第八章：堰流和闸孔出流

堰顶 O 点上游可采用三种曲线连接：
三段复合圆弧型曲线
堰剖面的定型设计水头 Hd的确定： 高堰：P1≥1.33 Hd， Hd=（0.75—0.95）Hmax 低堰：P1<1.33 Hd， Hd=（0.65—0.85）Hmax Hmax-----校核流量下的堰上水头。
第三节 实用堰
二、流量公式
的梯形堰作自由出流时的流量等于没有侧收缩的自由出流矩 14
形堰的流量。
注：以上三类薄壁堰的流量计算公式均是指自由出流。
第二节 薄壁堰
15
第三节
实用堰流的水力计算
折线型实用堰 曲线型实用堰 复合型实用堰
实用堰的主要用途：用作蓄水建筑物——坝， 或净水建筑物的溢流设备。
实用堰(0.67</H<2.5）
9
第二节
薄壁堰流 的水力 计算
一、矩形薄壁堰
二、三角形堰 三、梯形薄壁堰
10
薄壁堰主要用途：用作量水设备。
薄壁堰口的横断面形状不同，相应的流量系数也
不同。
一、矩形薄壁堰 基本公式
Q m0 b 2g H
3/ 2
11
•
无侧收缩、自由式、水舌下通风的矩形正堰：
m0 采用巴赞公式计算：
2 m0 (0.405 0.0027 )[1 0.55( H ) ] H H P1 公式适用范围：b 2.0m，P 1.13m，H 1.24m，式中H、
2.5 10
4
2、根据上游渠道宽度B与堰宽b的关系： 侧收缩堰（b<B） 堰 无侧收缩堰（b=B） 3、根据堰与水流方向的交角：
B
H b
正堰 堰 侧堰 斜堰
4、按下游水位是否影响堰流性质： 堰 自由式堰流（不影响）
淹没式堰流（影响）
5、按堰口的形状： 堰可分为矩形堰、梯形堰、三角堰。
•
淹没溢流时，不仅堰的过水能力降低，而且下游水面波
P 1
12
1）堰下游水位高出堰顶标高，即zc<H；——必要条件

P 1
动较大，溢流不稳定。所以用于测量流量用的薄壁堰，不宜 在淹没条件下工作。
H v0
0.67H
Z
Zc
P2 h
h"
第二节 薄壁堰
13
二、三角形堰
堰通常用于实验室作小流量测量，当堰为直角三
值
0.7
中墩 0
值
R=1.21d
d 0.8
d 0.45
90 d
R d 0.25
0.45
流量系数没 m
第三节 实用堰
(见表8-3)
三、实用堰的淹没判别
实用堰淹没判别与矩形薄壁堰的判别条件相同（即下游水 位高过堰顶且发生淹没水跃），其流量公式为：
21
Q s mb 2 g H 0
式中： s
H
v
2 0 0
2g
h
v 2
2g

v
2
2g
令 k h ，则得宽顶堰的流量公式： H0
1 1
2 g ( H 0 h) 2 g ( H 0 h)
Q Av bh 2 g ( H 0 h) bk 1 k 2 g H 0
式中： v 2g
2
3/ 2

H (或H 0 ), ( ), s )
头为堰前水头H。
该堰通常用于实验室作小流 量（Q<100 l/s）量测设备。 西波利地梯形堰自由出流时 的计算同无侧收缩的矩形堰 自由出流时的计算。
上游面为垂直的WES堰， 当 P>1.33H 、 H=Hd （ 式 中 Hd 为WES堰的设计水头）时， m=md =0.502 。 当H>Hd时， m>md ；当 时H<Hd ， m<md 。 小桥桥孔、涵洞、节制闸过 水均可看作宽顶堰溢流。
式中：
m——堰流流量系数， 。
3
2
8
• 堰流公式 若考虑到侧收缩影响及淹没影响，则堰流公式为：
Q m0b 2 g H Q m0b 2 g H
3/ 2
或 Q mb 2 g H 0 或 Q mb 2 g H 0
3/ 2
考虑淹没 考虑侧收
3/ 2
3/ 2
式中： ——淹没系数， ≤1.0； ——侧收缩系数， ≤1.0 。 m0——计及行近流速的流量系数。
Q Bm 2 g H 0
式中：
3/ 2
19
B——B=nb，为全部闸孔净宽； n——闸孔的数目； b ——单个闸孔净宽； ——侧向收缩系数，有
H
0
1 0.2[ k (n 1) 0 ]
nb
式中： k 、 0 ——边墩和闸墩形状系数。
第三节 实用堰
20
边墩 kLeabharlann 1.0 0.7堰流及孔流的界限
孔流：当闸门未启出水面，以致影响闸坝泄流量时。
6
1、堰流：当闸门启出水面，不影响闸坝泄流量时。
2、堰流和孔流的判别式
（1）宽顶堰式闸坝
堰流： e/H0.65 孔流： e/H<0.65
（2）实用堰式闸坝（闸门位于堰顶最高点时） 堰流： e/H0.75 孔流： e/H<0.75
式中： e——闸门开启高度； H——堰孔水头。
角堰时：
Q 1.4 H
5/ 2
(m / s)
3
适用条件：
P 2 H，B (3 ~ 4) H
B
H
第二节 薄壁堰
14
三、梯形薄壁堰
当 14 时的自由出流时的梯形薄壁堰公式为：
Q 0.42b 2 g H
3/ 2
1.86bH
3/ 2
3 (m / s)
H
b
说明：当 14 时，侧收缩梯形堰倾斜部分所增加的流量， 正好抵消 矩形堰侧收缩影响所减小的流量。即有侧收缩的
对单孔宽顶堰有经验公式：
1
3
a p 0.2 H
4
b (1 b ) B B
a为墩形系数，矩形墩a=0.19，圆形墩a=0.10。
第四节 宽顶堰
三、淹没式宽顶堰
• 判别条件
26
必要条件：hs>0
充分条件：
hs 0.75 ~ 0.85 0.8 H0
或
h s 1.25 ~ 1.30 h c
3
2、流体为理想流体时，则=0，即=1.0 ， m=0.385
第四节 宽顶堰
25
二、侧收缩宽顶堰（b<B）
Q bm 2 g H 0
式中的侧收缩系数
3/ 2

，对多孔宽顶堰有经验公式：
H
0
1 0.2[ k (n 1) 0 ]
nb
式中：k 、 0 ——边墩和闸墩形状系数。取值同实用堰。
3 P / H 0.46 0.75P / H
当 0
P 3 H
直角边缘进口： m 0.32 0.01
直角边缘修圆： m 0.36 0.01 3 P / H 1.2 1.5P / H
说明：1、根据伯朗日最大流量假设，当 h hk 2 H 0 时，
过 堰流量为最大。 m=0.385
mb 2 g H 0
3/ 2
——堰进口处的局部水头损失；
1 1 。
——流速系数，
m——堰流量系数， m k 1 k 。
一般地，m值在 0.32~0.385之间。
第四节 宽顶堰
流量系数的计算
当
P 3 H
24
时： 直角边缘进口： 圆角进口： 时：
m=0.32 m=0.36
3/ 2
——淹没系数，见图8-14。
实用堰淹没判别公式为： Hs/h0≤0.15，或P2/H0≥2 Hs/h0≤0.15，或P2/H0≥2
第三节 实用堰
第四节
一、自由式无侧收缩宽顶堰
宽顶堰
22
主要特点：进口不远处形成一收缩水深，此收缩水深小于堰 顶断面的临界水深，以后形成流线近似平行于堰顶的渐变流， 水面在堰尾第二次下降。
1、堰顶水头 H；
2、堰宽 b；
3、上游堰高P1、下游堰高P2；
L=(3~5)H H P1 v0 P2 h
4、堰顶厚度 ；
5、上、下水位差 Z；
水舌 Z
6、堰前行近流速v0。
第一节
堰流的分类及水力计算基本公式
矩形堰 三角形堰 梯形堰 折线型实用堰 曲线型实用堰 复合型实用堰
3
1、根据堰壁厚度 与水头 H 的关系：
概述
7
• 堰流基本公式推导
由大孔口的流量公式
Q 2 3
3 b 2 g ( H 2 / 2 H13 / 2 )
H2
H1
c u c
及
H1 0，H 2 H 0
并考虑上游行近流速的影响，令
H0 H
2 0v 0
H
水舌
得堰流的基本公式：
2g

P
3/ 2 0
Z
V0 P' h
Q mb 2 g H
1、在所有堰流中，哪种堰流的流量系数最大，哪种堰流的流 量系数最小？ 实用堰流量系数最大，宽顶堰流量系数最小。 2、堰壁的厚度对堰流有何影响？ 堰壁的厚度与堰上水头比值的大小决定了水流过流能力的大 小，并派生出不同堰型。 3、薄壁堰、实用堰、宽顶堰的淹没出流判别条件有什么区别？
31
三者淹没出流的必要条件相同：堰下游水位高出堰顶标高；但 充分条件不同，薄壁堰、实用堰是：下游发生淹没式水跃衔接。 宽顶堰是：下游水位影响到堰上水流由急流变为缓流即 hs>0.8H。 3/ 2
• 流量公式