰三角形的薄壁堰，如图12-6所示。
当明渠流量较小时，如果使用矩形堰或全宽堰测量流量，则上下游的液位差很小，这会使得测量误差增大，为了使测量结果更加准确可以使用三角形堰。
对于三角形堰，当上游液位h变化时，堰口液流的宽度b也同时随着变化。
因此，三角形堰的流量计算公式应和三角形的顶角θ有关。
三角形堰堰口的曲线方程是将上式代入式（12-4），沿高度方向对整个液流进行流量的积分，可以得到流经三角形堰的流体流量qv公式为当堰口顶角时，三角形堰的流量实际计算公式（也称为Ki ndsvater-Shen公式）为式中，C是三角形堰的流量系数，还是三个变量的函数：e式中，p是三角形堰的顶角到堰底的距离；B是堰的宽度，he是有效水头，he=h+Kh；h是实测水头；Kh是水头的修正值。
当时，Ce 的值可查图12-7，Kh等于O.85mm对于的兰角形堰，目前还缺乏经验数据以确定Ce、h/p和p/B的函数关系。
但是，在堰口面积与明渠的通流面积相比很小时，h/p、p/B对Ce 值影响可以忽略不计，Ce只是θ的函数，如图12-8所示，相应Kh可以从图12-9查到。
式(12-27）的适用条件为当时，要把h/p和p/B限制在图12-7所列的范围内；当时，h/p≤0.35，1.5>p/B>O.1，h≥0.06m，p≥0.09mo为了准确地测量比直角三角形堰的流量测量范围更小的流量，可以使用锐角三角形堰。
在IS01438-75中还给出了的三角形堰以及三角形堰在不同的水头下流量系数和流量的表。
矩形堰流量计算公式全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：矩形堰是一种用来测量水流量的设备，通常用于渠道、河流或水库等水体中。
通过测量流经堰体的水流量，可以帮助我们更好地了解水体的流动情况，为水利工程的设计和管理提供重要的数据支持。
在实际的水利工程中，矩形堰的流量计算是一个非常重要的问题，本文将介绍一种常用的矩形堰流量计算公式，希望能够帮助大家更好地理解和应用这一知识。
矩形堰的流量计算公式是基于矩形堰的流量特性和水流动力学原理推导而来的。
在实际应用中，我们通常采用曼宁方程或切棱公式等方法对矩形堰的流量进行估算。
最常用的是切棱公式，其计算公式如下：Q = C*L*H^(3/2)Q表示矩形堰的流量，单位为m³/s；C为系数，取决于堰体形状和水流状态，一般在0.61-0.67之间；L为堰顶长，单位为m；H为水深，单位为m。
通过这个简单的公式，我们可以比较容易地计算出矩形堰的流量。
下面我们来详细介绍一下如何应用这个公式进行流量计算的步骤：第一步：测量堰顶长和水深我们需要准确测量矩形堰的堰顶长和水深。
堰顶长通常可以通过直尺或测量仪器进行测量，水深则可以通过水位计或深度计等设备进行测量。
确保测量的数据准确可靠是计算流量的基础。
第二步：确定系数C的数值系数C是切棱公式中的一个重要参数，它与堰体形状和水流状态密切相关。
一般情况下，C的数值在0.61-0.67之间，针对具体的堰体形状和实际水流情况，可以根据经验进行调整。
第三步：代入公式计算流量根据测量得到的堰顶长L、水深H和系数C的数值，将这些数据代入切棱公式中进行计算，即可得到矩形堰的流量值。
流量的单位通常为m³/s，如果需要将其转换为其他单位，可以根据需要进行计算转换。
通过以上几个简单的步骤，我们就可以比较容易地使用矩形堰流量计算公式进行流量估算。
在实际的水利工程应用中，矩形堰流量计算是一个非常重要的环节，可以帮助我们更好地监测水流情况，为水利工程的设计和管理提供有力支持。
1、明渠均匀流计算公式： Q=Aν=AC Ri C=n 1R y （一般计算公式）C=n 1R 61（称曼宁公式） 2、渡槽进口尺寸(明渠均匀流)z ：渡槽进口的水位降（进出口水位差）ε：渡槽进口侧向收缩系数，一般ε＝0.8～0.9b ：渡槽的宽度（米）h ：渡槽的过水深度（米）φ：流速系数φ＝0.8～0.953、倒虹吸计算公式： Q=mA z g 2(m 3/秒）4、跌水计算公式：5、流量计算公式：Q=Aν式中Q ——通过某一断面的流量，m 3／s ；ν——通过该断面的流速，m ／hA ——过水断面的面积，m 2。
6、溢洪道计算1）进口不设闸门的正流式开敞溢洪道（1）淹没出流：Q ＝εσMBH 23＝侧向收缩系数×淹没系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深23（2）实用堰出流：Q=εMBH 23=侧向收缩系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深232）进口装有闸门控制的溢洪道（1）开敞式溢洪道。
Q ＝εσMBH 23＝侧向收缩系数×淹没系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深23（2）孔口自由出流计算公式为 Q=MωH=堰顶闸门自由式孔流的流量系数×闸孔过水断面面积×H 其中：ω=be7、放水涵管(洞)出流计算1）、无压管流 Q=μA 02gH=流量系数×放水孔口断面面积×02gH2）、有压管流Q ＝μA 02gH=流量系数×放水孔口断面面积×02gH8、测流堰的流量计算——薄壁堰测流的计算1）三角形薄壁测流堰，其中θ＝90°，即自由出流：Q ＝1.4H 25或Q ＝1.343H 2.47（2-15）淹没出流：Q ＝（1.4H 25）σ（2-16）淹没系数：σ=2)13.0(756.0--Hh n +0.145（2-17） 2）梯形薄壁测流堰，其中θ应满足tanθ=41，以及b ＞3H ，即 自由出流：Q ＝0.42b g 2H 23＝1.86bH 23（2-18）淹没出流：Q ＝（1.86bH 23）σ（2-19）淹没系数：σ=2(23.1）Hh n --0.127（2-20) 9、水力发电出力计算N=9.81HQη式中N ——发电机出力，kW ；H ——发电毛水头，m ，为水库上游水位与发电尾水位之差，即H=Z 上-Z 下； Q ——发电流量，m 3／s ；η——发电的综合效率系数（包括发电输水管的水头损失因素和发电机组效率系数），小型水库发电一般为0.6—0.7。
堰闸出流淹没系数可信度评价堰流和闸孔出流是水利枢纽常见的两种泄流方式。
其出流形式分为自由出流和淹没出流两类。
淹没出流时需要用淹没系数对流量计算公式进行修正。
堰闸泄水建筑物下游通常都存在水跃，淹没出流时下游肯定是淹没式水跃衔接。
淹没水跃由于与完整水跃相比消能不充分，水面波动也明显增强。
在实验确定淹没系数时，水位等的测量精度决定了其可信度。
分析表明，在大淹没度情况下，要得到有价值的淹没系数，实测值误差必须满足非常苛刻的要求。
反之，在测量精度一定的条件下，欲使对淹没系数的研究有价值，必须预先进行可行性评估。
这为该方面研究提供了基本的评价方法。
在泄水建筑物水力计算中，也可作为确定其采信程度的依据。
标签：水力学；堰流；闸孔出流；淹没系数；可信度1 概述堰流和闸孔出流是水利枢纽中常见的两种泄流方式。
其出流形式又分为自由出流和淹没出流。
泄洪时，常出现大淹没度的情况。
在这种情况下，查取水力学教材[1]或水力计算手册[2]，会存在淹没系数与相关要素对应关系区间偏大的现象，插值计算可能会出现比较大的偏差。
于是，有不少学者对大淹没度的堰闸出流进行研究，试图探讨在这种情况下淹没系数比较准确的规律。
实测时，一方面存在着水面波动引起的测量偏差；另一方面，对应于一定的测量水平存在着计量误差。
两者就构成了实测值与真实值之间的整体误差。
这些都是不可能完全消除的[3][4]。
实际上，堰闸出流形式为淹没出流时，往往都伴随着下游大淹没度的水跃。
水跃消能极不充分，水面波动显著。
分析堰闸出流实测值的误差对淹没系数可信度的影响，具有较大的理论价值和实际意义。
2 堰闸出流计算基本公式堰流计算基本公式为：其中：Q为流量（m）；？滓s为淹没系数；？着1为侧收缩系数；m为流量系数；b为堰的净过流宽度（m）；g为重力加速度，通常取9.8m/s2；H0为堰上作用全水头（m）。
文章主要探讨淹没系数的可信度，为简单计，只考虑无侧向收缩的情况，即侧收缩系数？着1取1.0。
第十章堰流堰流是明渠缓流由于流动边界急剧变化而引起的明渠急变流现象。
本章主要介绍各类堰流的水力特征、基本公式、应用特点及水力计算方法。
概述一、堰和堰流堰：在明渠缓流中设置障壁，它既能壅高渠中的水位，又能自然溢流，这障壁就称为堰。
堰流（weir flow）：缓流越过阻水的堰墙溢出流动的局部水流现象称为堰流。
选择：堰流特定的局部现象是： A.缓流通过障壁； B.缓流溢过障壁； C.急流通过障壁； D.急流溢过障壁。
研究堰流的主要目的：探讨流经堰的流量Q及与堰流有关的特征量之间的关系。
堰流的基本特征量（图10-1）1.堰顶水头H；2.堰宽b；3.上游堰高P、下游堰高P1；图10-14.堰顶厚度δ；5.上、下水位差Z；6.堰前行近流速υ0。
二、堰的分类1.根据堰壁厚度d与水头H的关系，如图10-2：图10-2图10-32.根据上游渠道宽度B与堰宽b的关系，图10-4：3.根据堰与水流方向的交角：图10-44.按下游水位是否影响堰流性质：5.按堰口的形状：堰可分为矩形堰、梯形堰、三角堰。
三、堰流及孔流的界限1.堰流：当闸门启出水面，不影响闸坝泄流量时。
孔流：当闸门未启出水面，以致影响闸坝泄流量时。
2.堰流和孔流的判别式（1）宽顶堰式闸坝堰流：e/H ≥0.65孔流：e/H <0.65（2）实用堰式闸坝（闸门位于堰顶最高点时）堰流：e/H ≥0.75 孔流：e/H <0.75式中：e——闸门开启高度； H——堰孔水头。
判断：从能量角度看，堰流和闸孔出流的过程都是一种势能转化为动能的过程。
对第一节堰流的基本公式一、堰流基本公式推导（图10-7）由大孔口的流量公式（7-6)及，并考虑上游行近流速的影响，令图10-6得堰流的基本公式：（10-1）式中:m——堰流流量系数，m=。
二、堰流公式图10-7若考虑到侧收缩影响及淹没影响，则堰流公式为：（10-2）（10-3）式中：——淹没系数，≤1.0；——侧收缩系数，≤1.0 。
关于量水堰观测渗流量的表述量水堰是一种常见的水利工程设施，用于测量水流的流量。
观测渗流量是量水堰的重要任务之一，通过观测渗流量可以了解水资源的利用情况、水文变化趋势以及水环境的保护情况等。
渗流是指水分或其他流体通过多孔介质或裂隙介质的过程。
在地下水领域中，渗流是指地下水通过土壤、砂石层等介质向下渗透的现象。
渗流量是指单位时间内流经某一横截面的流体体积，通常以立方米每秒（m³/s）作为单位。
观测渗流量的目的是为了准确测量地下水的流量，从而为水资源的管理和利用提供依据。
下面将介绍一些常见的观测渗流量的方法和工具。
1. 水位观测法水位观测法是通过观测地下水位的变化来间接推算渗流量的方法。
在量水堰中，设置水位观测井，通过定期测量井内的水位变化，结合井内的孔隙特性和渗流规律，可以计算出渗流量的变化情况。
这种方法简单易行，适用于一些小型的渗流观测。
2. 渗流速度观测法渗流速度观测法是通过测量渗流体通过单位截面的速度来计算渗流量的方法。
常用的观测工具是渗透计，通过将渗透计插入地下水中，测量渗透计下降的时间和距离，就可以计算出渗流速度。
再结合渗透计的面积和渗流速度，就可以计算出渗流量。
3. 瞬时渗流量观测法瞬时渗流量观测法是通过在量水堰中设置渗流计，直接测量渗流体通过单位截面的瞬时流量的方法。
渗流计通常由一根垂直于地面的管道和与之相连的水平管道组成。
渗流体通过垂直管道进入水平管道，流出水平管道的瞬时流量可以通过流速测量仪器直接读取。
这种方法测量精度高，适用于对渗流量变化较快的情况。
4. 定量测量法定量测量法是通过在地下水流动路径上设置多个观测点，测量渗流体通过每个观测点的流量，然后将各个观测点的流量累加得到总的渗流量。
这种方法适用于渗流路径较长、渗流量较大的情况。
在进行渗流量观测时，需要注意以下几点：1. 观测设备的选择和使用应符合国家相关标准和规定，确保观测数据的准确性和可靠性。
2. 观测点的选择应合理，应选择在渗流路径上具有代表性的点位进行观测，避免一些特殊条件对观测结果的影响。
