实用堰水力计算

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

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(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。

堰顶曲线段是设计曲线型实用堰的关键。国内外对堰面形状有不同的设计

方法，其轮廓线可用坐标或方程来确定。目前国内外采用较多的是WES剖面，

因为该剖面与其它形式的剖面相比，在过水能力、堰面压强分布和节省材料等

方面要优越一些。

WES剖面如图所示，其堰顶上游部分曲线用两段圆弧连接，堰顶下游的曲

线用下列方程表示:

式中、是与上游迎水面坡度有关的参数

对上游面垂直的WES型实用堰，后人通过试验，又将原堰顶上游的两段圆

弧改为三段圆弧，即在上游面增加了一个半径为的圆弧，这样就避免了原有的

上游面边界上存在的折角，改善了堰面压力条件，增加了堰的安全度,如图所示。

(二)流量系数

曲线型实用堰的流量系数主要取决于上游堰高与设计水头之比()、堰顶全

水头与设计水头之比()以及堰上游面的坡度。在堰的运用过程中，常不等于。

当时，过水能力减小，;当时，过水能力增大，。

对堰上游面垂直，且≥1.33，即高堰时，不考虑行近流速水头，在这种情

况下，若，即实际工作全水头刚好等于设计水头时，流量系数=0.502;若≠时，值查出。

在1.33，即低堰时，行近流速加大，流量系数随值的减小而减小。同时，

在相同的情况下，还随总水头与设计水头的比值而变化。

(三)侧收缩系数

试验证明，侧收缩系数与边墩、闸墩头部型式、堰孔数目、堰孔尺寸以及

总水头有关。可按下面的经验公式计算

?(8-21)

式中?―溢流孔数;

-每孔的净宽;

―堰顶全水头;

―闸墩形状系数。

-边墩形状系数。

上式在应用中，若1时，不管数值多少，仍用=1代入计算。

(四)淹没系数

对WES剖面，当下游水位超过堰顶一定数值，即0.15时(为下游水面超过

堰顶的高度)，堰下游形成淹没水跃，过堰水流受到下游水位顶托，过水能力减小，形成淹没出流。

如果下游堰高较小，即2时，即使下游水位低于堰顶，过堰水流受下游护

坦的影响，也会产生类似淹没的效果而使过水能力减小。淹没系数可根据及由

图查得。

中、小型水利工程，常用当地材料，如条石、砖或木材做成折线型低堰。

断面形状一般有梯形、矩形、多边形等。折线型实用堰中又以梯形实用堰用得

较多。梯形实用堰流量仍可按堰流的基本公式计算，其流量系数m与堰顶厚度、相对堰高和前后坡度有关。侧收缩系数、淹没系数可近似按曲线型实用堰的方

法来确定。

例:某水力枢纽的溢流坝采用WES标准剖面实用堰，闸墩的头部为半圆形，过墩头部为圆角形，共16孔，每孔净宽15.0m。已知堰顶高程为110.0m,下游

河床高程为30.0m。当上游设计水位高程为125.0m时，相应下游水位高程为

52.0m，流量系数=0.502，求过堰流量。?

解:

因下游水位比堰顶低得多，应为自由出流,=1.0。

因==5.331.33，为高堰，取≈=15m

查表8-6得圆角形边墩的形状状系数=0.7,闸墩形状系数=0.45，

侧收缩系数?

==0.4656

=

=1.00.46560.5021516=28123m3/s

例:某河道宽160m，设有WES型实用堰，堰上游面垂直。闸墩头部为圆弧形，边墩头部为半圆形。共7孔，每孔净宽10m。当设计流量=5500m3/s时,相应的上游水位为55.0m，下游水位为39.2m，河床高程为20.0m，确定该实用堰堰顶高程。

解:

因堰顶高程决定于上游设计水位和堰的设计水头，应先计算设计水头，再算堰顶高程。

堰上全水头?

已知=5500m3/s;=7×10=70m;对WES型实用堰，在设计水头下(=时)，流量系数=0.502;侧收缩系数与有关，应先假定，求出，再求。现假定=0.9，因堰顶高程和未知，无法判定堰的出流情况，可先按自由出流计算，即取淹没系数

=1.0，然后再校核。

=11.60m

用求得的近似值代入公式(8-20)，求值

查表8-6得边墩形状系数=0.7，闸墩形状系数=0.45

因==1.161，应按=1代入计算。