堰流闸孔出流和桥涵过流的水力计算资料
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第九章 堰流与闸孔出流
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
09 闸孔出流过流能力计算
专题9. 闸孔出流过流能力计算实际工程的水闸，闸底坎一般为宽顶堰和曲线型实用堰，闸门类型主要有平板闸门和弧形闸门。
闸孔出流的形式有自由出流和淹没出流两种。
如下图所示图9-1''c t h h > 闸孔自由出流 9-2 ''c t h h = 闸孔自由出流9-3''c t h h < 闸孔淹没出流判别标准分别为：当''c t h h ≥时，下游发生远离式水跃或临界式水跃，此时闸孔出流为自由出流；当''c t h h <时，下游发生淹没式水跃，此时的闸孔出流为淹没出流。
其中，''c h 为收缩断面水深c h 的共轭水深，t h 为下游水深。
1.自由出流对于自由出流，其计算公式如下02Q be gH μ= （9-1）式中：Q 为过堰流量，m 3/s ；μ为闸孔出流的流量系数；b 为闸孔净宽，m ；e 为闸门开度，m ； 0H 为闸前总水头，m 。
对于平板闸门，流量系数可用下式计算0.600.176eHμ=- （9-2） 应用范围： 0.10.65eH<<。
对于弧形闸门，流量系数可用下式计算(0.970.81)(0.560.81)180180eHθθμ︒︒=--- （9-3） θ为闸门下缘切线与水平线的夹角，适用于： 002590θ<<， 0.10.65eH<<。
2.淹没出流由上面分析可以看出，闸孔淹没出流的条件为t ch h ''>。
当闸孔为淹没出流时，泄流能力比同样条件下的自由出流小，在实际计算时，是将平底闸孔自由出流的式（9—1）右端乘上一个淹没系数s σ，即：02s Q be gH σμ= （9—4）式中 ：s σ—淹没系数，可由eH及z H ∆可查图9.4得到，z ∆为闸上、下游水位差。
图9-4闸孔出流的淹没系数【工程任务】矩形渠道中修建一水闸，闸底板与渠底齐平，闸孔宽b 等于渠道宽度b 为3m ，闸门为平板门。
水力学第十章 堰流及闸孔出流
b
按有无侧向收缩
有侧收缩堰流b≠B
b
B
b
按下游出流 是否影响泄流能力
非淹没堰 淹没堰
10.2 堰流基本公式
宽顶堰为无侧向收缩的
自由堰流，以水平堰顶为 基准面，对堰前断面0－0 及堰顶收缩断面1－1列能 量方程
H
v2 00ຫໍສະໝຸດ h v2 11
v2 1
2g 1 2g 2g
令
H0
H
0
v2 0
则
Q 0.42b 2gH 1.5 1.86bH 1.5
10.4 实用堰流
实用堰剖面可分为曲线形或折线形。
曲线形实用堰的剖面组成及其设计 1、上游直线段AB：常是垂直的，有时也是 倾斜的。其坡度由坝体的稳定和强度要求 选定。
2、堰顶曲线段BC：对水流特性的影响最大，是设计曲线型 实用堰剖面的关键。
此时
3
Q m b 2gH 2 0
对于一般堰流
3
Q mb 2gH 2
0
过
侧淹 流 堰
堰
收没 量 宽
流
缩系 系
量
系数 数
数
1 1
堰
顶 全 水
H0
H
V02
2g
头
10.3 薄壁堰流
薄壁堰按堰口形状不同，可分为矩形薄壁堰、三角形 薄壁堰和梯形薄壁堰。
10.3.1 矩形薄壁堰 薄壁堰流具有稳定的水头和流量的关系，常作为水 力模型或野外测量中一种有效的量水工具。
侧收缩系数
1 0.2 K
n
1
0
H0 nb
薄壁堰流的水力计算PPT课件
为孔口的收
缩系数。 为孔口出流的流量系数。
根据实验，小孔口的 0.64 ， 0.06, 0.97，
0.62。不同边界形式的孔口的流速系数 、收
缩系数 或流量系数 可参考有关手册。
（二）恒定孔口淹没出流
如果孔口在下游水面以下，则为孔口淹没出流，可以
写能量方程。
H
0v02 2g
H1
开度e为0.6m,下游水深ht为3.92m,流速系数为 0.97，闸
前流速假设为0，求通过闸孔的流量。
解: 因为 e 0.6 0.119 0.65 故为闸孔出流。
H 5.04
先判别闸孔出流的性质： 由表8-1，当e/H＝0.119时，垂直收缩系数ε＝0.616， 则收缩水深为
hc e 0.616 0.6 0.37m
收缩水深hc的共轭水深 hc" 由下式计算
hc"
hc 2
(
1 8 vc2 ghc
1)
收缩断面的流速vc为
vc 2g(H0 hc ) 9.28m / s
若不计行近流速的影响；上式中闸孔自由出 流的流量系数μ用（8-22）式计算。则
收缩断面的共轭水深为
因为
hc"
0.37 2
(
9.282
18
(a)
(b)
(c)
设收缩水深hc的跃后水深为 。 若 ht < hc" ，则水跃发生在收缩断面处或收缩断面下游这 种时候的水跃是远驱式水跃
若 ht = hc" 。则水跃发生在收缩断面处，这时候的水跃是 临界水跃。
远驱式水跃和临界水跃，下游水深的大小不影响闸孔出 流，称做闸孔自由出流。
若 ht ＞ hc" ，则水跃发生在收缩断面上游，水跃旋滚覆 盖了收缩断面，发生淹没水跃，称为闸孔淹没出流。通过 闸孔的流量随下游水深 hc" 的增大而减小。
宽顶堰流的水力计算
深度为3.0m。孔前行进流速为0.8m/s，孔口处为完善收缩
的自由出流，求流量。
解：
d 0.2 0.06 0.1，为小孔口 A d 2 0.0314
H3
4
0.62, H0
H
v02 2g
3.03
Q A 2gH0 0.15m3 / s
二、恒定管嘴出流的计算 （一）自由出流：若在孔口上连接一段长为（3～4
e 0.65 H
为堰流；
闸底坎为曲线型堰流时
e 0.75 为闸孔出流；
H
e 0.75 H
为堰流；
式中：e为闸孔开度；H为从堰顶算起的闸前水深。
8-2 孔口与管嘴出流
在容器侧壁上开孔，液体将从孔中流出，这种水流 现象称为孔口出流。
一、恒定流孔口出流 当容器中水面保持恒定不变， 通过孔口的水流则为恒定流。 根据孔口的直径与孔口水头的 比值将孔口分为小孔口 d 0.1
用堰，闸门型式主要有平板闸门及弧形闸门。 水力计算的任务：在一定闸前水头下计算不同闸孔开度
时的泄流量；或根据已知的泄流量求所需的闸孔宽度b。
一、底坎为宽顶堰的闸孔出流
闸孔出流受水跃位置的影响可分为自由出流及淹没出
流二种。如图
(a)
(b)
(c)
设收缩水深hc的跃后水深为 。 若 ht < hc" ，则水跃发生在收缩断面处或收缩断面下游这 种时候的水跃是远驱式水跃
堰坎外形及厚度不同其能量损失及过水能力也会不同。 工程上通常按照堰坎厚度δ 与堰上水头H的比值大小及水 流的特征将堰流分作：
1．薄壁堰流： 即 0.67 。
H
2．实用堰：
第八章 堰流和闸孔出流
第八章 堰流和闸孔出流第一节 概述一、堰流及闸孔出流的概念堰流：顶部闸门完全开启，闸门下缘脱离水面，水流从建筑物顶部自由下泄。
闸孔出流：顶部闸门部分开启，水流受闸门控制而从建筑物顶部与闸门下缘间的孔口流出。
二、堰流及闸孔出流的水流状态比较1、堰流和闸孔出流的区别：堰流的水面线是光滑的降落曲线；闸孔出流的上下游水面是不连续的。
由于边界条件的这种差异，它们的水流特征及过水能力也不相同。
2、堰流和闸孔出流的相同点：引起壅水，然后水面降落，是在重力作用下形成的一种水流运动，都是从势能转化为动能的过程。
都属于明渠急变流，主要是局部水头损失。
3、堰流和闸孔出流的转化： 闸底坎为平顶堰时：65.0≤H e 时为闸孔出流；65.0>He时为堰流。
闸底坎为曲线型堰时：75.0≤He 时为闸孔出流；75.0>H e时为堰流。
式中，e 为闸孔开度；H 为从堰顶算起的闸前水深。
第二节 堰流的类型及水力计算公式一、堰流的类型定义：堰前断面，堰顶水深，行近流速。
堰前断面距上游壁面的距离：H l )5~3(= 1．薄壁堰流：67.0<Hδ，水舌形状不受堰坎厚度的影响，与堰顶呈线接触，水面呈单一的降落曲线。
此时堰顶常为锐缘形。
2．实用堰流：5.267.0<<Hδ，水舌下缘与堰顶呈面接触，水舌受堰顶的压缩与顶托，但影响不大，水流还是在重力作用下的自由跌落。
常用曲线形或折线形。
H 01V 堰顶宽度为b ，水舌厚度为0kH （k 为堰顶水流垂向收缩系数），则：2/302/3001010221)1(21H g mb H g b k gH bkH bV kH Q =-=-+==ξϕξςα式中ϕ为流速系数；m 为流量系数。
2/30H Q ∝。
流量系数：),,(ξϕk f m =，还与堰的边界条件有关。
自由出流/淹没出流； 有侧收缩堰/无侧收缩堰。
则：2/3012H g mb Q s εσ=第三节 薄壁堰流的水力计算一般用作量水工具。
堰流和闸孔出流课件
0 .6 7 2 .5H
2.510
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
2、根据上游渠道宽度B与堰宽b的关系：
堰 侧收缩堰（b<B）
B
无侧收缩堰（b=B）
3、根据堰与水流方向的交角：
正堰 堰 侧堰
b
斜堰
L=(3~5)H
4、堰顶厚度 ；
5、上、下水位差 Z；
6、堰前行近流速v0。
H
P1
v0
水舌 P2
2
Z h
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
3
第一节 堰流的分类及水力计算基本公式
1、根据堰壁厚度 与水头 H 的关系：
4545二无压涵洞的水力计算二无压涵洞的水力计算涵洞涵洞1111定义定义1212涵洞中的水流流态涵洞中的水流流态1313确定涵洞中水流流态的因素确定涵洞中水流流态的因素实用堰ogeewei宽顶堰broadcrestwei46本章小结本章小结一堰流特点及分类一堰流特点及分类堰流是明渠水流受竖向或侧向收缩而引起雍高而后跌落或二堰流是明渠水流受竖向或侧向收缩而引起雍高而后跌落或二次跌落的局部水流现象在堰上游积聚的势能于跌落中转化为动能次跌落的局部水流现象在堰上游积聚的势能于跌落中转化为动能在计算中不考虑沿程水头损失
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
10
薄壁堰主要用途：用作量水设备。
薄壁堰口的横断面形状不同，相应的流量系数也
堰流和闸孔出流
第十章 堰流和闸孔出流
第一节 概述 在水力学中，把顶部溢流的水工建筑物 称为堰。溢流坝和水闸坎肩就是堰。流经 堰的水流，当没有受到闸门控制时就是堰 流；当受到闸门控制时就是闸孔出流，简 称孔流。 堰流和闸孔出流分为自由出流和淹没出流。
1
第二节 堰的分类
• 按堰壁厚度与水头的相对大小，即按堰的 水力特性，将堰分为薄壁堰、实用堰、宽 顶堰三类。
26
第六节 宽顶堰
• 一、宽顶堰的流量公式
• 以堰顶为基准面，列1.2的能量方程
27
• 化简为
• 由此解得
• 式中
为流速系数。
28
• 过水面积A=Bh，得宽顶堰的流量公式为
• 合并系数，又因为流速水头可以忽略不计， H-h=z，上式可写为
• 上两式是宽顶堰自由出流的公式，在淹没出 流的情况下，同时要考虑淹没系数。
2
3
一、薄壁堰
• 当水流趋向薄壁堰流时，堰顶下泄的水 流形如舌状。当堰壁的厚度较小，堰壁没 有触及到水舌的下缘，其厚度对水舌形状 没有影响时，这种堰称为薄壁堰或锐缘堰。 根据实验，堰顶至水舌下缘之间的水平距 离约为0.67H，故在设计中，把厚度小于 0.67H的堰称为薄壁堰。
4
二、实用堰
• 当堰壁厚度影响到水舌形状，水流即受 到堰顶的阻力。把厚度处于0.67H到2.5H之 间的堰称为实用堰。为了减小水流阻力， 某些大型的溢流坝，其剖面形状常做成曲 线形，使堰形状尽量与水舌相吻合，以减 少阻力，称为曲线形实用堰。
29
• • • •
二、流量系数及侧收缩系数 1 流量系数 别列辛斯基的经验公式 直角形进口
• 圆弧形进口
30
• 三、淹没系数 • 宽顶堰的淹没条件
• 淹没系数近似查下表
第一节 概述 在水力学中，把顶部溢流的水工建筑物 称为堰。溢流坝和水闸坎肩就是堰。流经 堰的水流，当没有受到闸门控制时就是堰 流；当受到闸门控制时就是闸孔出流，简 称孔流。 堰流和闸孔出流分为自由出流和淹没出流。
1
第二节 堰的分类
• 按堰壁厚度与水头的相对大小，即按堰的 水力特性，将堰分为薄壁堰、实用堰、宽 顶堰三类。
26
第六节 宽顶堰
• 一、宽顶堰的流量公式
• 以堰顶为基准面，列1.2的能量方程
27
• 化简为
• 由此解得
• 式中
为流速系数。
28
• 过水面积A=Bh，得宽顶堰的流量公式为
• 合并系数，又因为流速水头可以忽略不计， H-h=z，上式可写为
• 上两式是宽顶堰自由出流的公式，在淹没出 流的情况下，同时要考虑淹没系数。
2
3
一、薄壁堰
• 当水流趋向薄壁堰流时，堰顶下泄的水 流形如舌状。当堰壁的厚度较小，堰壁没 有触及到水舌的下缘，其厚度对水舌形状 没有影响时，这种堰称为薄壁堰或锐缘堰。 根据实验，堰顶至水舌下缘之间的水平距 离约为0.67H，故在设计中，把厚度小于 0.67H的堰称为薄壁堰。
4
二、实用堰
• 当堰壁厚度影响到水舌形状，水流即受 到堰顶的阻力。把厚度处于0.67H到2.5H之 间的堰称为实用堰。为了减小水流阻力， 某些大型的溢流坝，其剖面形状常做成曲 线形，使堰形状尽量与水舌相吻合，以减 少阻力，称为曲线形实用堰。
29
• • • •
二、流量系数及侧收缩系数 1 流量系数 别列辛斯基的经验公式 直角形进口
• 圆弧形进口
30
• 三、淹没系数 • 宽顶堰的淹没条件
• 淹没系数近似查下表
项目七 闸孔出流水力分析与计算
出流水力计算公式为：
Q s 0nbe 2gH 0 Nhomakorabea（7-7）
式（7-7）中：σs
为淹没系数，反映了下游的水位对过水能力的影响，σs
与
ht H
hc'' hc''
比
值有关，可查图 7-6 确定淹没系数。 2.2 底坎为曲线型实用堰的闸孔出流
图 7-7 为曲线型实用堰上的闸孔出流。当水流由闸前趋近闸孔时，水流的收缩比平底
从上面的分析可以看出，判断闸孔自由出流或淹没出流，须先求出收缩断面水深 hc 和它相应的共轭水深 hc”，然后将 hc”和下游水深 ht 比较，即可判别闸孔出流情况。
上述判别条件对不同闸门类型的无底坎或有底坎宽顶堰型闸孔出流都适用。 （1）底坎为宽顶堰型闸孔自由出流的水力计算
3
如图 7-2a 所示，收缩断面 c-c 上的流线近似为平行直线，c-c 断面可以认为是渐变流 矩形断面。以闸底板为基准面，取闸门上游距闸门（3~4）H 符合渐变流条件的 0-0 断面 与下游 c-c 收缩断面列能量方程
e H
(0.15 0.2
e ) cos H
（7-5）
当 cosθ=0.3~0.7 时：
0
0.545 0.136
e H
0.334(1
e H
) cos
（7-6）
需要说明的是上面垂向收缩系数 ε’及流量系数 μ0 确定方法严格来说仅使用于无坎宽
顶堰型闸孔出流，但某些实验证明，对于有坎宽顶堰型的闸孔出流（图 7-4），只要收缩
H
v02 2g
hc
c vc2 2g
hw
式中 ：hw —水流从 0-0 断面到 c-c 断面的水头损失，由于 0-0 到 c-c 断面的距离很
长沙理工大学水力学考研复习资料第九章 堰闸
1堰流及闸孔出流0.65 为闸孔出流0.75 为闸孔出流否则为堰流＝堰顶水头或闸前水头。
水利水电学院赵昕3水舌下缘与堰顶为线接触。
形状：矩形，三角形，……: 水舌与堰顶为面接触曲线形，折线形）一段水流近似与堰顶平行；二次水面跌落ζ+α=11太小时水舌附壁（一般应使H>2.5cm）二、三角形薄壁堰优点：在小流量时仍然能够保持一定的稳定水头，适合用作量水堰。
将每个宽度db看成一个矩形薄壁堰的设计是关键，要求：流量系数尽可能地大体型较瘦堰面不产生大的负压13一、曲线型实用堰的剖面形状实用堰的外形轮廓基本上参照矩形薄壁堰的水舌下缘曲线设计（略向上凸出一点以消除壁面摩擦产生的负压）★实用堰的堰顶与薄壁堰的堰顶不同，水头H 约为后者的0.888倍。
问题：水头随流量改变，薄壁堰水舌随之改变，但实用堰外形不可能改变。
14时流量系数增大。
要求选取的剖面即使在高水头是也不产生大的负压。
17yH x d 85.085.12=xy与下游直线段（坡度m l ）的切点C ：C H x .dx dy 9250⎜⎜⎝⎛=⎟⎠⎞⎜⎝⎛19随着水头设计水头20三、侧收缩系数(1)弗朗西斯公式（Francis ）([([⎪⎩⎪⎨⎧+−−+−=2.012.01n nn K K c ξξσ或[[⎪⎩⎪⎨⎧−+−==2.02.0b nb nb B B K K c c ξξσ2223[]nbH k n k pa 0)1(2−+−24252627实用堰水力计算问题的基本类型设计已知Q d ，确定：H d →堰剖面，堰顶高程堰宽B →b ，校核已知H ，计算Q →Q ~ H 关系已知Q ，计算H,10002H P m b H H h H P d c s ⎜⎜⎝⎛⎟⎠⎞⎜⎝⎛σ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛中行进流速水头含流量，计算时需要试算或迭代28P 1/H d ≧1.33 时为高堰：H 0≈H ，,2m b H H h H P Q c s s ⎟⎠⎞⎜⎝⎛σ⎟⎠⎞⎜⎝⎛σ=29五、低实用堰：过流能力大于宽顶堰堰0241.01)(4988.0dd H P m =驼峰堰折线实用堰流量系数32有底坎的宽顶堰1. 矩形宽顶堰无侧向收缩的自由溢流()gv h g v H H cc 222200∑ζ+α+ξ=α+=流量系数kk m ξ−ϕ=12/302H g mb Q =()00112k k k gH bkH Q −ϕ=ξ−ϕ=3638390.3550.3460.3400.3340.3300.3270.80.70.60.50.40.340八字形翼墙进口的平底宽顶堰流量系数0.3730.3750.3760.3750.3650.3690.3700.3690.3600.3640.3660.3640.3560.3640.3660.3640.3520.3580.3600.3580.3500.3560.3580.3560.3480.3540.3570.3540.3460.3520.3550.3520.3440.3510.3540.3510.3430.3500.3530.3500.51.02.03.00.80.70.60.50.40.30.20.10.0b/B41m s边孔流量系数m = 0.385，用弗朗西斯公式43．宽顶堰流动的淹没系数（有坎、无坎）求流经直角进口无侧收缩宽顶堰的流量Q。
8 堰流及闸孔出流课件
宽顶堰流
2.5
H
10
宽顶堰堰顶厚度对水流顶托非常明显。 水流特征：水流在进口附近的水面形成跌落 有一段水流与堰顶几乎平行 下游水位较低时，出堰水流二次水面跌落
如果堰顶宽度继续增加，即δ/H>10，则沿程水头损
失不能忽略，水流特性不再属于堰流，而是明渠流。
按下游水位是否对过堰水流有顶托阻水的影响 自由堰流 淹没堰流
堰上水头不宜过小（应大于2.5cm）；
水舌下面的空间与大气相通。
图8.5是实验室中测得的无侧收缩、非淹没矩形薄壁
堰自由出流的水舌形状。
无侧收缩，非淹没矩形薄壁堰的流量计算公式：
Q m0b 2 g H
伯克（T.Rehbock）公式计算
3/ 2
（8.2）
式中， m0为包括行近流速影响的流量系数，可按雷
0
堰前断面：堰上游水面无明显下降的0-0 断面
实验资料表明，流过堰顶的水流型态随堰坎厚度δ
与堰顶水头H之比δ/H 而变。 工程上，按δ 与 H 的大小将堰流分为 薄壁堰流 实用堰流
H
0.67
0.67
H
2.5
曲线形 折线形 有坎
宽顶堰流
2.5
H
10
无坎
薄壁堰流
薄壁堰流
折线形实用堰流
8 堰流及闸孔出流
8 堰流及闸孔出流
水利工程中，为防洪、灌溉、航运、发电等要求， 溢流坝、 水闸底槛、桥孔、无压涵洞进口。
需修建溢流坝、水闸等控制水流的水工建筑物。例如，
堰：既能挡水，又能过水的水工建筑物，称为堰。
0 H e b
0
H e
0
第八章堰流与闸孔出流
Q b hk v
Q (b ) hv
(2)选取标准孔径B≥b 公路、铁路桥梁的标准孔径有4m、5m、6m、 8m、10m、12m、16m、20m等
(3)计算标准孔径下的临界水深
3 hk
Q 2 g (B ) 2
如原来为自由式需判别是否变为淹没式
h 1.3hk
h 1.3hk
正堰：堰与水流方向正交。 侧堰：堰与水流方向平行。 斜堰：堰与水流方向不正交。
第二节 堰流的基本公式
v1 H 2g 2g 2g
H
2 0 v0
以自由式无侧收缩薄壁堰 为例
0 H 1 v0 P1 1
0 v0
2
p1
1v1
2
2
2g
H0
堰流作用水 头
0′
0′
v1 P2
因水舌被大气包围， 1-1 断面的 p1 / 0
δ 1
v0
1
0
•堰顶加厚，水舌下缘与堰顶呈面接触，水舌受堰顶 0 约束和顶托，但影响还不大，水流主要还是重力作用 下的自由跌落。
折线型实用堰
0 H
δ 1
v0 1
曲线型实用堰
0
宽顶堰
0
2.5＜δ/ H ＜10
1
实验表明，宽顶 堰流的水头损失 主要是局部水头 损失
H P1 0
v0 1 δ
v1
P2 堰顶对水流的顶托 作用非常明显 进口出现水面跌落
第一节 堰流的特点及其分类
一、堰流的定义 堰
水流受到从河底建起的建筑物（堰体）的阻 挡，或者受两侧墙体的约束影响， 在堰体上游产生壅水，水流经堰体自由下泄, 下泄水流的自由表面为连续的曲面
内科大水力学课件09堰流及闸孔出流
hs＜0
hs＞0，且有顶托作用， 形成淹没式水跃。
按有无侧向收缩
无侧收缩堰流 b=B 有侧收缩堰流b＜B
返回
堰流的基本公式
应用能量方程式可推得
Q s mb
H
V0
2
g
H3 0
2
过
淹
堰
没
流
系
量
数
s 1
侧 流堰 收 量宽 缩系 系数 数
1 1
水力计算类型
计算过堰流量Q 计算堰上水头H
设计堰宽b
堰
顶 全 水
长研Ⅰ型剖面堰——中国长江水利委员会研制的， 该剖面是在有闸墩的情况下得出的。其剖面曲线方程
x 为： 1.8 2.1Hd 0.8 y 。
WES剖面堰——美国陆军兵团水道实验站研制的， 该剖面曲线用方程表示，便于控制，堰剖面较瘦，节省 工程量，且堰面压强分布比较理想，负压也不大，对安 全有利，所以近年来多采用WES剖面作为溢流坝。
前进
WES剖面堰的水力设计
0v02
2g
vo
Q smnb
2g
H
3 2
θ
u o ux
x
B
P1 H0 Hd
y
在o点处uy＝0，ux＝ucosθ，经过t时刻流体质点的坐标为：
用 与 要xy 通在矩 由过流形u12Hxy实于体 薄tgd验工t质壁2研程点堰4消究中上自c去得溢的由ostH出流力出2 不d水也流y同舌不水u条2下仅舌12件缘仅并gH下的是不x的d重完压uxk强力全x2值相并，2和同不所同n值等以。时H。于工因除yd大程此以气中工设k压溢程计强水流中H头水通，xdH舌常作dn
实验研究表明，曲线型适用断面堰的流量系数主要取决
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薄壁堰流由于具有稳定的水头和流量关系，因此， 常作为水力模型试验或外测量中一种有效的量水工具。
有些临时性的挡水建筑，如叠梁闸门也可近似作薄 壁堰流计算。
另外，工程上广泛应用的曲线型实用堰，其外形一 般按照矩形薄壁堰流水舌缘曲线设计。
所以，薄壁堰流的研究是具有实际意义的。
常用的薄壁堰，堰坎顶部的过水断面常作成矩形或 三角形，分别称为薄壁堰或三角形薄壁堰。
(
y Hd
)
k(
x Hd
)n
式中：系数
k
Hd
4 cos2 u 2
；指数 n =2。
2g
我国采用的剖面有： 1．克里格－奥菲采洛夫（过去常用） 2．渥奇 3．美国水道试验站WES型（现在常用）
WES剖面如图
二、WES剖面型实用堰的流量系数m
实验研 究表明，曲 线型适用堰 的流量系数 主要决定于 上游堰高与 设计水头之 比 P1 / Hd ，堰 顶全水头与 设计水头之 比H0 / Hd 以及上游面 的坡度。
图8-5是实验室中测得的无测收缩，非淹没矩形薄壁堰 自由出流的水舌形状。
无测收缩，非淹没矩形薄壁堰的流量按（8-1）式计算
即
Q mb 2g H03/2
为了便于根据直接测出的水头来计算流量，可改写（8-1） 式，把行近流速的影响包括在流量系数中去：
Q mb
2g
H
a0 v0 2 2g
3/ 2
m1
H
式中：e为闸孔开度；H为从堰顶算起的闸前水深。
8-1 堰流的分类及水力计算基本公式
一、堰流的分类
水利工程中 常根据不同 的建筑材料 和使用要求 作成不同的 堰。 堰坎外形及 厚度不同其 能量损失及 过水能力也 会不同。
工程上通常按照堰坎厚度δ与堰上水头H的比值 大小及水流的特征将堰流分作：
1．薄壁堰流：即 2．实用堰：即 3．宽顶堰流：即
水流受闸门控制而 从建筑物顶部与闸门下 缘间孔口流出时，这种 水流状态叫做闸孔出流。
当顶部闸门完全开 启，闸门下缘脱离水面， 闸门对水流不起控制作 用时，水流从建筑物顶 部自由下泄，这种水流 状态称为堰流。
堰流和闸孔出流是两种不同的水流现象。
堰流与闸孔出流也存在着许多共同点:
首先，堰流和闸孔出流都是因水闸或溢流坝等建筑 物壅高了上游水位，在重力作用下形成的水流运动。
一、矩形薄壁堰流
实验证明：当矩形薄壁堰流为无侧收缩，自由出流 时，水流最为稳定，测量精度也较高。所以用来量水的 矩形薄壁堰应使上游梁宽与堰宽相同；下游水位低于堰 顶。
此外为了保证堰为自由出流，还应满足：
1.堰上水头不宜过小（一般应使H>2.5厘米），否则溢 流水舌受表面张力作用，使出流很不稳定。
2.水舌下面的空间与大气相通。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。这种出流 也是不稳定的。
a0 v0 2 2gH
3/ 2
b
2g H 3/2
令
m0
m1
a0 v0 2 2gH
3/ 2
则得
Q m0b 2g H 3/2
（8-3）
式中，包括行近流速影响的流量系数m0可按下列经验 公式计算
m0
0.403
0.053
H P1
0.0007 H
（8-4）
式中P1为上游堰高，H及P1 均以米计。上式用于
第八章 堰流、闸孔出流和桥、涵过 流的水力计算
8-1 堰流的分类及水力计算基本公式 8-2 薄壁堰流的水力计算 8-3 实用堰流的水力计算 8-4 宽顶堰流的水力计算 8-5 闸孔出流的水力计算
第八章 堰流及闸孔出流
水利工程中为了泄水或引水，常修建水闸或溢流坝等 建筑物，以控制河流或渠道的水位及流量。
(1) 过水能力大
(2) 堰面不出现 过大的负压 (3) 经济、稳定
堰顶曲线BC对水流特性的影响最大，是设计曲线实用 堰剖面形状的关键。
国内外设计堰剖面形状有许多方法，主要区别在于曲 线段BC如何确定。
(a)
(b)
(c)
实际采用的剖面形状都是按薄壁堰水舌下缘曲线稍加 修改而成。
薄壁堰自由出流时，水舌下缘曲线的特性
C0
1.354
0.004 H
0.14
0.2 P1
H B
2
0.09
其中， Q为流量，以米3/秒（m3/s）计； H为堰顶水头；
P1为上游堰高； B为堰上游引渠宽均以米（m）计。
在下述范围内，上式的误差＜（±1.4%）
0.5m≤B≤1.2m 0.07m≤H≤0.26m
0.1m≤P1≤0.75m H≤B/3
如图所示矩形薄壁堰自由出流，设堰顶B点处水流质
点流速u与水平方向相交成θ角，则x、y方向大流速分量
等于 ux u cos , u y u sin
则在水舌下缘最高点时有 ux u, uy 0
经时刻t后，液体质点的坐标值为：
x
u y
xt
1
2
ut c gt 2
os
消去t后，两端用 Hd
整理后得
0.67 H
0.67 2.5
H 2.5 10
H
二、堰流水力计算的基本公式
3
Q smB 2g H0 2
8-2 薄壁堰流的水力计算
薄壁堰流具有稳定的水头和流量关系，因此常作为 水力模型试验或野外测量中一种有效的量水工具。
常用的薄壁堰顶部过水断面常作成矩形或三角 形，分别称为：
一、矩形薄壁堰流
H≥0.025米，H P1
≤2及P1≥0.3米条件下。
二 直角三角形薄壁堰流
当所需测量的流量较小（例如Q＜0.1米3/秒）时，若 应用矩形薄壁堰流则水头过小，误差增大。 一般可改用直角三角形薄壁堰（图8-6），其计算公式为
Q C0 H 5/ 2
（8-7）
式中，C0为直角三角形薄壁堰的流量系数，可按下式计算
过去，有采用C0=1.4
8-3 实用堰流的水力计算
作为挡水及泄水建筑物的溢流坝就是实用堰的典型 例子。
低溢流堰常用石料砌筑成折线形，较高的溢流坝为 大过流能力，一般作成曲线形，即所谓的折线型实用堰 和曲线型实用堰。
3
Q smB 2g H0 2
一、曲线型实用堰的剖面形状
曲线型实用 堰比较合理的剖 面形状应当具有 下列几个优点：
其次，这两种水流都是在较短的距离内流线发生急 剧弯曲，离心惯性力对建筑物表面的压强分布及建筑物 的过水能力均有一定影响。 其出流过程的能量损失主要是局部损失。
闸底坎平顶堰时 e 0.65 为闸孔出流；
H
e 0.65 为堰流；
H
闸底坎为曲线型堰流时 e 0.75 为闸孔出流；
H
e 0.75 为堰流；
有些临时性的挡水建筑，如叠梁闸门也可近似作薄 壁堰流计算。
另外，工程上广泛应用的曲线型实用堰，其外形一 般按照矩形薄壁堰流水舌缘曲线设计。
所以，薄壁堰流的研究是具有实际意义的。
常用的薄壁堰，堰坎顶部的过水断面常作成矩形或 三角形，分别称为薄壁堰或三角形薄壁堰。
(
y Hd
)
k(
x Hd
)n
式中：系数
k
Hd
4 cos2 u 2
；指数 n =2。
2g
我国采用的剖面有： 1．克里格－奥菲采洛夫（过去常用） 2．渥奇 3．美国水道试验站WES型（现在常用）
WES剖面如图
二、WES剖面型实用堰的流量系数m
实验研 究表明，曲 线型适用堰 的流量系数 主要决定于 上游堰高与 设计水头之 比 P1 / Hd ，堰 顶全水头与 设计水头之 比H0 / Hd 以及上游面 的坡度。
图8-5是实验室中测得的无测收缩，非淹没矩形薄壁堰 自由出流的水舌形状。
无测收缩，非淹没矩形薄壁堰的流量按（8-1）式计算
即
Q mb 2g H03/2
为了便于根据直接测出的水头来计算流量，可改写（8-1） 式，把行近流速的影响包括在流量系数中去：
Q mb
2g
H
a0 v0 2 2g
3/ 2
m1
H
式中：e为闸孔开度；H为从堰顶算起的闸前水深。
8-1 堰流的分类及水力计算基本公式
一、堰流的分类
水利工程中 常根据不同 的建筑材料 和使用要求 作成不同的 堰。 堰坎外形及 厚度不同其 能量损失及 过水能力也 会不同。
工程上通常按照堰坎厚度δ与堰上水头H的比值 大小及水流的特征将堰流分作：
1．薄壁堰流：即 2．实用堰：即 3．宽顶堰流：即
水流受闸门控制而 从建筑物顶部与闸门下 缘间孔口流出时，这种 水流状态叫做闸孔出流。
当顶部闸门完全开 启，闸门下缘脱离水面， 闸门对水流不起控制作 用时，水流从建筑物顶 部自由下泄，这种水流 状态称为堰流。
堰流和闸孔出流是两种不同的水流现象。
堰流与闸孔出流也存在着许多共同点:
首先，堰流和闸孔出流都是因水闸或溢流坝等建筑 物壅高了上游水位，在重力作用下形成的水流运动。
一、矩形薄壁堰流
实验证明：当矩形薄壁堰流为无侧收缩，自由出流 时，水流最为稳定，测量精度也较高。所以用来量水的 矩形薄壁堰应使上游梁宽与堰宽相同；下游水位低于堰 顶。
此外为了保证堰为自由出流，还应满足：
1.堰上水头不宜过小（一般应使H>2.5厘米），否则溢 流水舌受表面张力作用，使出流很不稳定。
2.水舌下面的空间与大气相通。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。这种出流 也是不稳定的。
a0 v0 2 2gH
3/ 2
b
2g H 3/2
令
m0
m1
a0 v0 2 2gH
3/ 2
则得
Q m0b 2g H 3/2
（8-3）
式中，包括行近流速影响的流量系数m0可按下列经验 公式计算
m0
0.403
0.053
H P1
0.0007 H
（8-4）
式中P1为上游堰高，H及P1 均以米计。上式用于
第八章 堰流、闸孔出流和桥、涵过 流的水力计算
8-1 堰流的分类及水力计算基本公式 8-2 薄壁堰流的水力计算 8-3 实用堰流的水力计算 8-4 宽顶堰流的水力计算 8-5 闸孔出流的水力计算
第八章 堰流及闸孔出流
水利工程中为了泄水或引水，常修建水闸或溢流坝等 建筑物，以控制河流或渠道的水位及流量。
(1) 过水能力大
(2) 堰面不出现 过大的负压 (3) 经济、稳定
堰顶曲线BC对水流特性的影响最大，是设计曲线实用 堰剖面形状的关键。
国内外设计堰剖面形状有许多方法，主要区别在于曲 线段BC如何确定。
(a)
(b)
(c)
实际采用的剖面形状都是按薄壁堰水舌下缘曲线稍加 修改而成。
薄壁堰自由出流时，水舌下缘曲线的特性
C0
1.354
0.004 H
0.14
0.2 P1
H B
2
0.09
其中， Q为流量，以米3/秒（m3/s）计； H为堰顶水头；
P1为上游堰高； B为堰上游引渠宽均以米（m）计。
在下述范围内，上式的误差＜（±1.4%）
0.5m≤B≤1.2m 0.07m≤H≤0.26m
0.1m≤P1≤0.75m H≤B/3
如图所示矩形薄壁堰自由出流，设堰顶B点处水流质
点流速u与水平方向相交成θ角，则x、y方向大流速分量
等于 ux u cos , u y u sin
则在水舌下缘最高点时有 ux u, uy 0
经时刻t后，液体质点的坐标值为：
x
u y
xt
1
2
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os
消去t后，两端用 Hd
整理后得
0.67 H
0.67 2.5
H 2.5 10
H
二、堰流水力计算的基本公式
3
Q smB 2g H0 2
8-2 薄壁堰流的水力计算
薄壁堰流具有稳定的水头和流量关系，因此常作为 水力模型试验或野外测量中一种有效的量水工具。
常用的薄壁堰顶部过水断面常作成矩形或三角 形，分别称为：
一、矩形薄壁堰流
H≥0.025米，H P1
≤2及P1≥0.3米条件下。
二 直角三角形薄壁堰流
当所需测量的流量较小（例如Q＜0.1米3/秒）时，若 应用矩形薄壁堰流则水头过小，误差增大。 一般可改用直角三角形薄壁堰（图8-6），其计算公式为
Q C0 H 5/ 2
（8-7）
式中，C0为直角三角形薄壁堰的流量系数，可按下式计算
过去，有采用C0=1.4
8-3 实用堰流的水力计算
作为挡水及泄水建筑物的溢流坝就是实用堰的典型 例子。
低溢流堰常用石料砌筑成折线形，较高的溢流坝为 大过流能力，一般作成曲线形，即所谓的折线型实用堰 和曲线型实用堰。
3
Q smB 2g H0 2
一、曲线型实用堰的剖面形状
曲线型实用 堰比较合理的剖 面形状应当具有 下列几个优点：
其次，这两种水流都是在较短的距离内流线发生急 剧弯曲，离心惯性力对建筑物表面的压强分布及建筑物 的过水能力均有一定影响。 其出流过程的能量损失主要是局部损失。
闸底坎平顶堰时 e 0.65 为闸孔出流；
H
e 0.65 为堰流；
H
闸底坎为曲线型堰流时 e 0.75 为闸孔出流；
H
e 0.75 为堰流；