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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：e e闸底坎为平顶堰时：0.65时为闸孔出流；0.65时为堰流。
H He e闸底坎为曲线型堰时：0.75时为闸孔出流；—0.75时为堰流。
H H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、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：丨=（3~5）H1 •薄壁堰流：0.67，水舌形状不受堰坎厚度的影响，与堰顶呈线接触，水面呈H单一的降落曲线。
此时堰顶常为锐缘形。
2.实用堰流：067＜仝＜25,水舌下缘与堰顶呈面接触，水舌受堰顶的压缩与顶托,H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。
3.宽顶堰流：2 5 ” 一10，堰坎厚度对水流的顶托非常明显，进口处水面形成跌落,H堰顶有一段水面与堰顶几乎平行，在出口处形成第二次水面跌落。
但仍以局部水头损失为主。
当—10时，沿程水头损失不能忽略，水流不属于堰流，而是明渠水流。
H二、堰流的基本公式用能量方程求解。
列堰前断面与堰顶断面的能量方程：H斟。
2g=（z P）（： i2gH。
=H:-0V02p0 0为堰上全水头。
（z • P）二2gH° - H。
i堰顶宽度为b,水舌厚度为kH°（k为堰顶水流垂向收缩系数）Q 二kH0bV1二kH0b10断面中心恰好位于基准面上1H，则:.2gH0（1-）二k 1- b.2gH°3/2= mb、2gH°3/23/20O 流量系数： f ( ,k,)，还与堰的边界条件有关。
第八章 堰流及闸孔出流第一节概 述水利工程中为了宣泄洪水以及引水灌溉、发电、给水等目的，常需要修建堰闸等泄水建筑物，以控制水库或渠道中的水位和流量。
堰、闸等泄水建筑物水力设计的主要任务是研究其水流状态和过流能力。
一.堰流及闸孔出流的概念既能壅高上游水位，又能从自身溢水的建筑物称为堰。
水流由于受到堰坎或两侧边墙的束窄阻碍，上游水位壅高，水流经过溢流堰顶下泄，其溢流水面上缘不受任何约束，而成为光滑连续的自由降落水面，这种水流现象称为堰流。
水流受到闸门或胸墙的控制，闸前水位壅高，水流由闸门底缘与闸底板之间孔口流出，过水断面受闸门开启尺寸的限制，其水面是不连续的，这种水流现象称为闸孔出流。
二.堰流与闸孔出流的水流状态比较堰流与闸孔出流是两种不同的水流现象：堰流时，水流不受闸门或胸墙控制，水面曲线是一条光滑连续的降落曲线。
而闸孔出流时，水流要受到闸门的控制，闸孔上下游水面是不连续的。
对明渠中具有闸门控制的同一过流建筑物而言，在一定边界条件下，堰流与闸孔出流是可以相互转化的，即在某一条件下为堰流，而在另一条件下可能是闸孔出流。
堰流与闸孔出流两种流态相互转化的条件除与闸门相对开度H e有关外，还与闸底坎形式或闸门（或胸墙）的形式有关，另外，还与上游来水是涨水还是落水有关。
经过大量的试验研究，一般可采用如下关系式来判别堰流及闸孔出流。
闸底坎为平顶堰65.0≤He为闸孔出流，65.0>He为堰流。
闸底坎为曲线堰75.0≤He为闸孔出流，75.0>He为堰流。
式中，H为从堰顶或闸底坎算起的闸前水深，e为闸门开度。
堰流与闸孔出流又有许多共同点：①堰流及闸孔出流都是由于堰或闸壅高了上游水位，形成了一定的作用水头，即水流具有了一定的势能。
泄水过程中，都是在重力作用下将势能转化为动能的过程。
②堰和闸都是局部控制性建筑物，其控制水位和流量的作用。
③堰流及闸孔出流都属于明渠急变流，在较短距离内流线发生急剧弯曲，离心惯性力对建筑物表面的动水压强分布及过流能力均有一定的影响；④流动过程中的水头损失也主要是局部水头损失。
第八章 堰流及闸孔出流第一节概 述水利工程中为了宣泄洪水以及引水灌溉、发电、给水等目的，常需要修建堰闸等泄水建筑物，以控制水库或渠道中的水位和流量。
堰、闸等泄水建筑物水力设计的主要任务是研究其水流状态和过流能力。
一.堰流及闸孔出流的概念既能壅高上游水位，又能从自身溢水的建筑物称为堰。
水流由于受到堰坎或两侧边墙的束窄阻碍，上游水位壅高，水流经过溢流堰顶下泄，其溢流水面上缘不受任何约束，而成为光滑连续的自由降落水面，这种水流现象称为堰流。
水流受到闸门或胸墙的控制，闸前水位壅高，水流由闸门底缘与闸底板之间孔口流出，过水断面受闸门开启尺寸的限制，其水面是不连续的，这种水流现象称为闸孔出流。
二.堰流与闸孔出流的水流状态比较堰流与闸孔出流是两种不同的水流现象：堰流时，水流不受闸门或胸墙控制，水面曲线是一条光滑连续的降落曲线。
而闸孔出流时，水流要受到闸门的控制，闸孔上下游水面是不连续的。
对明渠中具有闸门控制的同一过流建筑物而言，在一定边界条件下，堰流与闸孔出流是可以相互转化的，即在某一条件下为堰流，而在另一条件下可能是闸孔出流。
堰流与闸孔出流两种流态相互转化的条件除与闸门相对开度H e有关外，还与闸底坎形式或闸门（或胸墙）的形式有关，另外，还与上游来水是涨水还是落水有关。
经过大量的试验研究，一般可采用如下关系式来判别堰流及闸孔出流。
闸底坎为平顶堰 65.0≤H e 为闸孔出流，65.0>H e 为堰流。
闸底坎为曲线堰 75.0≤H e 为闸孔出流，75.0>H e 为堰流。
式中，H 为从堰顶或闸底坎算起的闸前水深，e 为闸门开度。
堰流与闸孔出流又有许多共同点：①堰流及闸孔出流都是由于堰或闸壅高了上游水位，形成了一定的作用水头，即水流具有了一定的势能。
泄水过程中，都是在重力作用下将势能转化为动能的过程。
②堰和闸都是局部控制性建筑物，其控制水位和流量的作用。
③堰流及闸孔出流都属于明渠急变流，在较短距离内流线发生急剧弯曲，离心惯性力对建筑物表面的动水压强分布及过流能力均有一定的影响；④流动过程中的水头损失也主要是局部水头损失。
Excel 水力计算展示之 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 ''ct h h > 闸孔自由出流 9-2 ''c t h h = 闸孔自由出流9-3 ''ct 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：s Q σμ= （9—4）式中 ：s σ—淹没系数，可由e H 及zH∆可查图得到，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。
水闸水力计算范文水闸水力计算是指对水流通过水闸的过程中，水流的流量、速度、压力等参数进行计算和分析。
水闸是用来调节河流水位、控制洪水、供水等工程的重要设施之一，而水力计算则是保证水闸正常运行和安全运行的基础。
下面将从水流过水闸的计算方法、水力计算的影响因素、常见计算公式以及安全性考虑等方面进行详细介绍。
一、水流过水闸的计算方法水流过水闸的计算方法主要有闸门过闸流量法、闸门水头损失法和全过程计算法。
1.闸门过闸流量法：这是最常用的计算方法，通过计算水流经过闸门时的流量来确定闸门开度和流量。
计算公式为：Q=Cd×b×h×(2g)1/2其中，Q为闸门过闸流量，Cd为闸门流量系数，b为闸门有效宽度，h为水头落差，g为重力加速度。
2.闸门水头损失法：这个方法是根据闸门开启程度和流量确定水头损失，通过闸门水头损失公式计算出实际流量，并反向推算出闸门开度。
这种方法适用于流量较大时的水闸水力计算。
3.全过程计算法：这是一种综合考虑了水流过程中各种因素的计算方法，通过将水流过闸门的水头损失、水压力变化、能量转换等因素考虑进去，进行全程计算，得出最终的流量和水头。
这种方法较为复杂，适用于需要精确计算的情况。
二、水力计算的影响因素水力计算的结果和影响因素有很大的关系，主要包括：水头落差、闸门开度、闸门类型、流量系数、水位变化等。
1.水头落差：水闸的水头落差即水位的高差，它决定了水流的动力，落差越大，水流的速度和压力越大。
2.闸门开度：水闸的闸门开度直接影响着水流的流通和流量，开度越大，流量越大。
3.闸门类型：闸门的形式和结构对水流的流通和流量也有很大的影响，不同类型的闸门对流量的影响是不同的。
4.流量系数：流量系数是闸门过闸流量公式中的一个参数，它反映了闸门的流量特性，不同的闸门类型和开度对应不同的流量系数。
5.水位变化：水位变化会导致水流的速度和流量发生变化，因此在水力计算中必须考虑水位变化对水流的影响。
水闸水力计算说明一、过流能力计算1.1外海进水外海进水时，外海水面高程取5.11m ，如意湖内水面高程取1.0m 。
中间三孔放空闸，底板高程为-4.0m ，两侧八孔防潮闸底板高程为2.0m ，每孔闸净宽度为10m 。
表2 内海排水时计算参数特性表1.1.1中间三孔放空闸段 a.判定堰流类型27.511.948==Hδ式中δ为堰壁厚度，H 为堰上水头。
2.5＜5.27＜10，为宽顶堰流。
b.堰流及闸孔出流判定11.95=H e =0.549≤0.65，为闸孔出流。
式中，e 为闸门开启高度，H 为堰、闸前水头。
c.自由出流及淹没出流判定闸孔出流收缩断面水深h c=ε1e=5.0×0.650=3.25m 。
式中，e 为闸门开启高度，为5.0m ；ε1为垂向收缩系数，查《水利计算手册》（2006年第二版）中表3-4-1得0.650。
收缩断面处水流速为υc=)(20c h H g -ϕ=）（25.311.981.9295.0-⨯⨯⨯=10.19m/s 。
式中，ψ为闸孔流速系数，查《水利计算手册》（2006年第二版）中表3-4-3，取0.95；H 0为闸前总水头，为9.11m ； hc 为收缩断面水深。
收缩断面水深hc 的共轭水深hc”=)181(22-+c c c gh h ν=)125.381.919.1081(225.32-⨯⨯+=6.83m ；下游水深ht=5.0m ＜hc”=6.83m ，故为自由出流。
d.过流量计算根据闸孔自由出流流量计算公式Q 1=002gH be μ=11.981.92530503.0⨯⨯⨯⨯⨯=1008.71m³/s 。
式中，μ0为流量系数，平板闸门流量系数可按经验公式 μ0=0.60-0.176He=0.60-0.176×0.549=0.503； b 为闸孔宽度，为3×10=30m 。
1.1.2两侧八孔防潮闸段 a.判定堰流类型43.1511.348==Hδ＞10，过渡为明渠流。
