堰流闸孔出流和桥涵过流的水力计算资料
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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
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；