薄壁堰流的水力计算

薄壁堰流的水力计算

[日期：06/21/2006

来源：作者：[字体：大中小] 20:09:00]

根据堰口形状的不同，薄壁堰可分为矩形薄壁堰、三角形薄壁堰等。由于薄壁堰流具有稳定的水头与流量关系，一般多用于实验室及小河渠的流量测量；另外，曲线型实用堰的剖面型式和隧洞进口曲线常根据薄壁堰流水股的下缘曲线确定，因此研究薄壁堰流具有实际意义。

（一）矩形薄壁堰流

利用矩形薄壁堰测流时，为了得到较高的量测精度，一般要求：

（1）无侧收缩（堰宽与上游引水渠宽度相同，即=）；

（2）下游水位低，不影响出流量；

（3）堰上水头>2.5cm。因为当过小时，出流将不稳定；

（4）水舌下面的空间应与大气相通。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，出流将不稳定。故在无侧收缩、自由出流时，矩形薄壁堰流的流量公式为

为应用方便，可以把行进流速的影响包括在流量系数中去。为此，把上式改写为

（8-17）

式中一考虑行近流速水头影响的流量系数。

无侧收缩的矩形薄壁堰的流量系数可由雷保克公式计算

(8-18)

适用条件≥0.025m ，≤2 ，式中为堰顶水头，为上游堰高。

有侧收缩的矩形薄壁堰的流量系数可用板谷一手岛公式确定

式中为堰顶水头；为上游堰高, 为堰宽，为引水渠宽。

适用条件为：=0.5m～6.3m，=0.15m～5m, =0.03m～0.45m , ≥0.06。

当下游水位超过堰顶一定高度时，堰的过水能力开始减小，这种溢流状态称为淹没堰流。在淹没出流时，水面有较大的波动，水头不易测准，故作为测流工具的薄壁堰不宜在淹没条件下工作。为了

保证薄壁堰不淹没，一般要求>0.7。其中指上下游水位差，指下游堰高。

（二）三角形薄壁堰流

当测量较小流量时，为了提高量测精度，常采用三角形薄壁堰。三角形薄壁堰在小水头时堰口水面宽度较小，流量的微小变化将引起水头的显著变化，因此在量测小流量时比矩形堰的精度较高。

根据试验，直角三角形薄壁堰的流量计算公式为

(8-20)

适用条件：=0.05m～0.25m; 堰高≥2H，渠宽B0≥(3～4) 。

例8-6某矩形渠道设有一矩形无侧收缩薄壁堰，已知堰宽=1m,上、下游堰高==0.8m,堰上水头=0.5m,为自由出流，求通过薄壁堰的流量。

解：

按公式（8-18）计算流量系数

=0.4034+0.0534

＝0.4034+0.0534=0.4398

==0.43981=0.689m3/s

径流总量时段Δt通过河流某一断面的总水量。它的单位是立方米(m3)或亿立方米。以所计算时段的时间乘以该时段内的平均流量，就得径流总量W，即W=QΔt。式中，Δt 为时段长（如日、月、年、多年等）；Q为T时段内的平均流量（立方米/秒）。以时间为横坐标，以流量为纵坐标点绘出来的流量随时间的变化过程就是流量过程线。流量过程线和横坐标所包围的面积即为径流量。