第八章 堰流及闸孔出流资料
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堰流及闸孔出流
二次近似计算
v0 =
32.3 Q Q = = = 1.09 m s A H1 B0 3.1× 9.6
2
v0 1.09 2 H0 = H + = 2.5 + = 2.56m 2g 19.6
m = 0.378
0
ζ cr = 0.7
查 表：
hs 2.125 − 0.5 = = 0.83 > 0.8 H0 2.5
1.研究任务 2.研究方法
研究水流状态和过流能力。
过闸、堰水流虽为急变流，但其上、下游为 均匀流，应用能量方程、连续方程可求解。
3.定义
（1）堰流：从顶部溢流而水面不受约束的壅水建筑物，称为 堰；通过堰的水流称为堰流。
（2）闸孔出流：有闸门控制水流的泄水建筑物，称为闸；通过 闸孔的水流称为闸孔出流。
（4）按上游渠道宽度B与堰宽b的关系
侧收缩堰：B>b 无收缩堰：B=b
（5）按堰与渠道水流方向位置
正交堰：堰与渠道水流方向正交 斜交堰：堰与渠道水流方向不正交 侧 堰：堰与渠道水流方向平行
几种常见堰形
水
δ 薄壁堰
δ 实用堰
δ 实用堰
δ 宽顶堰
δ 宽顶堰
六.堰流、闸孔出流的判别
宽顶堰 实用堰
e > 0 .65 H
e ≤ 0 .65 H
e > 0 . 75 H
e ≤ 0 .75 H
堰
流
闸孔出流
堰
流
闸孔出流
其中 e—闸门开度
H—堰、闸前水头
§8—2 堰流的基本公式
一.基本公式
以无侧收缩影响和淹 以无侧收缩影响和淹 没的宽顶堰为例。取堰 没的宽顶堰为例。取堰 顶为基准面，列1-1和2顶为基准面，列1-1和22断面的能量方程： 2断面的能量方程：
水力学第八章堰流及闸孔出流赵
宽顶堰流量系数
对于堰顶头部为圆角形的宽顶堰，流量系数可查表 8-6,或按下式计算。
3− P /H 1 m = 0.36 + 0.01 1 .2 + 1 .5 P / H 1
H
适用条件：
P1
r ≥ 0.2 H 0 ≤ P1 / H ≤ 3
m 当 P1 / H > 3 时， = 0.36
r
对于堰顶头部为直角形和斜面形的宽顶堰，流量系 数可查表8-7或按下式计算：
α
e μ = 0.685 − 0.19 H
对于平底平板闸门： 对于平底弧形闸门： 对于曲线底平板闸门： 对于曲线底弧形闸门：
e μ = 0.60 − 0.176 H
μ = (0.97 − 0.81 α
) − (0.56 − 0.81 e 180 180 H e e μ = 0.65 − 0.186 + (0.25 − 0.357 ) cosθ H H )
当闸底坎为平顶堰或平底时 e ≤ 0.65 为闸孔出流 H e > 0.65 为堰流 H 当闸底坎为曲线型堰时 e ≤ 0.75 为闸孔出流 H e > 0.75 为堰流
H
B
b
H v0 P1
δ
hs ＜ 0 P2 ht
hs
0
ht
堰流的分类
按照堰顶厚度不同，分为三类： 薄壁堰 实用堰 宽顶堰
δ / H < 0.67
b：hs>0，hs稍大于 hk，hc<hk
c：hs>0，hs>hk且 hs>hc’’，hc>hk
淹没条件及淹没系数
淹没出流的条件是：首先 hs > 0 ，且 hs > hc′′ ， 这是形成淹没出流的首要条件；其次 hc > hk ， 这是形成淹没出流的必要条件。 由实验得知：当 hs ≥ (0.75 ~ 0.85) H 0 时，将形成 淹没出流。工程中，一般认为满足下式时， 形成淹没出流(查表8-8)：
第8章 堰流与闸孔出流
hc
ht
解：1)由收缩断面的水深hc引起的共轭水深hc” 2 h 8 q " hc c ( 1 1) 3 2 ghc
2 0 . 315 8 2 . 45 " hc ( 1 1) 1.82m 3 2 9.8 0.315
2) 根据水跃的形式，判断是否需要修建消力池。
hc 1.82m ht 1.5m
ht
例2：在溢流坝下游收缩断面hc＝0.315m，溢 流坝单宽流量q＝2.45m2/s 。已知下游水深ht ＝1.5 m 。 （1）试判别是否需要修建消力池？ （2）如需修建消力池，试设计挖深式消能池 的池深d。（不考虑挖深影响和出池水面跌落 的影响，消力池水跃淹没系数取σ’=1.1 ）。
分析：
根据收缩断面水深hc 对应的共轭水深hc”与下 游水深ht的关系来判断水 跃的形式。 当淹没系数为1.05— 1.1时，消能效果最好。
所以是远驱式水跃，需要修建消力池。 3）计算消力池池深d
"
' hc " d ht z
d ' hc "ht 1.11.82 1.5 0.5m
例3：某平底坎水闸，闸门宽度为b =4m，闸前 水头H=5m，闸门开度e = 1.25m，闸孔流量系数 μ=0.556，闸门下游收缩断面水深hc = 0.9m。 （1）当闸孔为自由出流时，求通过闸的流量Q 为多少？ （2）当下游水深ht = 2.3m，判别闸下游水跃 的形式，并判断是否需要修建消力池？
2.闸孔出流的计算基本公式：
Q s be 2 gH 0
----闸孔出流的流量系数。
s ----闸孔出流的淹没系数。
b----闸门的宽度 e----闸门的开启度 H----闸前水头
第八章 堰流及闸孔出流 8.1-8.2
2、不同点:
堰流: 上部无约束，水面连续,
过流能力大
闸孔出流: 四周均有约束，水
面断开, 过流能力小
三、堰流和闸孔出流的判别 平顶堰:
e H e H 0 . 65 0 . 65
—闸孔出流 —堰流
曲线堰:
e H e H
0 . 75 0 . 75
闸孔出流 堰流
8.1
堰流的类型及计算公式
二、三角形薄壁堰
Q C0H
5/2
式中，C0为直角三角形薄壁堰的流量系数， 可按下式计算：
2 H 0 . 004 0 .2 0 . 14 C 0 1 . 354 0 . 09 H P1 B
第八章
堰流及闸孔出流 (Weir flow and sluice flow)
一、定义
堰流～通过横向边界有约束的堰顶， 自由下泄的水流。
闸孔出流～ 由闸门孔口泄出的水流
实用堰流
弧型闸门闸孔出流
二、堰闸出流特点 1、共同点:
(1) 横向边界有约束 (2) 重力使水流流动
(3) 急变流 (4) 以局部水头损失为主
2、流量计算公式
Q m 0b 2 g H
3/2
流量系数m计算公式：
m 0 0 . 403 0 . 053 H P1 0 . 0007 H
式中P1为上游堰高，H及P1均以米计。上式用于 H≥0.025米， H ≤2及P1≥0.3米条件下。
P1
3、水舌形状特点
①在距堰壁上游3H处，水面降落0.003H， ②在堰顶上，水舌上缘降落了0.15H。 ③水舌下缘在离堰壁0.27H处升得最高，高出堰顶 0.112H，此处水舌的垂直厚度为0.668H。 ④距堰壁0.67H处，水舌下缘与堰顶同高.
第八章 堰流和闸孔出流
第八章 堰流和闸孔出流第一节 概述一、堰流及闸孔出流的概念堰流：顶部闸门完全开启，闸门下缘脱离水面，水流从建筑物顶部自由下泄。
闸孔出流：顶部闸门部分开启，水流受闸门控制而从建筑物顶部与闸门下缘间的孔口流出。
二、堰流及闸孔出流的水流状态比较1、堰流和闸孔出流的区别：堰流的水面线是光滑的降落曲线；闸孔出流的上下游水面是不连续的。
由于边界条件的这种差异，它们的水流特征及过水能力也不相同。
2、堰流和闸孔出流的相同点：引起壅水，然后水面降落，是在重力作用下形成的一种水流运动，都是从势能转化为动能的过程。
都属于明渠急变流，主要是局部水头损失。
3、堰流和闸孔出流的转化： 闸底坎为平顶堰时：65.0≤H e 时为闸孔出流；65.0>He时为堰流。
闸底坎为曲线型堰时：75.0≤He 时为闸孔出流；75.0>H e时为堰流。
式中，e 为闸孔开度；H 为从堰顶算起的闸前水深。
第二节 堰流的类型及水力计算公式一、堰流的类型定义：堰前断面，堰顶水深，行近流速。
堰前断面距上游壁面的距离：H l )5~3(= 1．薄壁堰流：67.0<Hδ，水舌形状不受堰坎厚度的影响，与堰顶呈线接触，水面呈单一的降落曲线。
此时堰顶常为锐缘形。
2．实用堰流：5.267.0<<Hδ，水舌下缘与堰顶呈面接触，水舌受堰顶的压缩与顶托，但影响不大，水流还是在重力作用下的自由跌落。
常用曲线形或折线形。
H 01V 堰顶宽度为b ，水舌厚度为0kH （k 为堰顶水流垂向收缩系数），则：2/302/3001010221)1(21H g mb H g b k gH bkH bV kH Q =-=-+==ξϕξςα式中ϕ为流速系数；m 为流量系数。
2/30H Q ∝。
流量系数：),,(ξϕk f m =，还与堰的边界条件有关。
自由出流/淹没出流； 有侧收缩堰/无侧收缩堰。
则：2/3012H g mb Q s εσ=第三节 薄壁堰流的水力计算一般用作量水工具。
8第八章 堰流和闸孔出流
H
二、闸孔出流
• 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。
三、堰流和闸孔出流的共同点
(1)从力的角度，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。 (2)从能量的观点来看，出流的过程都是一种势能转 化为动能的过程。 (3)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。 (4)都属于明渠急变流,其出流过程的能量损失主要 是局部损失。
• 特征：小桥的底板一般与河床底板齐平。由于桥 墩受侧向收缩的影响，使水流的过水断面变小， 形成局部阻力。水流在桥孔前水位壅高，进入桥 孔后，流速增加，造成水面一次跌落；当水流流 出桥孔后，由于水面变宽，又产生局部阻力，使 水面再一次跌落。 • 计算特点：运用宽顶堰流的理论，水力现象与宽 顶堰水流过程相似。
§8-6 闸孔出流
当闸门对过堰水流有控制作用时为闸孔出流
一、闸门的分类
平板闸门
弧型闸门
实际工程中的水闸，闸底坎一般为宽顶堰或曲 线型实用堰。而且有分为自由出流和淹没出流
二、宽顶堰闸孔出流
闸孔出流受水跃位置的影响可分为自由出流及淹 没出流二种。如图
设收缩水深hc的跃后水深为hc’’。 若ht≤hc’’，则水跃发生在收缩断面处或收缩断面下 游。下游水深的大小不影响闸孔出流，称做闸孔 自由出流 若ht＞hc’’ ，则水跃发生在收缩断面上游，水跃旋 滚覆盖了收缩断面，称为闸孔淹没出流。通过闸 孔的流量随下游水深ht的增大而减小。
堰流与闸孔出流
H0
P1
V0
0 H0
V0
0
hs P2 ht
淹没出流对过流能力旳影响用淹没系数σs表达。
淹没系数σs：取决于hs/H0 和P2/H0
hs/H0 （hs从堰顶算起旳下游水深）
这是明显旳。 因为hs越大，下游水位旳顶托作用越大， 对过流能力影响越大
淹没出流对过流能力旳影响用淹没系数σs表达。
淹没系数σs：取决于hs/H0 和P2/H0
式中：e为闸孔开度；H 0
H
b
e
0 图 8-1 a 堰流及闸孔出流
堰流及闸孔出流是水利工程中常见旳水流现象， 其水力计算旳主要任务是研究过水能力。
本章将应用水力学旳基本原理， 分析堰闸出流旳水力特征，
§8-1 堰流旳类型及计算公式
在水利工程中，常根据不同建筑条件及使用要求，将堰作成
不同类型。 例如，溢流坝常用混凝土或者石料作成厚度较大旳曲线型或
1
1
V1
α1 ， α2 ：动能修正系数
P2
ζ：局部阻力系数
Q v1 A
kH 0b
1
2g(H0 H0 )
k
1
3
1 b 2gH02
令： 流速系数
1
1
流量系数
m k
1 k 1
1
则堰流计算旳基本公式：
3
Q mb 2 g H 0 2
影响流量系数旳主要原因：
, k , m m( , k , )
0
δ
H
1
V0
1
0
图8-2 d 曲线型实用堰
2 实用堰流：0.67 ＜δ/H ＜2.5 因为堰顶厚度继续加厚，水舌下缘与堰顶呈面接触， 水舌受到堰顶约束和顶托，已影响水舌形状和堰旳过流能力。
第八章：堰流和闸孔出流
1 v 2
0
2
2g
淹没出流
k v h 2 hk hs hs 自由出流
H0
H k
P 1
v0
H
2 0v 0
取1-1，2-2断面写能量方程：
2g
h
v 2
2g
v
2
2g
23 令 则
v
H0 H
v2
0 0
2g 2 v H 0 h (1 ) 2g
， 1.0
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
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。
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
0
2
2g
淹没出流
k v h 2 hk hs hs 自由出流
H0
H k
P 1
v0
H
2 0v 0
取1-1，2-2断面写能量方程：
2g
h
v 2
2g
v
2
2g
23 令 则
v
H0 H
v2
0 0
2g 2 v H 0 h (1 ) 2g
， 1.0
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
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。
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
第八章-堰流-闸孔出流.讲义
30
三角形薄壁堰流量公式：
QC0H5/2
•当堰口夹角 900 时，
C 01.35 0 4 .H 00 4 0.1 40.P 2 1 H B0.0 9 2
或 C0 1.4
•当堰口夹角 900 时，
C 0 2 .3t6 g 2 1 0 .5 5 0 .0 31 tg 2 9 c 5 t2 g 0 .0 00 .0 5 H 0 1 0
0.5 1.0 2.0 0 0
ctg1
34 5
10
000
堰下游坡度
ctg2 0.5 0 0 1 2
0 0 0 0 3 5 10
/ H 0.4
流 量
～ =0.4 ～1 0.38
0.42 0.41 0.4
0.38 0.4
0.39 0.38 0.36 0.37 0.35 0.34
系 / H 0.36
数
淹没出流 Qmb2gH0 3/2
淹没系数
若堰顶的过流宽小于上游河宽，此时的堰流出现 有侧收缩，反之，为无侧收缩。
有侧收缩 Q1mb2gH0 3/2
1 侧收缩系数
17
（1）自由出流
hs
H
ht P2
堰下游水位较低（ hs(0.7 50.8)5 H 0），堰的过 流能力不受影响。
18
H
C
hs
ht
自由出流特点：两次降落，一次微升；收缩断面 后的堰顶水流为急流。
6
堰流、闸孔出流共同点 1、水流或多或少受到水闸或溢流坝等建筑物的 约束，从而壅高上游水位。 2、过堰、过闸水流属于明渠急变流。 ３、水头损失主要是局部水头损失。
7
堰、堰流的参数 0
H
V0
P1
P2
三角形薄壁堰流量公式：
QC0H5/2
•当堰口夹角 900 时，
C 01.35 0 4 .H 00 4 0.1 40.P 2 1 H B0.0 9 2
或 C0 1.4
•当堰口夹角 900 时，
C 0 2 .3t6 g 2 1 0 .5 5 0 .0 31 tg 2 9 c 5 t2 g 0 .0 00 .0 5 H 0 1 0
0.5 1.0 2.0 0 0
ctg1
34 5
10
000
堰下游坡度
ctg2 0.5 0 0 1 2
0 0 0 0 3 5 10
/ H 0.4
流 量
～ =0.4 ～1 0.38
0.42 0.41 0.4
0.38 0.4
0.39 0.38 0.36 0.37 0.35 0.34
系 / H 0.36
数
淹没出流 Qmb2gH0 3/2
淹没系数
若堰顶的过流宽小于上游河宽，此时的堰流出现 有侧收缩，反之，为无侧收缩。
有侧收缩 Q1mb2gH0 3/2
1 侧收缩系数
17
（1）自由出流
hs
H
ht P2
堰下游水位较低（ hs(0.7 50.8)5 H 0），堰的过 流能力不受影响。
18
H
C
hs
ht
自由出流特点：两次降落，一次微升；收缩断面 后的堰顶水流为急流。
6
堰流、闸孔出流共同点 1、水流或多或少受到水闸或溢流坝等建筑物的 约束，从而壅高上游水位。 2、过堰、过闸水流属于明渠急变流。 ３、水头损失主要是局部水头损失。
7
堰、堰流的参数 0
H
V0
P1
P2
第八章堰流与闸孔出流
Q b hk v
Q (b ) hv
(2)选取标准孔径B≥b 公路、铁路桥梁的标准孔径有4m、5m、6m、 8m、10m、12m、16m、20m等
(3)计算标准孔径下的临界水深
3 hk
Q 2 g (B ) 2
如原来为自由式需判别是否变为淹没式
h 1.3hk
h 1.3hk
正堰：堰与水流方向正交。 侧堰：堰与水流方向平行。 斜堰：堰与水流方向不正交。
第二节 堰流的基本公式
v1 H 2g 2g 2g
H
2 0 v0
以自由式无侧收缩薄壁堰 为例
0 H 1 v0 P1 1
0 v0
2
p1
1v1
2
2
2g
H0
堰流作用水 头
0′
0′
v1 P2
因水舌被大气包围， 1-1 断面的 p1 / 0
δ 1
v0
1
0
•堰顶加厚，水舌下缘与堰顶呈面接触，水舌受堰顶 0 约束和顶托，但影响还不大，水流主要还是重力作用 下的自由跌落。
折线型实用堰
0 H
δ 1
v0 1
曲线型实用堰
0
宽顶堰
0
2.5＜δ/ H ＜10
1
实验表明，宽顶 堰流的水头损失 主要是局部水头 损失
H P1 0
v0 1 δ
v1
P2 堰顶对水流的顶托 作用非常明显 进口出现水面跌落
第一节 堰流的特点及其分类
一、堰流的定义 堰
水流受到从河底建起的建筑物（堰体）的阻 挡，或者受两侧墙体的约束影响， 在堰体上游产生壅水，水流经堰体自由下泄, 下泄水流的自由表面为连续的曲面
堰流及闸孔出流-文档资料
2、判断：
• 当底坎为宽顶堰时， • 闸孔出流
e H
e H
0.65
• 堰流
当底坎为曲线堰时
e H
0.75
•
闸孔出流
e H
0 .75
•
堰流
• 其中： e 为闸门的开启度
•
•
H为闸前水头
e H
为闸门的相对开启度
第二节
孔口与管嘴出流
一、恒定孔口出流
• 主要：讨论薄壁圆形
小孔口出流问题（图 8-4） 小孔口：d/H≤0.1。
二、恒定管嘴出流
• （一）恒定管嘴自由出流 （ 图8-6） • 恒定管嘴自由出流的流量公式：
Q gH nA 2 O
• 式中：A——管嘴出口断面面积
2 vo Ho——全水头 H O H 2g
——
管嘴出流流量系数，圆柱 形外管嘴的流量系数 =0.82，是圆 形孔口出流系数的1.32倍。原因是 圆柱形外管嘴的收缩断面上产生 真空，使作用水头增大了（管嘴 的作用）。
0 . 67 2 . 5 H
• 图8-2（b）
• （3）宽顶堰流
2 .5H 10
• 图8-2（c）
三、闸孔出流与堰流的联系与 区别
如果水闸与堰分别建立时，两者是没有什么 联系，但当两者建在同一位置时，就要遇到 新的问题，按什么出流来解决问题，怎么判 断。 1、两者共同点： ◆在一定作用水头下形成。 ◆从势能转为动能。 ◆两者均属急变流。
（一）薄壁圆形小孔口的恒定自 由出流（图8-4）
1、有关概念和分类：
• • • • • • •
（1）收缩断面：水流距容器 内壁约d/2处收缩完成，流线 相互平行，符合渐变流条件。 （2）收缩系数：反映水流的 收缩程度，与孔口形状、大小、 位置以及水头等有关。 （3）分类： 完全收缩——孔口四周都发生收缩。 不完全收缩——孔口四周部分发生收 缩。 完善收缩——流线完全收缩的。 不完善收缩——流线不完全收缩的。
第八章堰流及闸孔出流4
2
1 2e
H0
流速系数见第 九章表9－1
表8-12 平板闸门垂直收缩系数
cos c e R
e H 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75
Байду номын сангаас
2 0.615 0.618 0.620 0.622 0.625 0.628 0.630 0.638 0.645 0.650 0.660 0.675 0.690 0.705
计算收缩断面水深 hc
计算共轭水深
hc''
h〔c 2
1 8Fr2c
1〕
与下游实际水深 ht 比较，
hc" ht 淹没出流
●淹没系数 s
潜流比 图8－27
二、实用堰型闸孔出流
水流特点： 过闸水流收缩充分，无收缩断面C-C，1-1为急变流断面。
能量方程
H
00
z
p
1v12
2g
hj
Q be 2gH
H
弧形闸门 (0.97 0.81 ) (0.56 0.81 ) e
180
180 H
cos c e
R
适用范围
25 90
0 e 0.65 H
3、淹没系数 s
●淹没条件： 形成淹没水跃
当下游水深 ht 大于收缩断面水深 hc 的共轭水深 hc 时，闸孔为淹没出流
●淹没出流判别：
一、宽顶堰型闸孔出流
1、水力计算基本公式
能量方程
H
0 0v02
2g
hc
0 cvc2
2g
hj
H0
hc
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1
v0
P1
1
v1
P2
0
影响流量系数的主要因素
m m( , k, ) , k,
0
b
H
v0
0
H
b
e
0 图 堰流
0 图 闸孔出流
堰流和孔流取决 上游来流条件（涨水或落水） 闸孔相对开度 闸底坎及闸门型式
因此，堰流和孔流是相对水流条件而言的，水流条 件改变，同一堰上的堰流，或孔流就可能改变。
0
H e
0 图 闸孔出流
平顶堰 e/H ≤0.65 孔流 e/H ＞0.65 堰流
e 闸孔开度；H为堰上水头
H0
(1
0
)
1v12 2g
0
( ) 1
0
δ H
1
v0
H
0 v02
2g
H0
z
p
(1
) v12 2g
P1
1
v1
P2
p
let: z H H0
H0
(1
) 1v12 2g
0
H0
H0
(1
) v12
2g
v1
1
(1 )
2g(H0 H0 )
let : A1 kH0b : k coefficent
P1
1
v1
P2
H0
H
0v02
2g
z
p
(1
) v012
2g
v0 0-0 断面的平均流速 v1 1-1 断面的平均流速 ζ 局部阻力系数
0
δ H
1
v0
P1
1
v1
P2
0
H
0v02
2g
H0
z
p
(1
) v12 2g
let :
z
p
H0
H0
H0
(1
) v12
2g
v1
1 2g( H H ) H0
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的大小将堰流分为
薄壁堰 实用堰 宽顶堰
0
H
v0
P1
δ 1
1
v1
0
薄壁堰：δ/H ＜0.67
P2
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
0 H
8 堰流及闸孔出流
8.1 堰流的类型及计算公式 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 窄深堰流的水力计算 8.6 闸孔出流的水力计算
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、无压涵洞进口。
0
H
b
e
0 图 堰流及闸孔出流
堰：在水力学中，把顶部过流的水工建筑物称堰
0
H
b
e
0 图 堰流及闸孔出流
闸孔出流：受到闸门控制的过堰水流 图中为溢流坝上的闸孔出流
0
H e
0 图 闸孔出流
闸孔出流：受到闸门控制的过堰水流 图中为宽顶堰上的闸孔出流
0
b
H
v0
0 图 堰流
堰流：未受闸门控制的过堰水流 图中为溢流坝上的堰流
堰外形、厚度不同，能量损失及过水能力不同
0
H
v0
P1
δ 1
1
v1
P2
0
当水流接近堰顶，流线收缩，流速加大， 自由表面逐渐下降
0
H
v0
P1
δ 1
1
v1
P2
0 堰前断面：把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
0
H
v0
P1
δ 1
1
v1
P2
0
行进流速：堰前断面的流速称之，用v0 表示 堰前断面距离上游壁面的距离： L =（3～5) H
0
H
b
e
0 图 堰流及闸孔出流
曲线型堰 e/H ≤ 0.75 孔流 e/H ＞ 0.75 堰流
e 闸孔开度；H 堰上水头
0
H
b
e
0 图 堰流及闸孔出流
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。
8.1 堰流的类型及计算公式 8.1.1 堰的类型
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，或折线型；实验室量水堰一般 用钢板、木板作成薄堰壁。
流特性不再属于堰流，而是明渠水流。
8.1.2 堰流基本公式
0
δ H
1
v0
P1
1
v1
P2
0
对堰前断面0-0和堰顶断面1-1列能量方程 基准面：通过堰顶的水平面
0
δ H
1
v0
P1
1
v1
P2
0
分析：0-0断面为渐变流
1-1 断面为急变流（流线弯曲）
z p
1-1 断面测压管水头的平均值
0
δ H
1
v0
let : A1 kH0b : k coefficent
0
Q v1 A
kH0b
1
2g(H0 H0 )
k
1
3
1b 2gH02
let : 1 1
流速系数
let : m k
1 k 1 流量系数
1
3
Q mb 2gH02
H0
H0
(1
) 1v12
2g
0
H
v1
1
δ 1
v0
1
0
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
0 H
δ 1
v0
1
0
实用堰流：0.67 ＜δ/H ＜2.5
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。
0
H v0
P1
1
v1
P2
δ
0
1
折线型实用堰：水利工程，常将堰作成折线形
Q v1 A
kH 0b
1
2g(H0 H0)
0
k
1
3
1
z
p
b
H0
HH200gH(10
2
)
1v12 2g
H
0v02
2g
H0
z
p
(1
) 10v12
2g
let :
z
p
H0
H
δ 1
H0
H0
( 1
) 1v12
2g
P1
v0
v1
1
(1 )
2g(H0 H0
1
v1
P2
0 1
H v0
v1
P1
P2
1
0
δ
宽顶堰：2.5＜δ/ H ＜10
0 1
H v0
v1
P1
P2
1
0
δ
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
H
K
P1 δ
K i > ik
堰坎厚度δ＞10H，此时沿程水头已经不能略去，水
H
图 堰流
堰流：未受闸门控制的过堰水流 图中为宽顶堰上的堰流
0
b
H
v0
0
H
b
e
0 图 堰流
比较堰流和闸孔出流
0 图 堰流及闸孔出流
堰流： 水面线为一条光滑曲线；过水能力强 闸孔出流：闸孔上、下游水面不连续；过水能力弱
0
b
H
v0
0
H
b
e
0 图 堰流
0 图 闸孔出流
共同点
壅高上游水位 都是在重力作用下形成明渠流动 在较短范围内，流线急剧弯曲，有离心力 能量损失主要是局部损失
(1 )δ
2g(H0 H0
let : A1 kH0b : k coe1fficent
P1
Q vv10A
kHБайду номын сангаасb
1 1
2gv(1H0 H0 )
P2
k
1
1b
let: 1
1
0 let : m k 1 k 1 1
3
Q mb 2gH02
3
Q H02
0
δ H
v0
P1
1
v1
P2
0
影响流量系数的主要因素
m m( , k, ) , k,
0
b
H
v0
0
H
b
e
0 图 堰流
0 图 闸孔出流
堰流和孔流取决 上游来流条件（涨水或落水） 闸孔相对开度 闸底坎及闸门型式
因此，堰流和孔流是相对水流条件而言的，水流条 件改变，同一堰上的堰流，或孔流就可能改变。
0
H e
0 图 闸孔出流
平顶堰 e/H ≤0.65 孔流 e/H ＞0.65 堰流
e 闸孔开度；H为堰上水头
H0
(1
0
)
1v12 2g
0
( ) 1
0
δ H
1
v0
H
0 v02
2g
H0
z
p
(1
) v12 2g
P1
1
v1
P2
p
let: z H H0
H0
(1
) 1v12 2g
0
H0
H0
(1
) v12
2g
v1
1
(1 )
2g(H0 H0 )
let : A1 kH0b : k coefficent
P1
1
v1
P2
H0
H
0v02
2g
z
p
(1
) v012
2g
v0 0-0 断面的平均流速 v1 1-1 断面的平均流速 ζ 局部阻力系数
0
δ H
1
v0
P1
1
v1
P2
0
H
0v02
2g
H0
z
p
(1
) v12 2g
let :
z
p
H0
H0
H0
(1
) v12
2g
v1
1 2g( H H ) H0
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的大小将堰流分为
薄壁堰 实用堰 宽顶堰
0
H
v0
P1
δ 1
1
v1
0
薄壁堰：δ/H ＜0.67
P2
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
0 H
8 堰流及闸孔出流
8.1 堰流的类型及计算公式 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 窄深堰流的水力计算 8.6 闸孔出流的水力计算
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、无压涵洞进口。
0
H
b
e
0 图 堰流及闸孔出流
堰：在水力学中，把顶部过流的水工建筑物称堰
0
H
b
e
0 图 堰流及闸孔出流
闸孔出流：受到闸门控制的过堰水流 图中为溢流坝上的闸孔出流
0
H e
0 图 闸孔出流
闸孔出流：受到闸门控制的过堰水流 图中为宽顶堰上的闸孔出流
0
b
H
v0
0 图 堰流
堰流：未受闸门控制的过堰水流 图中为溢流坝上的堰流
堰外形、厚度不同，能量损失及过水能力不同
0
H
v0
P1
δ 1
1
v1
P2
0
当水流接近堰顶，流线收缩，流速加大， 自由表面逐渐下降
0
H
v0
P1
δ 1
1
v1
P2
0 堰前断面：把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
0
H
v0
P1
δ 1
1
v1
P2
0
行进流速：堰前断面的流速称之，用v0 表示 堰前断面距离上游壁面的距离： L =（3～5) H
0
H
b
e
0 图 堰流及闸孔出流
曲线型堰 e/H ≤ 0.75 孔流 e/H ＞ 0.75 堰流
e 闸孔开度；H 堰上水头
0
H
b
e
0 图 堰流及闸孔出流
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。
8.1 堰流的类型及计算公式 8.1.1 堰的类型
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，或折线型；实验室量水堰一般 用钢板、木板作成薄堰壁。
流特性不再属于堰流，而是明渠水流。
8.1.2 堰流基本公式
0
δ H
1
v0
P1
1
v1
P2
0
对堰前断面0-0和堰顶断面1-1列能量方程 基准面：通过堰顶的水平面
0
δ H
1
v0
P1
1
v1
P2
0
分析：0-0断面为渐变流
1-1 断面为急变流（流线弯曲）
z p
1-1 断面测压管水头的平均值
0
δ H
1
v0
let : A1 kH0b : k coefficent
0
Q v1 A
kH0b
1
2g(H0 H0 )
k
1
3
1b 2gH02
let : 1 1
流速系数
let : m k
1 k 1 流量系数
1
3
Q mb 2gH02
H0
H0
(1
) 1v12
2g
0
H
v1
1
δ 1
v0
1
0
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
0 H
δ 1
v0
1
0
实用堰流：0.67 ＜δ/H ＜2.5
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。
0
H v0
P1
1
v1
P2
δ
0
1
折线型实用堰：水利工程，常将堰作成折线形
Q v1 A
kH 0b
1
2g(H0 H0)
0
k
1
3
1
z
p
b
H0
HH200gH(10
2
)
1v12 2g
H
0v02
2g
H0
z
p
(1
) 10v12
2g
let :
z
p
H0
H
δ 1
H0
H0
( 1
) 1v12
2g
P1
v0
v1
1
(1 )
2g(H0 H0
1
v1
P2
0 1
H v0
v1
P1
P2
1
0
δ
宽顶堰：2.5＜δ/ H ＜10
0 1
H v0
v1
P1
P2
1
0
δ
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
H
K
P1 δ
K i > ik
堰坎厚度δ＞10H，此时沿程水头已经不能略去，水
H
图 堰流
堰流：未受闸门控制的过堰水流 图中为宽顶堰上的堰流
0
b
H
v0
0
H
b
e
0 图 堰流
比较堰流和闸孔出流
0 图 堰流及闸孔出流
堰流： 水面线为一条光滑曲线；过水能力强 闸孔出流：闸孔上、下游水面不连续；过水能力弱
0
b
H
v0
0
H
b
e
0 图 堰流
0 图 闸孔出流
共同点
壅高上游水位 都是在重力作用下形成明渠流动 在较短范围内，流线急剧弯曲，有离心力 能量损失主要是局部损失
(1 )δ
2g(H0 H0
let : A1 kH0b : k coe1fficent
P1
Q vv10A
kHБайду номын сангаасb
1 1
2gv(1H0 H0 )
P2
k
1
1b
let: 1
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Q mb 2gH02
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Q H02
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δ H