第8章 堰流及闸孔出流
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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 堰流及闸孔出流资料
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
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
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。
第八章.堰流与闸孔出流
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45
侧收缩系数ε： 与闸墩、边墩平面形状、
溢流孔数、 堰上水头、 溢流宽度等因素有关。
ε= 1-0.2［Ka ＋(n-1)KP］H0/nb’
式中：n为溢流孔数； Ka为边墩系数；
b为每孔宽度；精选完整Kppt课P件为闸墩系数。
46
ε= 1-0.2［Ka ＋(n-1)KP］H0/nb’
Kp：闸墩系数与下列因素有关： 闸墩头部形状；
HO/Hd ；
第八章 堰流及闸孔出流
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1
水利工程中，为了防洪、灌溉、航运、发电等要求， 需要修建溢流坝、水闸等控制水流的水工建筑物 以渲泄或调节流量。
例如，溢流坝、 水闸底槛、桥孔、无压涵洞进口
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2
在水力学中，把顶部溢流的水工建筑物称为堰。 经过堰水流，当受到闸门控制时，就是闸孔出流，简称孔流。
7
曲线型堰：e/H ≤0.75为闸孔出流； e/H＞0.75 平顶堰： e /H≤0.65为闸孔出流； e /H＞0.65为堰流。
式中：e为闸孔开度；H 0
H
b
e
0
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8
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的水流现象， 其水力计算的主要任务是研究过水能力。
本章将应用水力学的基本原理， 分析堰闸出流的水力特性，
1
1
流量系数
m
k
1
1k1
则堰流计算的基本公式：
3
Qmb2gH02
精选完整ppt课件
19
影响流量系数的主要因素：
,k , m m ( ,k , )
堰顶水头、堰边界（上游堰高P1、堰顶口边缘形状等）。
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。
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
第八章 堰流及闸孔出流
2、薄壁圆形小孔口的恒定自由 出流流量公式
• • • • • • •
依据：恒定流的能量方程式 Q 公式： = µ A 2 gH o （8-1） 式中： µ = εϕ , µ 称为流量系数，其中 ϕ = 1 称为流量系数， 1+ ζ 称为流速系数。 称为流速系数。 称为包含行近流速水头在内的全水 HO = H + α v 2g 头。 实测资料表明：充分收缩的圆形锐缘小孔口出流 时 ε = 0.64 , ζ = 0.06 , ϕ = 0.97 故流量系数 µ = εϕ = 0.62 。
取孔口流量系数
Q = µA
µ = 0.62 H o ≈ H = 2m
2 gH
o
= 0 . 62 ×
π
4
× (0 . 02
)2
×
2 × 9 . 8 × 2 = 1 . 2 2(L/s)
（2）求管嘴出流的流量 取圆柱形外管嘴的流量系数 即流量
µ n = 0 . 82
π
4 × (0.02) 2 2 × 9.8 × 2 = 1.61( L / s )
第八章 堰流及闸孔出流
第一节
概述
一、出流分类
• 1、孔口出流
在容器上开孔，液体 在容器上开孔， 经孔口泄流的水力现 称为孔口出流。 象，称为孔口出流。 如图8 如图8-1（a） 2、管嘴出流 液体经过管嘴的泄流， 液体经过管嘴的泄流， 称为管嘴出流。 称为管嘴出流。 如 图8-1（b）
•
1.闸孔出流 闸孔出流 闸孔出流——水流受闸门或胸墙的 闸孔出流 控制，闸前水位抬高，水由闸门底缘 和底板的闸孔流出。 特点: 水流经过闸孔流出时，其自由 水面不连续。 其实质：是大的孔口出流。
• 解：由于： •
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。
堰流及闸孔出流
3 2g H0 / 2 Q s1mnb
(b)
(c)
64
一、流量系数 对堰顶入口为直角的宽顶堰
m 0.32 0.01 P 3 1 H P 0.46 0.75 1 H
65
一、流量系数 对堰顶进口为圆角的宽顶堰
P 3 1 H m 0.36 0.01 P 1.2 1.5 1 H
8-3 实用堰流的水力计算
28
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：
(1) 过水能力大 (2) 堰面不出现过 大的负压 (3) 经济、稳定
29
一、曲线型实用堰的剖面形状
30
31
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。
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。
薄壁堰 分类的根据
18
无侧收缩，非淹没矩形薄壁堰的流量按（8-1）式计 算，即
Q mb 2g H0
3/ 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：
a0 v0 Q m b 2g H 2g a0 v0 m1 2 gH
3
4.堰流和闸孔出流的转化
闸底坎平顶堰时
e 0.65 H
e 0.65 H
为闸孔出流； 为堰流； 为闸孔出流； 为堰流；
闸底坎为曲线型堰流时
e 0.75 H e 0.75 H
式中：e为闸孔开度；H为从堰顶算起的闸前水深。
4
8-1 堰流的类型及计算公式
(b)
(c)
64
一、流量系数 对堰顶入口为直角的宽顶堰
m 0.32 0.01 P 3 1 H P 0.46 0.75 1 H
65
一、流量系数 对堰顶进口为圆角的宽顶堰
P 3 1 H m 0.36 0.01 P 1.2 1.5 1 H
8-3 实用堰流的水力计算
28
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：
(1) 过水能力大 (2) 堰面不出现过 大的负压 (3) 经济、稳定
29
一、曲线型实用堰的剖面形状
30
31
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。
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。
薄壁堰 分类的根据
18
无侧收缩，非淹没矩形薄壁堰的流量按（8-1）式计 算，即
Q mb 2g H0
3/ 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：
a0 v0 Q m b 2g H 2g a0 v0 m1 2 gH
3
4.堰流和闸孔出流的转化
闸底坎平顶堰时
e 0.65 H
e 0.65 H
为闸孔出流； 为堰流； 为闸孔出流； 为堰流；
闸底坎为曲线型堰流时
e 0.75 H e 0.75 H
式中：e为闸孔开度；H为从堰顶算起的闸前水深。
4
8-1 堰流的类型及计算公式
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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计算过堰流量Q 水力计算类型 计算堰上水头H
设计堰宽b
返回
薄壁堰流的水力计算
薄壁堰流具有稳定的水头和流量的关系，常作为 水力模型或野外测量中一种有效的量水工具。
H
当矩形薄壁堰无侧收缩，自由 出流时，水流最为稳定，测量精 度也较高； 堰上水头不宜过小（应大于 2.5m）； 水舌下面的空间通气良好；
（2）确定系数
P 0.5 1 0.59 3 H 0.85
hs hs ht P2 0.94 0.8 H0 H H
P 0.46 0.75 1 H
0.3466
（3）第一次近似计算流量 hs 0.94 查表8.2得σs1=0.70 设H01=H=0.85m， H 01 Q1 s1mb 2gH01 0.7 0.3466 1.28 19.6 0.85 1.08m3 / s
返回
闸孔出流
堰流的分类
堰宽b 堰顶水头H 堰高P1 堰高P2 堰顶厚度δ δ 堰顶厚度 H H δ 堰顶厚度
堰的外形及厚度不同，其能量损失及过水能力也会不同 δ/H<0.67 薄壁堰流
曲线形
按δ/H分类
0.67<δ/H<2.5 实用堰流
2.5<δ/H<10 宽顶堰流
折线形 有坎
无坎
前进
按下游水位是否对过堰 水流有顶托阻水的影响
Q2 mb 2gH02 0.3466 1.28 19.6 0.89 2 1.65m3 / s
3 2 3
（5）第三次近似计算流量
2 2 V02 Q2 1.652 H 03 H H 0.85 0.90m 2 2 2g 2 gA0 19.6 (1.28 1.35)
H
5 5.88 0.85
所以该堰为宽顶堰
B b 1 1
m 0.32 0.01 3 P 1 H
（2）确定系数
P 0.5 1 0.59 3 H 0.85
hs hs ht P2 0.73 0.8 s 1 H0 H H
P 0.46 0.75 1 H
自由堰流 淹没堰流
无侧收缩堰流 b=B 按有无侧向收缩 有侧收缩堰流b≠B
返回
堰流的基本公式
应用能量方程式可推得
H
V0
Q s1mb 2g H0 2
3
过 堰 流 量
淹 没 系 数
侧 收 缩 系 数
流 堰 量 宽 系 数
堰 顶 全 水 头
H0 H
V02
2g
s 1 1 1
2 Q3 mb 2gH03 0.3466 1.28 19.6 0.90 2 1.68m3 / s 3 3
Q3 Q2 1.68 1.65 1.79% Q3 1.68
符合要求
hs h P t 2 0.689 0.8 H 03 H 03
前进
（6）验证出流形式
前进
主要内容
堰流与闸孔出流 堰流与闸孔出流的判别 堰流的分类 堰流的基本公式 薄壁堰流的水力计算 实用堰流的水力计算 宽顶堰流的水力计算 堰流水力计算实例 闸孔出流的基本公式 底坎为宽顶堰型的闸孔出流 底坎为曲线型实用堰的闸孔出流 闸孔出流水力计算实例
结束
既能挡水，又能过水的水工建筑物，称为堰。
堰
流
闸孔出流
堰流不受闸门控制 水面为一条光滑的 曲线，而闸孔出流 受闸门的控制水面 在闸门处不连续。
都是上游壅水，水 流在重力作用下运动， 将势能转化为动能的 过程； 都是急变流，能量 损失主要是局部水头 损失。
返回
堰、闸水流的判别
H
e H e
e 0.75 H e 0.75 H
堰
流
e 0.65 H e 0.65 H
淹没条件 侧收缩系数
1 1
3
hs 0.8H 0
0
0.2 P 1 H
4
b b (1 ) B B
返回
例题1：如图所示直角进口堰，堰顶厚度δ=5m，堰宽与 上游矩形渠道宽度相同，b=1.28m，求过堰流量。 解：（1）判别堰型
H=0.85m P1=0.5m ht=1.12m
0.3466
（3）第一次近似计算流量 设H01=H=0.85m
Q1 mb 2gH0 2 0.3466 1.28 19.6 0.85 2 1.54m3 / s
3 3
前进
（4）第二次近似计算流量
2 V01 Q12 1.542 H 02 H H 0.85 0.89m 2 2 2g 2 gA0 19.6 (1.28 1.35)
三角形薄壁堰适用于小流量的 量测； 直角三角形薄壁堰的计算公式 可简化为 5
Q C0 H
2
返回
实用堰流的水力计算
剖面形状设计
克里格——奥菲采洛夫剖面 WES剖面
渥奇剖面
Hd
前进
实用堰系数确定
Q s1mb 2gH0 2
3
WES堰 md=0.502； 克—奥堰 md=0.49；
H0 1 1 2[ K a (n 1) K P ] nb
3 2 3 2
前进
（4）第二次近似计算流量
2 V01 Q12 1.082 H 02 H H 0.85 0.87m 2 2 2g 2 gA0 19.6 (1.28 1.35) hs 0.92 查表8.2得σs2=0.78 H 02
仍为自由出流，故所求流量为1.68m3/s。
例题2：如图所示直角进口堰，堰顶厚度δ=5m，堰宽与 上游矩形渠道宽度相同，b=1.28m，求过堰流量。 解：（1）判别堰型
H=0.85m P1=0.5m ht=1.3m
H
5 5.88 0.85
所以该堰为宽顶堰
B b 1 1
m 0.32 0.01 3 P 1 H
淹没条件：
hs 0.15 H0 P2 2 H0hs htH源自返回宽顶堰流的水力计算
Q s1mb 2gH0
3 2
流量系数
m 0.32 0.01
3
P 1 H
0.46 0.75 0
P 1 H
hs
P P 1 3, 1 3时, m 0.32 H H P 3 1 H m 0.36 0.01 P 1.2 1.5 1 H P P 0 1 3, 1 3时, m 0.36 H H
设计堰宽b
返回
薄壁堰流的水力计算
薄壁堰流具有稳定的水头和流量的关系，常作为 水力模型或野外测量中一种有效的量水工具。
H
当矩形薄壁堰无侧收缩，自由 出流时，水流最为稳定，测量精 度也较高； 堰上水头不宜过小（应大于 2.5m）； 水舌下面的空间通气良好；
（2）确定系数
P 0.5 1 0.59 3 H 0.85
hs hs ht P2 0.94 0.8 H0 H H
P 0.46 0.75 1 H
0.3466
（3）第一次近似计算流量 hs 0.94 查表8.2得σs1=0.70 设H01=H=0.85m， H 01 Q1 s1mb 2gH01 0.7 0.3466 1.28 19.6 0.85 1.08m3 / s
返回
闸孔出流
堰流的分类
堰宽b 堰顶水头H 堰高P1 堰高P2 堰顶厚度δ δ 堰顶厚度 H H δ 堰顶厚度
堰的外形及厚度不同，其能量损失及过水能力也会不同 δ/H<0.67 薄壁堰流
曲线形
按δ/H分类
0.67<δ/H<2.5 实用堰流
2.5<δ/H<10 宽顶堰流
折线形 有坎
无坎
前进
按下游水位是否对过堰 水流有顶托阻水的影响
Q2 mb 2gH02 0.3466 1.28 19.6 0.89 2 1.65m3 / s
3 2 3
（5）第三次近似计算流量
2 2 V02 Q2 1.652 H 03 H H 0.85 0.90m 2 2 2g 2 gA0 19.6 (1.28 1.35)
H
5 5.88 0.85
所以该堰为宽顶堰
B b 1 1
m 0.32 0.01 3 P 1 H
（2）确定系数
P 0.5 1 0.59 3 H 0.85
hs hs ht P2 0.73 0.8 s 1 H0 H H
P 0.46 0.75 1 H
自由堰流 淹没堰流
无侧收缩堰流 b=B 按有无侧向收缩 有侧收缩堰流b≠B
返回
堰流的基本公式
应用能量方程式可推得
H
V0
Q s1mb 2g H0 2
3
过 堰 流 量
淹 没 系 数
侧 收 缩 系 数
流 堰 量 宽 系 数
堰 顶 全 水 头
H0 H
V02
2g
s 1 1 1
2 Q3 mb 2gH03 0.3466 1.28 19.6 0.90 2 1.68m3 / s 3 3
Q3 Q2 1.68 1.65 1.79% Q3 1.68
符合要求
hs h P t 2 0.689 0.8 H 03 H 03
前进
（6）验证出流形式
前进
主要内容
堰流与闸孔出流 堰流与闸孔出流的判别 堰流的分类 堰流的基本公式 薄壁堰流的水力计算 实用堰流的水力计算 宽顶堰流的水力计算 堰流水力计算实例 闸孔出流的基本公式 底坎为宽顶堰型的闸孔出流 底坎为曲线型实用堰的闸孔出流 闸孔出流水力计算实例
结束
既能挡水，又能过水的水工建筑物，称为堰。
堰
流
闸孔出流
堰流不受闸门控制 水面为一条光滑的 曲线，而闸孔出流 受闸门的控制水面 在闸门处不连续。
都是上游壅水，水 流在重力作用下运动， 将势能转化为动能的 过程； 都是急变流，能量 损失主要是局部水头 损失。
返回
堰、闸水流的判别
H
e H e
e 0.75 H e 0.75 H
堰
流
e 0.65 H e 0.65 H
淹没条件 侧收缩系数
1 1
3
hs 0.8H 0
0
0.2 P 1 H
4
b b (1 ) B B
返回
例题1：如图所示直角进口堰，堰顶厚度δ=5m，堰宽与 上游矩形渠道宽度相同，b=1.28m，求过堰流量。 解：（1）判别堰型
H=0.85m P1=0.5m ht=1.12m
0.3466
（3）第一次近似计算流量 设H01=H=0.85m
Q1 mb 2gH0 2 0.3466 1.28 19.6 0.85 2 1.54m3 / s
3 3
前进
（4）第二次近似计算流量
2 V01 Q12 1.542 H 02 H H 0.85 0.89m 2 2 2g 2 gA0 19.6 (1.28 1.35)
三角形薄壁堰适用于小流量的 量测； 直角三角形薄壁堰的计算公式 可简化为 5
Q C0 H
2
返回
实用堰流的水力计算
剖面形状设计
克里格——奥菲采洛夫剖面 WES剖面
渥奇剖面
Hd
前进
实用堰系数确定
Q s1mb 2gH0 2
3
WES堰 md=0.502； 克—奥堰 md=0.49；
H0 1 1 2[ K a (n 1) K P ] nb
3 2 3 2
前进
（4）第二次近似计算流量
2 V01 Q12 1.082 H 02 H H 0.85 0.87m 2 2 2g 2 gA0 19.6 (1.28 1.35) hs 0.92 查表8.2得σs2=0.78 H 02
仍为自由出流，故所求流量为1.68m3/s。
例题2：如图所示直角进口堰，堰顶厚度δ=5m，堰宽与 上游矩形渠道宽度相同，b=1.28m，求过堰流量。 解：（1）判别堰型
H=0.85m P1=0.5m ht=1.3m
H
5 5.88 0.85
所以该堰为宽顶堰
B b 1 1
m 0.32 0.01 3 P 1 H
淹没条件：
hs 0.15 H0 P2 2 H0hs htH源自返回宽顶堰流的水力计算
Q s1mb 2gH0
3 2
流量系数
m 0.32 0.01
3
P 1 H
0.46 0.75 0
P 1 H
hs
P P 1 3, 1 3时, m 0.32 H H P 3 1 H m 0.36 0.01 P 1.2 1.5 1 H P P 0 1 3, 1 3时, m 0.36 H H