2堰流公式

第八章堰流及闸孔出流

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、桥孔和无压涵洞进口等。

堰是顶部过流的水工建筑物。

图1、2中过堰水流均未受闸门控制影响

闸孔出流：过堰水流受闸门控制时，就是孔流

堰流和闸孔出流是两种不同的水流现象。它们的不同点在于堰流的水面线为一条光滑曲线且过

水能力强，而孔流的闸孔上、下游水面曲线不连续且过水能力弱。它们的共同点是壅高上游水位；

在重力作用下形成水流运动；明渠急变流在较短范围内流线急剧弯曲，有离心力；出流过程的能量

损失主要是局部损失。

相对性：堰流和孔流是相对的，堰流和孔流取决于闸孔相对开度，闸底坎及闸门型式以及上

游来流条件（涨水或落水）。

孔流

堰流

平顶堰：e /H < 0.65 曲线型堰：e/H < 0.75 孔流

e/H > 0.65 堰流

e/H > 0.75

式中：e为闸孔开度；

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。它包括堰

闸出流水力特性和堰闸水力计算。

H为堰上水头

（或胸墙）H

堰流

图

1

图3堰流及闸孔出流图4 闸孔出流

第一节堰流的分类及水力计算基本公式

、堰流的分类

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 作成较厚的曲线或者折线型；实验室量水堰一般用钢板、木板作成薄堰壁。

堰外形、厚度不同，能量损失及过水能力不同。

当水流接近堰顶，流线收缩，流速加大，自由表面逐渐下降 堰前断面：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 行进流速：堰前断面的流速称为行进流速，用 堰前断面距离上游壁面的距离：

L = （3〜

5） H

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 H 的大小将堰流分薄壁堰、实用堰、宽顶堰。

1. 薄壁堰：5 /H < 0.67

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， 常作成锐缘形，故薄壁堰也称锐缘堰。

2. 实用堰流：0.67 < 5 /H < 2.5

水利工程，常将堰作成曲线型，称曲线型实用堰。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。折线型实用堰：水利工程，常将堰 作成折线形。

3. 宽顶堰：2.5< 5 / H < 10

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。

4. 明渠水流：堰坎厚度 5> 10H

H 表示

v 0

表示

5 /H 而变，工程上，按 5与

水面呈降落线。由于堰顶

V

H

图7折线型实用堰图6曲线型实用堰

X

、堰流水力计算的基本公式

对堰前断面0-0和堰顶断面 基准面：通过堰顶的水平面 分析：0-

0断面为

渐变流， 1-1断面为急变流（流线弯

曲）

2

H

+^=H 0*

式中：z +号为1-1断面测压管水头的平均值;

V o 为0-0断面的平均流速; V 1为1-1断面的平均流速；

Z 为局部阻力系数

图9明渠水流

1-1列能量方程

X 令z+ Y仝H0，则①式可变为

下游水位的影响 堰下游过高会影响过堰水流的过流能力，其影响用淹没系数 S 反映。

由②式得

1 ____ _________

j2g （H o —E H O ）

令A =kH 0b ，其中k 为系数，则

1

k

再令：流速系数 W = /

-；流量系数 m =—；=

则③式可变为

, ___ 3

Q =mbj2g H o 2

3

由④式可知：QocH 02 影响流量系数的主要因素

m=m （申,k, E ）=申,k, E

®——反映局部水头损失的影响。包括：堰顶水头、上游堰高 k ――反映堰顶水流垂直收缩程度（1-1断面水舌厚度 kH ）

E ――代表堰顶断面平均测压管水头与堰顶全水头之比

闸墩I 闸墩

I

侧向收缩影响 有的堰顶过流宽小于上游渠宽；堰顶设闸墩及边墩，引起水流侧向收缩,

降低过流能力，用侧收缩系数 S 反映其影响。

2

ctM

H o H o =01

2g

kH o b

j2g （H 0 -狛0）=

P1、堰顶口边缘形状等

边墩

边墩

堰流公式:

____ 3

Q = ecysmbj2g Ho2

第二节薄壁堰流

薄壁堰具有稳定的水头和流量关系，常作为水力学模型实验、野外量测中的一种有效量水工具。有的临时档水建筑物，如叠梁闸门也可近似作为薄壁堰。

曲线型实用堰的外形一般按薄壁堰水舌下缘曲线设计。因此，研究薄壁堰具有重要的实际意义。

、矩形薄壁堰流

矩形薄壁堰上下游等宽，堰流无侧收缩。当自由出流时，水流最为稳定，测量精度较高。为保证下游为自由出流，矩形薄壁堰应满足：

①H > 2.5 cm，否则堰下形成贴壁流，出流不稳定

②水舌下与大气通，否则水舌下有真空，出流不稳定