第8章 堰流解读

流量系数mm和ms由表8.2.5中查出。
表8.2.5中的流量系数已包括侧收缩影响在内。 无坎宽顶堰淹没溢流的判别标准与宽顶堰流相同；淹没 系数的取值也由表8.2.4确定。
例8.2.1 某河进水闸底板高程与上游河床高程 相同，均为5.0m，闸孔共28个，孔宽10.0m,闸 墩厚d=1.6m,墩头为半圆形，边墩为1/4圆弧， 圆弧半径r=1.9m，闸上游河宽B0=327.0m，闸全 开，上游水位9.0m，当下游水位为5.0m时，求 过闸流量。(含侧收缩的流量系数m=0.3688。)
B0为引水渠宽，b为堰宽，P为堰顶高程与上游 堰底高程之差。
对于无测收缩的单孔矩形薄壁堰
B0 b / B0 0, b / B0 1
2 0.0027 H m0 0.405 1 0.55 H H P
矩形薄壁堰在自由溢流时，流量系数m0大体上为 0.42左右。 在形成淹没溢流时，下游水面波动较大，溢流很 不稳定，一般情况下量水用的薄壁堰不宜在淹没 条件下工作。
c H p1 K hc c (c) hcr K hs
形成宽顶堰淹没溢流的条件
hs 0.80 H0
hs为下游水位超过堰顶的高度。 淹没系数与hs/H0有关，可由表8.2.4查得。
• 无坎宽顶堰流 对于多孔无坎宽顶堰流,流量系数m按下式计算:
m mm n 1 ms n
n为堰孔数目；mm中孔的流量系数；ms边孔的流量系数。
2 2v2
2g
hw12
1） 过堰、闸时，能量的转换形式主要是从位 能转换为动能。 2） 两过水断面间水流的能量耗损主要是局部 水头损失，沿程水头损失是次要的。
有压管流和明渠流的沿程水头损失往往是主要 的。

二次近似计算
v0 =
32.3 Q Q = = = 1.09 m s A H1 B0 3.1× 9.6
2
v0 1.09 2 H0 = H + = 2.5 + = 2.56m 2g 19.6
m = 0.378
0
ζ cr = 0.7
查 表：
hs 2.125 − 0.5 = = 0.83 > 0.8 H0 2.5
1.研究任务 2.研究方法
研究水流状态和过流能力。
过闸、堰水流虽为急变流，但其上、下游为 均匀流，应用能量方程、连续方程可求解。
3.定义
（1）堰流：从顶部溢流而水面不受约束的壅水建筑物，称为 堰；通过堰的水流称为堰流。
（2）闸孔出流：有闸门控制水流的泄水建筑物，称为闸；通过 闸孔的水流称为闸孔出流。
（4）按上游渠道宽度B与堰宽b的关系
侧收缩堰：B>b 无收缩堰：B=b
（5）按堰与渠道水流方向位置
正交堰：堰与渠道水流方向正交 斜交堰：堰与渠道水流方向不正交 侧 堰：堰与渠道水流方向平行
几种常见堰形
水
δ 薄壁堰
δ 实用堰
δ 实用堰
δ 宽顶堰
δ 宽顶堰
六.堰流、闸孔出流的判别
宽顶堰 实用堰
e > 0 .65 H
e ≤ 0 .65 H
e > 0 . 75 H
e ≤ 0 .75 H
堰
流
闸孔出流
堰
流
闸孔出流
其中 e—闸门开度
H—堰、闸前水头
§8—2 堰流的基本公式
一.基本公式
以无侧收缩影响和淹 以无侧收缩影响和淹 没的宽顶堰为例。取堰 没的宽顶堰为例。取堰 顶为基准面，列1-1和2顶为基准面，列1-1和22断面的能量方程： 2断面的能量方程：

1
v0
P1
1
v1
P2
0
影响流量系数的主要因素
m m( , k, ) , k,
0
b
H
v0
0
H
b
e
0 图 堰流
0 图 闸孔出流
堰流和孔流取决 上游来流条件（涨水或落水） 闸孔相对开度 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 件改变，同一堰上的堰流，或孔流就可能改变。
0
H e
0 图 闸孔出流
平顶堰 e/H ≤0.65 孔流 e/H ＞0.65 堰流
e 闸孔开度；H为堰上水头
H0
(1
0
)
1v12 2g
0
( ) 1
0
δ H
1
v0
H
0 v02
2g
H0
z
p
(1
) v12 2g
P1
1
v1
P2
p
let: z H H0
H0
(1
) 1v12 2g
0
H0
H0
(1
) v12
2g
v1
1
(1 )
2g(H0 H0 )
let : A1 kH0b : k coefficent
P1
1
v1
P2
H0
H
0v02
2g
z
p
(1
) v012
2g
v0 0-0 断面的平均流速 v1 1-1 断面的平均流速 ζ 局部阻力系数
0
δ H
1
v0
P1
1
v1
P2
0
H
0v02

αQ 2
2 g ( Bh H ) 2
H
B
b
Q = m0 b 2 g H
1.5
+ MH
2.5
= (m0 +
MH 2gb
)b 2 g H 1.5 = mt b 2 g H 1.5
当 θ = 14 时，流量系数 m t 不随H及b变化，且约为0.42。
第五节 宽顶堰
有坎宽顶堰流：由于存在底坎引起水流在垂直方向 有坎宽顶堰流：由于存在底坎引起水流在垂直方向 产生收缩而形成进口水面跌落的水流现象。 形成进口水面跌落的水流现象 产生收缩而形成进口水面跌落的水流现象 无坎宽顶堰流：由于侧向收缩的影响， 侧向收缩的影响 无坎宽顶堰流：由于侧向收缩的影响，形成进口水 面跌落的水流状态 的水流状态. 面跌落的水流状态
v1 = ϕ 2 g ( H 0 −ψhk ) v12 H 0 = h1 + 2 gϕ 2
Q = εb ψ h k ϕ 2 g ( H 0 − ψ h k )
v12 H 0 = h1 + 2 gϕ 2
v1 = ϕ 2 g ( H 0 −ψ hk )
h1 = ψh k
Q = εbψhk ϕ 2 g ( H 0 − ψhk )
当宽顶堰溢流宽 度较大时，同样需设 置闸墩和边墩，产生 侧收缩使Ｑ减小。
第六节 小桥孔径的水力计算
无坎宽顶堰流
H:桥前壅水水深 h1 ,h2 :桥下(孔)水深 h :桥下游水深
自由出流
hk :桥下临界水深 H0:桥前总水头
h2
h < 1.3hk 自由式小桥
h=h2
h ≥ 1.3hk 淹没式小桥
淹没出流
三角形堰
B
三角形堰量测小 流量 矩形堰和梯形堰 用于量测较大流量。 用于量测较大流量