滚轮连杆式水力自控翻板闸门
上游洪水位计算公式
一、翻板闸门全开卧倒以后的情况
流量公式为：
5.10
2H g b m Q s ∑=εσ 式中，s σ——淹没系数，由试验确定；
m ——流量系数，由试验确定；
H o ——门下的坝（堰）顶以上的上游全水头（m ）， g v H H 22
000α+=；
H ——门下的坝（堰）顶以上的上游水头（m ）。
其余符号的意义同前。
对于全关时有预倾角度的滚轮连杆式水力自控翻板闸门，门下匹配为带园弧形进口的复式折线型实用堰的情况，湖南省水电（闸门）建设工程有限公司副总工程师贺挽澜通过大量的水工模型试验对σs 与m 提出如下经验公式：
???
?????-???? ??-+++=1.755.219.038.503.106.21000136.001325.1H p a q a q m θθ 当
．７０７H h s 00≥时，s σ=2.35414.0001???? ??-H h H h s s ； 当．７０７＜H h s 00时，s σ＝1.00；
上述
h——下游水位高于堰顶的水深（m），当下游实测水位流量关系s
中某一流量其对应水位有变幅时，应取其中的最高水位来计算
h。
s 当无实测水位流量关系而依靠计算时，糙率n应取可能的最大值；
q——过闸单宽流量（m3/s-m）；
a——闸门全关时的铅垂挡水高度（m）；
θ——闸门全开卧倒时面板与铅垂面的夹角（全开θ＝75°）；
p——上游堰高（m）；
1
其余符号的意义同前。
流量系数m中已包含了堰顶形状尺寸、堰高、防护墩、闸门面板、支腿、支墩、运转机构、工作桥等对过流的影响。
当工程规模较大或较重要时，σs值与m值应由水工模型试验确定。
第八章 堰流及闸孔出流 水利工程中，为防洪、灌溉、航运、发电等要求，需修建溢流坝、水闸等控制水流的水工建筑物。例如，溢流坝、 水闸底槛、桥孔和无压涵洞进口等。 堰是顶部过流的水工建筑物。 图1、2中过堰水流均未受闸门控制影响 闸孔出流：过堰水流受闸门控制时，就是孔流 堰流和闸孔出流是两种不同的水流现象。它们的不同点在于堰流的水面线为一条光滑曲线且过水能力强，而孔流的闸孔上、下游水面曲线不连续且过水能力弱。它们的共同点是壅高上游水位；在重力作用下形成水流运动；明渠急变流在较短范围内流线急剧弯曲，有离心力；出流过程的能量损失主要是局部损失。 相对性： 堰流和孔流是相对的，堰流和孔流取决于闸孔相对开度，闸底坎及闸门(或胸墙) 型式以及上游来流条件（涨水或落水）。 平顶堰： e /H ≤0.65 孔 流 曲线型堰：e/H ≤ 0.75 孔 流 e/H ＞ 0.75 堰 e/H ＞0.65 堰 流 式中：e 为 闸孔开度； H 为 堰上水头 堰流及孔流是水利工程中常见的水流现象，其水力计算的主要任务是研究过水能力。它包括堰闸出流水力特性和堰闸水力计算。 图4 闸孔出流 e H H v 0 图1 堰流 b H 图2 堰流 b e 图3 堰流及闸孔出流 H
第一节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，常根据不同建筑材料，将堰作成不同类型。例如，溢流坝常用混凝土或石料作成较厚的曲线或者折线型；实验室量水堰一般用钢板、木板作成薄堰壁。 堰外形、厚度不同，能量损失及过水能力不同。 堰前断面：堰上游水面无明显下降的0-0 断面 堰上水头：堰前断面堰顶以上的水深，用H 表示 行进流速：堰前断面的流速称为行进流速，用v0表示 堰前断面距离上游壁面的距离：L =（3～5) H 研究表明，流过堰顶的水流型态随堰坎厚度与堰顶水头之比δ/H 而变，工程上，按δ与H的大小将堰流分薄壁堰、实用堰、宽顶堰。 1. 薄壁堰：δ/H＜0.67 越过堰顶的水舌形状不受堰厚影响，水舌下缘与堰顶为线接触，水面呈降落线。由于堰顶常作成锐缘形，故薄壁堰也称锐缘堰。 2. 实用堰流：0.67 ＜δ/H ＜2.5 水利工程，常将堰作成曲线型，称曲线型实用堰。堰顶加厚，水舌下缘与堰顶为面接触，水舌受堰顶约束和顶托，已影响水舌形状和堰的过流能力。折线型实用堰：水利工程，常将堰作成折线形。 3. 宽顶堰：2.5＜δ/ 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降落；有一段水流与堰顶几乎平行；下游水位较低时，出堰水流二次水面降。 4. 明渠水流：堰坎厚度δ＞10H 0 v0 H δ 1 1 图6 曲线型实用堰 P v v H P 1 1 δ 图7 折线型实用堰 当水流接近堰顶，流线收缩，流速加大，自由表面逐渐下降 H P1 v0 1 11v1 P2 δ 图5 薄壁堰
宽顶堰流的水力计算
宽顶堰流的水力计算 https://www.doczj.com/doc/a56761341.html,/zhangj/151/show.aspx?id=255&cid=3 2 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
两种不同表达式的水闸淹没宽顶堰流量计算公式计算结相一致的讨论水闸淹没宽顶堰流量计算公式有两种表达形式： 一种是 Q=φsεBh…………（0-1） 另一种是Q=σsεBm H03/2 …………（0-2） 式中：Q－过闸流量； ε－侧收缩系数； B－闸室净过水宽度； h－闸室水深，比势能； g－重力加速度； H0－闸上游翼墙前河道末收缩断面（后简称断面1－1）单位水体总能量； m－流量系数； φs－淹没流速系数； σs－淹没流量系数。 从水力学知，式（0－1）是由闸室过水断面（后简称断面2－2）与断面1－1建立能量关系方程 H0=h++ξ…………（0－3） 推导而来；而式（0－2）又是引进参数K=,m=φK由式（0－1）演变而得，二式同根同源。然而水闸设计工程师都知道，此二公式在相同条件下计算结果是不等的。对某闸过闸流量核算淹没度hs/h0=0.965，用【参1】按式（0－1）计算得Q=470m3/s;用【参2】按式（0-2）计算得Q=394 m3/s，相差近20％。
式（0－1）、（0－2）本同根同源，它们计算结果却不一致，这是不合理的，也不是必 然的。对一个具体的水闸来说，其闸室q~h关系曲线只有一条，即在某一水深只能通过一个流量。 一、室矩形过水断面的水力特性 特性方程：E s=h+=h+（1-1） 式中：E s－闸室收缩断面2－2单位水体总能量； V2－平均流速； q－单宽流量； a2－动能改正系数； －断面2－2比动能； h－同前。 式（1－1）即式（0－3）等号右边的前两项。 式（1－1）E s＝f(h,q),令q=常量，使其变为平面问题，（如q=5，10，15，25）可作E ~h关系曲线，见图1 s
1、 游水位较低，水流在流出堰顶时将产生第二次跌落。 2、 4、 100 >H δ时，用明渠流理论解决不能用堰流理论。f h 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1-1 C-C （近似假设渐变流） 以堰顶为基准面， 列两断面能量方程： g v g v h g v H c c c 2222 2 000? α α++=+ 02H g v H =+ α作用水头 c h 与H 有关，引入一修正系数k 。则 00 H h k c = 机0kH h co =。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： 21211 gH k gH k v c -=++= ?? α 2 3 0021H g b k k b RH v b h v Q c c c -===? 2 3 02H g mb = 式中：b ——堰宽 ?——流速系数 ?α?+= 1 m ——流量系数，k k m -=1? 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、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 1、 1、 矩形薄壁堰 ① ① 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： 2 3 02H g mb Q = 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： 2 3 02H g b m Q =
宽顶堰流的水力计算 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
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～之间，当=0时，=，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≥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。但在计算中一般不单独考虑侧向收缩的影响，而是把它包含在流量系数中一并考虑，即
1、明渠均匀流计算公式: Q=Aν=AC Ri C=n 1Ｒy （一般计算公式）Ｃ=n 1 R 61 （称曼宁公式） 2、渡槽进口尺寸（明渠均匀流） gZ 2bh Q ＝ 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。9 b:渡槽的宽度（米） h ：渡槽的过水深度(米) φ：流速系数φ=０。８~0．９5 3、倒虹吸计算公式： Q ＝mA z g 2（m 3/秒) 4、跌水计算公式： 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 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/ｈ A —-过水断面的面积，ｍ2。 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 2 3 ＝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2 3 （２）实用堰出流：Q=εＭBH 2 3
=侧向收缩系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 3 2）进口装有闸门控制的溢洪道 (1）开敞式溢洪道。 Q ＝εσMＢH 2 3 ＝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2 3 （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=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 ＝μA 02gH =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 2 5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--H h n +0.145(2-１7) 2）梯形薄壁测流堰,其中θ应满足t ａnθ= 4 1 ，以及b ＞３H,即 自由出流：Q ＝０．42b g 2H 2 3＝1.８6bH 2 3（２—１8）
宽顶堰流的水力计算 https://www.doczj.com/doc/a56761341.html,/zhangj/151/show.aspx?id=255&cid=32 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
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就是进口处水面会发生明显跌落。从水力学观点瞧,过水断面的缩小,可以就是堰坎引起,也可以就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与堰的相对高度,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。 由公式可以瞧出,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。 比较一下实用堰与宽顶堰的流量系数,我们可以瞧到前者比后者大,也就就是说实用堰有较大的过水能力。对此,可以这样来理解:实用堰顶水流就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,即堰顶水流的压强与势能较小,动能与流速较大,故过水能力较大;宽顶堰则因堰顶水流就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,堰顶水流压强与势能较大,动能与流速较小,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。但在计算中一般不单独考虑侧向收缩的影响,而就是把它包含在流量系数中一并考虑,即 (8-24) 式中为包含侧收缩影响在内的流量系数。可根据进口翼墙形式及平面收缩程度查得。表中为引水渠的宽度,为闸孔宽度,为圆角半径。无坎宽顶堰流的淹没系数可近似由表查得: ? 例:? 某进水闸,闸底坎为具有圆角进口的宽顶堰,堰顶高程为22.0m,渠底高程为21.0m。共10孔,每孔净宽8m,闸墩头部为半圆形,边墩头
非均匀流水面曲线 实验报告 课程名称：水力学 姓名: 专业班级： 小组：学号: 同组人:指导教师： 实验日期: 华北电力大学（北京） 可再生能源学院
一、实验目的 1. 观察实用剖面堰和宽顶堰上的水流现象，并观察下游水位对水跃的影响。 2. 测定非淹没宽顶堰和实用剖面堰的流量系数m值，并与经验值进行比较。 3．测定跃后断面的流速分布，求得跃后断面的平均流速。 二、实验类型 综合型 三、实验仪器 实验在玻璃水槽中进行，如图所示。水槽长2.8m、宽b为0.15m、高0.3m；槽中安装WES标准实用剖面堰，堰高P=15cm，设计水头Hd=5cm，设计水头流量系数md=0.502。槽中还可安装宽顶堰，堰高P=8cm，堰顶δ=40cm，直角和圆角进口各一套。水槽下游装有三角堰，用来测定水槽流量Q，槽尾设尾门以控制下游水位，用活动测针沿轨道移动以量测上下游水位。 四、实验原理 （一）堰的分类：根据堰墙厚度或顶长 与堰上水头H的比值不同而分成三种：薄壁堰 ；实用剖面堰；宽顶堰。 （二）堰的流量公式对图中两种堰流情况的1-1与C-C断面写能量方程，可得收缩断面流速表示式为：
式中： 为流速系数；为堰上总水头，H为堰上水头，v0为上游趋近流速； h c0为收缩断面C-C处水深。 经过适当假设与简化，得堰流流量公式： 式中：b为堰宽（即槽宽），b=15cm，m为堰流的流量系数。 （三）堰的流量系数公式 1. 实用高堰流量系数当P/H 1.33为高堰。WES标准剖面堰的流量系数公式为： d> m d为H0=H d时的设计水头流量系数。 式中：H d为堰的设计水头， 2. 宽顶堰流量系数 （1）直角前沿进口宽顶堰，计算m的公式为： （2）圆角前沿进口宽顶堰，计算m的公式为： 上二式中的P为宽顶堰高度；H为堰顶以上水头。 五、实验内容和要求 （一）实验内容 1. 记录有关常数，如堰宽b、堰高P、设计水头H d等，记录测针在堰顶、槽底处的零点读 数。
宽顶堰流量系数推求及取值范围分析 摘要：宽顶堰流量系数取值直接关系到溢洪道泄洪能力。基于《溢洪道设计规范》中宽顶堰的流量系数计算式及流体力学理论，分析流量系数的由来。论证了 宽顶堰堰顶的最大过流流量相应水深为宽顶堰的临界水深。给出了宽顶堰进口底 坎边缘为方角时流量系数范围为0.320~0.385，进口底坎边缘为圆角时流量系数范 围为0.360~0.385。 关键词：流体力学；取值范围；流量系数；宽顶堰；临界水深 Abstract: The value of flow coefficient of wide crest weir is directly related to discharge capacity of spillway. Based on the calculation formula of flow coefficient of wide crest weir and the theory of fluid mechanics in "Spillway Design Specification", the origin of flow coefficient was analyzed. The corresponding water depth of the maximum flow at the crest of weir was demonstrated to be the critical depth of weir. The range of flow coefficients was from 0.320 to 0.385 when the edge of the inlet of wide weir was square corner and from 0.360 to 0.385 when round corner. Key words: hydrodynamics; value range; flow coefficient; wide crest weir; critical depth 宽顶堰是水闸布置中常采用的泄水建筑物，它的泄水能力计算是水利工程设 计和工程管理中的重要问题。宽顶堰流量系数取值直接关系到溢洪道泄流量大小。关于宽顶堰的流量系数的取值，已有设计规范进行指导及相关学者研究分析，如 水利行业《溢洪道设计规范》（SL 253—2000）和水力电力行业《溢洪道设计规范》（DL/T 5166-2002）中都有考虑宽顶堰的进口底坎边缘形状不同，给出流量 系数取值方法[1,2]；戴荣法等通过收集大量溢流堰的现场率定流量系数资料和部 分模型试验数据，分析了宽顶堰和实用堰的不同规律[3];郭厚福、单长河等以具体工程为例，通过二元非线性回归分析、拟合得到堰流流量系数，克服了查表法内 插的不便[4,5]；俄国学者Е.К.拉勃科娃结合理论关系式和实验关系式分析了不同 因素的组合对流量系数变化的影响[6]。这些研究虽然明确了流量系数的取值计算 方法，但是实际运用过程中，仍然存在部分设计工作者计算结果误差较大，甚至 计算结果超出流量系数合理取值范围。本文基于《溢洪道设计规范》中宽顶堰的 流量系数计算式及流体力学经典理论，分析流量系数的由来，给出了宽顶堰进口 底坎边缘不同形状条件下流量系数取值的合理范围。 1.流量系数的提出 在水利行业《溢洪道设计规范》（SL 253—2000）和水力电力行业《溢洪道 设计规范》（DL/T 5166-2002）中宽顶堰的泄流能力表达式皆为： H为不计入行进流速的堰上水头，m; 根据设计规范，堰流流量系数取值受到进口底坎边缘形状、上游行近流速、 上游堰高的影响。两个规范不同之处在于水利行业《溢洪道设计规范》（SL 253—2000）流量系数m取值需从规范表A.2.3-1与表A.2.3-1中查表插值计算； 而水力电力行业《溢洪道设计规范》（DL/T 5166-2002）m取值可直接采用规范 中A.2.2中m取值计算式，实则该计算式是源于别列津斯基（A．P．В риензекий）公式[7]，其具有计算简便的特点，下文分析皆采用DL/T 5166-2002规范推荐计算式。计算方程如下： (1).进口底坎边缘为方角，宽顶堰示意图如图1所示，当时，
第八章堰流及闸孔出流 水利工程中，为防洪、灌溉、航运、发电等要求，需修建溢流坝、水闸等控制水流的水工建筑物。例如，溢流坝、水闸底槛、桥孔和无压涵洞进口等。 堰是顶部过流的水工建筑物。 图1、2中过堰水流均未受闸门控制影响 闸孔出流：过堰水流受闸门控制时，就是孔流 堰流和闸孔出流是两种不同的水流现象。它们的不同点在于堰流的水面线为一条光滑曲线且过 水能力强，而孔流的闸孔上、下游水面曲线不连续且过水能力弱。它们的共同点是壅高上游水位； 在重力作用下形成水流运动；明渠急变流在较短范围内流线急剧弯曲，有离心力；出流过程的能量 损失主要是局部损失。 相对性：堰流和孔流是相对的，堰流和孔流取决于闸孔相对开度，闸底坎及闸门型式以及上 游来流条件（涨水或落水）。 孔流 堰流 平顶堰：e /H < 0.65 曲线型堰：e/H < 0.75 孔流 e/H > 0.65 堰流 e/H > 0.75 式中：e为闸孔开度； 堰流及孔流是水利工程中常见的水流现象，其水力计算的主要任务是研究过水能力。它包括堰 闸出流水力特性和堰闸水力计算。 H为堰上水头 （或胸墙）H 堰流 图 1 图3堰流及闸孔出流图4 闸孔出流
第一节堰流的分类及水力计算基本公式 、堰流的分类 水利工程中，常根据不同建筑材料，将堰作成不同类型。例如，溢流坝常用混凝土或石料 作成较厚的曲线或者折线型；实验室量水堰一般用钢板、木板作成薄堰壁。 堰外形、厚度不同，能量损失及过水能力不同。 当水流接近堰顶，流线收缩，流速加大，自由表面逐渐下降 堰前断面：堰上游水面无明显下降的 0-0断面 堰上水头：堰前断面堰顶以上的水深，用 行进流速：堰前断面的流速称为行进流速，用 堰前断面距离上游壁面的距离： L = （3? 5） H 研究表明，流过堰顶的水流型态随堰坎厚度与堰顶水头之比 H 的大小将堰流分薄壁堰、实用堰、宽顶堰。 1. 薄壁堰：5 /H < 0.67 越过堰顶的水舌形状不受堰厚影响，水舌下缘与堰顶为线接触， 常作成锐缘形，故薄壁堰也称锐缘堰。 2. 实用堰流：0.67 < 5 /H < 2.5 水利工程，常将堰作成曲线型，称曲线型实用堰。堰顶加厚，水舌下缘与堰顶为面接触， 水舌受堰顶约束和顶托，已影响水舌形状和堰的过流能力。折线型实用堰：水利工程，常将堰 作成折线形。 3. 宽顶堰：2.5< 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降落；有一段水流与堰顶几乎平行；下游水位较低 时，出堰水流二次水面降。 4. 明渠水流：堰坎厚度 5> 10H H 表示 v 0 表示 5 /H 而变，工程上，按 5与 水面呈降落线。由于堰顶
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 1 R 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=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 ／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 2 3 ＝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2 3 （2）实用堰出流：Q=εMBH 2 3 gZ 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2 3 2）进口装有闸门控制的溢洪道 （1）开敞式溢洪道。 Q ＝εσMBH 2 3 ＝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2 3 （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=be 7、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×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 ＝2 5或Q ＝（2-15） 淹没出流：Q ＝（25 ）σ（2-16） 淹没系数：σ=2)13.0( 756.0--H h n +（2-17） 2）梯形薄壁测流堰，其中θ应满足tanθ=4 1 ，以及b ＞3H ，即 自由出流：Q ＝g 22 3＝2 3（2-18）
滚轮连杆式水力自控翻板闸门 上游洪水位计算公式 一、翻板闸门全开卧倒以后的情况 流量公式为： 5.10 2H g b m Q s ∑=εσ 式中，s σ——淹没系数，由试验确定； m ——流量系数，由试验确定； H o ——门下的坝（堰）顶以上的上游全水头（m ）， g v H H 22 000α+=； H ——门下的坝（堰）顶以上的上游水头（m ）。 其余符号的意义同前。 对于全关时有预倾角度的滚轮连杆式水力自控翻板闸门，门下匹配为带园弧形进口的复式折线型实用堰的情况，湖南省水电（闸门）建设工程有限公司副总工程师贺挽澜通过大量的水工模型试验对σs 与m 提出如下经验公式： ??? ?????-???? ??-+++=1.755.219.038.503.106.21000136.001325.1H p a q a q m θθ 当 ．７０７H h s 00≥时，s σ=2.35414.0001???? ??-H h H h s s ； 当．７０７＜H h s 00时，s σ＝1.00； 上述
h——下游水位高于堰顶的水深（m），当下游实测水位流量关系s 中某一流量其对应水位有变幅时，应取其中的最高水位来计算 h。 s 当无实测水位流量关系而依靠计算时，糙率n应取可能的最大值； q——过闸单宽流量（m3/s-m）； a——闸门全关时的铅垂挡水高度（m）； θ——闸门全开卧倒时面板与铅垂面的夹角（全开θ＝75°）； p——上游堰高（m）； 1 其余符号的意义同前。 流量系数m中已包含了堰顶形状尺寸、堰高、防护墩、闸门面板、支腿、支墩、运转机构、工作桥等对过流的影响。 当工程规模较大或较重要时，σs值与m值应由水工模型试验确定。
顶堰堰流泄流能力计算(P=1) 闸门孔数n5中间闸墩侧收缩系数ξz0.955084519 单孔净宽b010边闸孔侧收缩系数ξb0.908872896 总净宽B050侧收缩系数ξ0.945842194 闸墩厚度dz4断面面积2321.5436 b b30.95 原河道底高程169.5 坎顶高程170 河道流速 2.278656 闸墩顶高程190.62189.18 1.44 堰上水深H020.88464 下游水位189.14 1.48 自由过流流量系数m堰流淹没出流系数σ 坎高P0.5下游水位h s19.140.916463闸墩高H21.12淹没系数σ0.784293 m(直角）0.382298 m(圆角）0.38409 自由过流流量Q淹没过流流量Q Q(直角）7643.299Q(直角）5994.589 Q(圆角）7679.122Q(圆角）6022.685 5290 顶堰堰流泄流能力计算(P=2) 闸门孔数n5中间闸墩侧收缩系数ξz0.955084519 单孔净宽b010边闸孔侧收缩系数ξb0.908872896 总净宽B050侧收缩系数ξ0.945842194 闸墩厚度dz4断面面积2321.5436 b b30.95 原河道底高程169.5 坎顶高程170 河道流速 2.0159 闸墩顶高程189.42188.16 1.26 堰上水深H019.62713 下游水位188.12 自由过流流量系数m堰流淹没出流系数σ 坎高P0.5下游水位h s18.120.923212闸墩高H19.92淹没系数σ0.76389 m(直角）0.382129 m(圆角）0.384037 自由过流流量Q淹没过流流量Q Q(直角）6960.388Q(直角）5316.97 Q(圆角）6995.134Q(圆角）5343.512 4680
宽顶堰流得水力计算 如图所示，水流进入有底坎得堰顶后，水流在垂直方向受到堰坎边界得约束，堰顶上得过水断面缩小，流速增大，势能转化为动能。同时堰坎前后产生得局部水头损失，也导致堰顶上势能减小。所以宽顶堰过堰水流得特征就是进口处水面会发生明显跌落。从水力学观点瞧，过水断面得缩小，可以就是堰坎引起，也可以就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)得进口等建筑物时，由于进口段得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，仍按宽顶堰流得方法进行分析、计算。 （一）流量系数 宽顶堰得流量系数取决于堰得进口形状与堰得相对高度，不同得进口堰头形状，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，由堰高引起得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得影响，按=3代入公式计算值。 由公式可以瞧出，宽顶堰得流量系数得变化范围在0、32～0、385之间，当=0时，=0、385，此时宽顶堰得流量系数值最大。 比较一下实用堰与宽顶堰得流量系数，我们可以瞧到前者比后者大，也就就是说实用堰有较大得过水能力。对此，可以这样来理解：实用堰顶水流就是流线向上弯曲得急变流，其断面上得动水压强小于按静水压强规律计算得值，即堰顶水流得压强与势能较小，动能与流速较大，故过水能力较大；宽顶堰则因堰顶水流就是流线近似平行得渐变流，其断面动水压强近似按静水压强规律分布，堰顶水流压强与势能较大，动能与流速较小，故过水能力较小。 （二）侧收缩系数 宽顶堰得侧收缩系数仍可按公式（8-21）计算。 （三）淹没系数
堰流公式
第八章 堰流及闸孔出流 水利工程中，为防洪、灌溉、航运、发电等要求，需修建溢流坝、水闸等控制水流的水工建筑物。例如，溢流坝、 水闸底槛、桥孔和无压涵洞进口等。 堰是顶部过流的水工建筑物。 图1、2中过堰水流均未受闸门控制影响 闸孔出流：过堰水流受闸门控制时，就是孔流 堰流和闸孔出流是两种不同的水流现象。它们的不同点在于堰流的水面线为一条光滑曲线且过水能力强，而孔流的闸孔上、下游水面曲线不连续且过水能力弱。它们的共同点是壅高上游水位；在重力作用下形成水流运动；明渠急变流在较短范围内流线急剧弯曲，有离心力；出流过程的能量损失主要是局部损失。 图4 闸孔出流 图3 堰流及闸孔出流
相对性： 堰流和孔流是相对的，堰流和孔流取决于闸孔相对开度，闸底坎及闸门(或胸墙) 型式以及上游来流条件（涨水或落水）。 平顶堰： e /H ≤0.65 孔 流 曲线型堰：e/H ≤ 0.75 孔 流 e/H ＞ 0.75 堰 流 e/H ＞0.65 堰 流 式中：e 为 闸孔开度； H 为 堰上水头 堰流及孔流是水利工程中常见的水流现象，其水力计算的主要任务是研究过水能力。它包括堰闸出流水力特性和堰闸水力计算。 第一节 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，常根据不同建筑材料，将堰作成不同类型。例如，溢流坝常用混凝土或石料作成较厚的曲线或者折线型；实验室量水堰一般用钢板、木板作成薄堰壁。 堰外形、厚度不同，能量损失及过水能力不同。 当水流接近堰顶，流线收缩，流速加大，自由表面 H P 1 v 0 1 11 v 1 P 2 δ 图5 薄壁堰
堰前断面：堰上游水面无明显下降的0-0 断面 堰上水头：堰前断面堰顶以上的水深，用H 表示 行进流速：堰前断面的流速称为行进流速，用v0表示 堰前断面距离上游壁面的距离：L =（3～5) H 研究表明，流过堰顶的水流型态随堰坎厚度与堰顶水头之比δ/H 而变，工程上，按δ与H的大小将堰流分薄壁堰、实用堰、宽顶堰。 1. 薄壁堰：δ/H＜0.67 越过堰顶的水舌形状不受堰厚影响，水舌下缘与堰顶为线接触，水面呈降落线。由于堰顶常作成锐缘形，故薄壁堰也称锐缘堰。 2. 实用堰流：0.67 ＜δ/H ＜2.5 水利工程，常将堰作成曲线型，称曲线型实用堰。堰顶加厚，水舌下缘与堰顶为面接触，水舌受堰顶约束和顶托，已影响水舌形状和堰的过流能力。折线型实用堰：水利工程，常将堰作成折线形。 3. 宽顶堰：2.5＜δ/ 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降落；有一段水流与堰顶几乎平行；下游水位较低时，出堰水流二次水面降。 4. 明渠水流：堰坎厚度δ＞10H