实用堰水力计算公式

新版水力学常用计算公式-新版.pdf1、明渠均匀流计算公式：Q=A ν=AC RiC=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=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 ／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 23gZ 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=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=be 7、放水涵管(洞)出流计算1）、无压管流Q=μＡ02gH =流量系数×放水孔口断面面积×02gH 2）、有压管流Q ＝μＡ02gH =流量系数×放水孔口断面面积×02gH 8、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(756.0H h n +0.145（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 ＝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）H h n -0.127（2-20) 9、水力发电出力计算N=9.81HQ 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0.6—0.7。

实用堰水力计算实用堰流的水力计算[日期:06/21/200620:09:00]来源:作者:[字体:[url=javascript:ContentSize(16)]大[/url][url=javascript:ContentSize(14)]中[/url][url=javascript:ContentSize(12)]小[/url]](一)实用堰的剖面形状实用堰是工程中既可挡水又可泄水的水工建筑物，根据修筑的材料，实用堰可分为两大类型:一是用当地材料修筑的中、低溢流堰，堰顶剖面常做成折线型，称为折线形实用堰。

一是用混凝土修筑的中、高溢流堰，堰顶制成适合水流情况的曲线形，称为曲线形实用堰。

曲线型实用堰又可分为真空和非真空两种剖面型式。

水流溢过堰面时，堰顶表面不出现真空现象的剖面，称为非真空剖面堰;反之，称为真空剖面堰。

真空剖面堰在溢流时，溢流水舌部分脱离堰面，脱离部分的空气不断地被水流带走，压强降低，从而造成真空。

由于真空现象的存在，堰面出现负压，势能减少，过堰水流的动能和流速增大，流量也相应增大，所以真空堰具有过水能力较大的优点。

但另一方面，堰面发生真空，使堰面可能受到正负压力的交替作用，造成水流不稳定。

当真空达到一定程度时，堰面还可能发生气蚀而遭到破坏。

所以，真空剖面堰一般较少使用。

一般曲线型实用堰的剖面系由以下几个部分组成:上游直线段，堰顶曲线段，下游直线段及反弧段，如图所示。

上游段常作成垂直的;下游直线段的坡度由堰的稳定和强度要求而定，一般取1:0.65~1:0.75;圆弧半径可根据下游堰高和设计水头由表查得。

当10m时，可采用=0.5;当9m时，近似用下式计算，式中为设计水头。

在工程设计中，一般选用=(0.75-0.95)(为相应于最高洪水位的堰顶水头)，这样可以保证在等于或小于的大部分水头时堰面不会出现真空。

当然水头大于时，堰面仍可能出现真空，但因这种水头出现的机会少，所以堰面出现暂时的、在允许范围内的真空值是可以的。

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。

标题：梯形堰实用流量计算公式说明：图12-10所给出的堰口形状为梯形的堰叫做梯形堰。

在流量计算时，可以认为经过梯形堰的液流流量是相应的矩形堰和三角形堰的流量之和，于是由式（12-3）和式（12-11）得上式中，若C1=C2=Ce，则：这是梯形堰的一般表达式，当tanθ=1/4时，可得下列公式：这种tanθ=1/4的梯形堰也叫做希普列蒂堰，希普列蒂（Ci ppoletti）给出了流量的近似计算公式：上式的适用条件为：D≥2.5h；p≥2h；b≥3h标题：矩形堰和全宽堰实用流量计算公式说明：堰口形状为矩形的堰叫做矩形堰，而宽度等于明渠宽度的矩形堰就是全宽堰，如图12-4所示。

1）矩形堰、全宽堰测流量的原理及流量计算一般式在短形堰、全宽堰的堰口曲线方程为代入式（12-8），沿高度方向积分得2）矩形堰a）金德斯瓦特卡特（Kindsvater-Carter）公式金德斯瓦特卡特于1959年发表的这个公式，是在式（12-10）的基础上对流体的表面张力和粘性的影响进行了修正，把流量系数和修正值用图给出。

式中，Ce是流量系数，是b/B和h/p的函数，式中，p是短形堰或全宽堰的下缘到堰底的距离；B是堰的宽度；b e是有效堰口宽度，be=b+k b，b是实际堰口宽度；k b是宽度修正值对应于堰宽的修正值，取表12-1中的值。

h e是堰的有效水头，h e=h+k h，h是实际测量的水头；k h是对水头的修正值，一般取O. OO1m。

公式的适用条件是C e的值可以查图12-5，或按下列公式计算上式的适用条件为3）全宽堰a）金德斯瓦特一卡特（Kindsvater-Carter）公式上式的适用条件为：SIA公式上式的适用条件为b）雷包克（Rehbock）公式上式的适用条件为：上式中的U a是明渠上游侧的平均液流速度，U a=qv/Aa，Aa是水头测量处明渠的通流面积。

因为U a是qv的函数，所以必须用逐步近似法计算。

上式的适用条件为：村石花地水电站压力管前段为铁管，后段为水泥涵管（外径为1.26米），内径均为1.10米。

三角形堰实用流量计算公式
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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Kindsvater-Shen公式)为
式中，C e是三角形堰的流量系数，还是三个变量的函数：
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+K h；h是实测水头；Kh是水头的修正值。

当时，C e的值可查图12-7，K h等于O.85mm
对于的兰角形堰，目前还缺乏经验数据以确定C e、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C e值影响可以忽略不计，C e只是θ的函数，如图12-8所示，相应K h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。

实用堰水力计算公式游水位较低水流在流出堰顶时将产生第二次跌落4 不可忽略同一堰当堰上水头H较大时视为实用堰当堰上水头较小时视为宽顶堰§8-2 堰流的基本方程以宽顶堰为例来推求堰流的基本方程取渐变流断面1-1C-C近似假设渐变流以堰顶为基准面列两断面能量方程作用水头与H有关引入一修正系数k则机修正系数k取决于堰口的形状和过流断面的变化代入上式整理得式中堰宽流速系数流量系数适用堰流无侧向收缩注堰流存在侧向收缩或堰下游水位对堰流的出水能力产生影响时可对此公式进行修正§8-3 薄壁堰一分类矩形薄壁堰→较大流量按堰口形状三角形薄壁堰→较小流量梯形薄壁堰→较大流量1①矩形薄壁堰的自由出流在无侧向收缩的影响时其流量公式为上式为关于流速的隐式方程了两边均含有流速一般计算法进行计算较复杂于是为计算简便将上式改写成已考虑流速影响的薄壁堰的流量系数的确定矩形薄壁8的流量系数由1898年法国工程师Basin提出经验公式为式中堰上水头m上游堰高 m适用条件2当流量较小时堰上水头较小时采用三角形薄壁堰⑴公式取微元则流量表达式为设为处水头则由几何关系代入式得积分得当时实验得于是当时经验公式为式中以顶点为起点的堰上水头m流量⑵公式适用条件①薄壁堰水面四周均为大气必要时设通气管与大气相通②无侧向收缩的影响③堰流为自由出流⑶薄壁堰是测量渠道流量的装置注意①水面与大气相通②避免形成淹没式水流§8-4 实用堰一实用堰12 曲线形实用堰折线形实用堰3与实用堰的具体曲线类型有关也与堰上水头有关一般曲线型的实用堰可取折线型实用堰可取三实用堰所受影响1淹没式出流当堰下游水位超过堰顶标高时即淹没式出流公式设为淹没系数与淹没程度有关淹没式实用堰的流量公式为具体见P169 表8-12堰宽＜堰上游渠道过堰水流发生侧向收缩泄流能力减小用侧面收缩系数表示堰流流量为侧面收缩系数一般取值§8-5 宽顶堰一自由出流1 直角形按进口纵剖面的形式圆弧形阻力泄流能力不同流量系数不同斜角形2 流量系数取决于堰口的类型和相对堰高的经验公式和经验数据如下⑴矩形直角进口宽顶堰当时当时⑵矩形圆弧进口宽顶堰当时二淹没式出流下游水位高于堰顶且使堰顶水流由急流变缓流1特点①过堰水流水位＜下游水位②水流由急流→缓流充分条件③堰过水能力下降2淹没式堰流的充分条件是3计算公式淹没系数取值范围见P171 表8-2三侧向收缩的影响1 A流道断面面积变化水流在惯性的作用下流线发生弯曲产生附加的局部阻力造成过流能力降低其影响用收缩系数表示2自由出流收缩系数与堰宽和渠道的比值边墩的进口形状及进口断面变化有关的经验公式为墩形系数矩形边缘圆形边缘例8-1 见P171§8-6 小桥孔径的水力计算一①具有侧向影响造成局部阻力②桥孔前水位整齐桥孔内流速增加造成第一次水面跌落③桥孔后流速减小产生局部阻力造成第二次水面跌落2水流在缓流河道中由于桥墩或桥的边墩侧向收缩使水流过水断面减小造成的3分类自由出流淹没出流二自由出流12一般桥的下游水深桥下渠道的临界水深桥下水深对于矩形桥进口断面把代入上式得3列1-12-2能量方程式中令垂直收缩系数具体数据由小桥进口形状而定平滑进口非平滑进口流速小桥考虑侧向收缩侧向收缩系数小桥孔径流速系数与侧面收缩系数数据见P174 表8-3三淹没出流1淹没出流当小桥下游水深时下游水位将影响桥的过水能力此流动成为淹没出流2特点①下游②小桥水面上只发生一次跌水3计算公式例8-2 见0174堰流明渠缓流溢过建筑在渠道中的障碍物的流动障碍物称为堰在工程中障碍物为坝桥涵溢流设备等它们使上游水位壅高对堰流起侧向收缩和底坎约束的作用明渠急流流过障碍物产生不同于堰流的水力现象当流经侧收缩段时发生冲击波堰流主要研究水流流经堰的流量与其他特征量的关系表示堰流特征量除流量外尚有堰宽即水流漫过堰顶宽度堰顶水深即堰上游水位在堰顶上的最大超高堰壁厚度和它的剖面形状下游水深及下游水位高出底坎的高度为堰高为堰下游坎高0为趋近流速如图[堰流]所示堰的分类根据堰壁的相对厚度的大小分为薄壁堰 067 实用断面堰 067 25 和宽顶堰 25 10 按上游渠宽对过堰水流的收缩作用分为上游渠宽大于堰宽的有侧收缩堰＝时的无侧收缩堰按下游水位对过堰水流的淹没作用分为自由堰流和淹没堰流当一定流量流经堰时若下游水位较低 0 下游水位不影响上游水位称为自由堰流若下游水位较高＞0 下游水位影响上游水位称为淹没堰流流量计算堰流流量公式为[0648-01]或 [0648-02]式中＝＋2为堰流流量系数与堰的进口尺寸和／有关一般分别按薄壁堰实用断面堰和宽顶堰通过实验求得经验公式或数据为计及趋近流速水头2[kg2]的流量系数为侧收缩系数与引水渠及堰的尺寸有关亦由实验求得当无侧收缩时＝1为淹没系数一般分别按薄壁堰实用断面堰和宽顶堰由实验求出[kg1]与的关系当为自由堰流时＝1为重力加速度薄壁堰主要用作量测流量的设备在距离堰壁上游三倍以上水头的地方测出水头可直接计算流量堰口为矩形的无侧收缩自由薄壁堰的流量公式为[0648-03]堰口为直角三角形的流量公式为＝14适用范围为≥2≥ 3～4实用断面堰主要作为蓄水挡水构筑物的溢流坝和净水构筑物的溢流设备用途较广形式多样低溢流堰的堰身断面常为折线形而用混凝土修筑的中高溢流堰的堰身则做成适合水流情况的曲线形流量系数根据堰顶剖面外形而采取不同值沿用较广的克-奥曲线型剖面适用于≥3～5的高堰流量系数＝049美国WES标准剖面其设计水头的流量系数＝0502实验流量计算也要考虑上游收缩和下游淹没条件宽顶堰在工程中是很常见的如小桥涵过水构筑物当闸门全开时的节制闸分洪闸等均是当满足＝－＜08时为自由式宽顶堰无侧收缩自由式宽顶堰的流量系数为[kg1]的经验函数关系直角进口 3时＝032 3时＝032001[684-01]。