堰流详细计算步骤
情况一：每道堰单独进行堰流计算，采用每道堰下断面的曼宁公式确定下游水位
本次分别对1#、2#、3#、4#堰单独进行堰流计算，根据《水力手册》采用以下堰流公式进行计算为：
式中：B －堰的净宽（m ）；
0H －包括行近流速水头的堰前水头，即g 22
00V H H +
＝； 0
V －行近流速；
m －自由溢流的流量系数，与堰型、堰高等边界条件有关；
－淹没系数；
－侧收缩系数；
当δ/H<0.67，为薄壁堰流；当0.67<δ/H<2.5，为实用型堰流；当2.5<δ/H<10，为宽顶堰流；
式中：δ－堰顶厚度；
H －堰前水头不包括堰前行近流速水头； 一、4#堰
4#堰堰顶高程653.04m ，堰有效过流长度58.5m ，堰厚0.6m ，堰前高度1.2m ，堰下高度1.2m ，根据堰流公式计算，本次采用堰下游断面已知的水位及流量进行试算，计算过程如下：
根据曼宁公式计算下游断面曲线（此处公式不作一一介绍，控制断面已介绍）
3
20
2H g mB Q σε=σε
653
24.7 50.2 83 118.3 167.5 654 223.2 285.3 353.3 427.1 506.6 655 591.3 681.4 776.7 912.8 1022.4 656
1137.1
1256.7
1382.3
1512.9
1647.9
（1）已知下游水位为652.8m ，流量为9.6m 3/s 时作为下游条件进行试算堰上水头。4#堰为修圆形断面，下游水位低于堰顶高程，先假设宽顶堰自由出流计算。
流量系数根据按别列辛斯基流量公式（修圆形）： 当0＜P/H ＜3.0时
当P/H ≥3时，m=0.36
根据堰流公式试算：当堰上流量为9.6m3/s 时，堰上水位为653.25m ，堰上水头0.21m ，为宽顶堰自由泄流。故本次试算结果是有效的。
（2）已知下游水位为653.2m ，流量为50.2m 3/s 时作为下游条件进行试算堰上水头。本次假设淹没实用堰计算；采用III 型折线实用堰进行试算。
流量系数采用以下III 型实用堰表格取值：
H P H
P m /5.12.1/301
.036.0+-+=
淹没系数采用以下表格：
根据试算结果：本次计算流量系数取m=0.405，淹没系数=0.99745，当堰上流量为52.2m3/s时，堰上水位为653.68m，堰上水头0.64m。随后根据堰流判别成果是否有效（若结果不符合实用堰淹没条件，则为自由出流，需重新试算）。根据《水力手册》中对实用堰判别流态的条件：
式中：△z为上下游水位差
H为堰上水头
P2为下游堰高
根据上面成果计算：△z/H=（653.68m-653.2m）/0.64m=0.48m/0.64m=0.75＜1。由上验证可知实用堰淹没出流的必要条件存在，那么还缺少一个充分条件，则继续验证：
△z/P2=（653.68m-653.2m）/1.2m=0.48m/1.2m=0.4m,根据曲线查得：
当H/P2=0.64m/1.2m=0.53m，m=0.405时，在曲线表查得：此流量系数不在曲线中，则本次计算无效，采用自由出流计算，淹没系数=1.
经计算：堰上水位为653.64m，堰上水头为0.6m；故采用实用堰自由出流计算的结果。
（3）已知下游水位为654m，流量为223.2m3/s时作为下游条件进行试算堰上水头。本次假设薄壁堰自由出流进行试算；
根据手册：采用T·Rehbock公式进行流量系数计算
经计
算：
m=0.4674，当堰上流量为223.2m3/s 时，堰上水位为
654.47m ，堰上水头为1.43m ，判断薄壁堰淹没出流条件经验关系为：
验证如下：z=654.47m -654m=0.47m;z/a1=0.47m/1.2m=0.391,H/a1=1.43/1.2=1.192
根据曲线表查得： =0.66，因0.391＜0.68，为淹没出流，故本次薄壁堰自
由出流计算是无效的，需要重新计算，将采用薄壁堰淹没出流计算。 根据手册薄壁堰淹没系数公式为：
经计算：当堰上流量为223.2m/s 时，m=0.4727，=0.8827，堰上水位为654.59m ，堰上水头为1.55m ，故本次采用薄壁堰淹没出流计算成果值。
（4）已知下游水位为654.6m ，流量为427.1m 3/s 时作为下游条件进行试算堰上水头。下游水位高于堰顶高程，本次假设薄壁堰淹没出流进行试算； 方法同上薄壁堰淹没出流（此处不作计算步骤介绍）
经计算：m=0.5043，=0.896，堰上流量为427.1m3/s 时，堰上水位为655.303m ，堰上水头为2.263m 。
验证：z/a1=655.303-654.6/1.2=0.585，H/a1=2.33/1.2=1.88，验证为薄壁堰淹没出
σσ5.416101
0534.04034.0m -++=H P H c
1a z ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛
流，故本次试算成果是有效的。
（5）已知下游水位为655m ，流量为591.3m 3/s 时作为下游条件进行试算堰上水头。下游水位高于堰顶高程，本次假设薄壁堰淹没出流进行试算； 经计算：m=0.5243，=0.9086，堰上流量为591.3m3/s 时，堰上水位为655.73m ，堰上水头为2.69m 。
验证：z/a1=（655.73-655）/1.2=0.6，H/a1=2.69/1.2=2.24，验证为薄壁堰淹没出流，故本次试算成果是有效的。
（6）已知下游水位为655.6m ，流量为912.8m 3/s 时作为下游条件进行试算堰上水头。下游水位高于堰顶高程，本次假设薄壁堰淹没出流进行试算； 经计算：m=0.551，=0.9416，堰上流量为912.8m3/s 时，堰上水位为656.446m ，堰上水头为3.406m 。
验证：z/a1=（656.446-655.6）/1.2=0.705，H/a1=3.406/1.2=2.83，查看曲线，为淹没出流，故本次试算薄壁堰淹没出流计算成果有效。
（7）根据堰下游水位流量关系曲线，查得设计流量1088m 3/s 时，堰下游水位为655.91m ，代入已知条件，采用薄壁堰淹没出流公式进行计算。
经计算：m=0.5655，堰上流量为1088m3/s 时，堰上水位为656.775m ，堰上水头为3.735m 。
验证：z/a1=（656.735-655.91）/1.2=0.825/1.2=0.687，H/a1=3.735/1.2=3.112，故本次淹没出流条件不充分，只有必要条件，将采用薄壁堰自由出流公式进行计算。 经计算：m=0.5653，堰上流量为1088m3/s 时，堰上水位为656.675m ，堰上水头为3.635m 。
验证：z/a1=（656.675-655.91）/1.2=0.765/1.2=0.637，H/a1=3.83/1.2=3.029，故为自由出流，本次计算采用薄壁堰自由出流成果值。 综上计算过程所述，4#堰水位流量关系曲线见下：
σσ
4#堰流量关系曲线图4#堰试算流量关系成果见下表：
4#堰试算各流量下的计算成果表:
二、3#堰
以上4#堰已介绍完演算步骤，后面3#、2#、1#堰将不一一进行步骤演算，3#堰堰顶高程655.12m，堰有效过流长度70.83m，堰厚0.6m，堰前高度2.1m，堰下高度2.1m，根据堰流公式计算，本次采用堰下游断面已知的水位及流量进
行试算，计算过程如下：
3#堰堰下水流量关系曲线
3#堰堰下水位流量关系成果见下表：
水位（m）653.5 654.2 654.6 655.2 655.8 656.4 657 657.2 657.3 657.37 流量（m3/s） 1.9 17.86 54.58 158.25 369.78 607.83 891.26 995.24 1049 1088
（1）根据3#堰堰下水位流量关系成果表，已知流量为17.86m3/s时，堰下水位为654.2m，堰下水位低于堰顶高程，本次采用实用堰自由出流试算。
流量系数取m=0.502进行试算。经计算：堰上水位为655.36m，堰上水头为0.24m。
验证：当P/H=1.2/0.24=5≥3根据以下曲线验证：
H0为堰上总水头，H为设计水头，堰上行进流速为17.86/16.999=1.05m/s，H0=0.24+（1×1.05）^2/（2×9.81）=0.296m，则0.296/0.24=1.22，通过查表可知m=0.512，则重新试算，依次方法进行试算至流量系数与曲线图相适。
通过重新试算采用以下成果：堰上水位为655.36m，堰上水头为0.24m，为实用堰自由泄流。
以下步骤将不再一一介绍，3#堰水位流量关系曲线成果见下表：
3#堰流量关系曲线图
三、2#堰
2#堰堰顶高程656.30m，堰有效过流长度46.69m，堰厚1.5m，堰前高度1.4m，堰下高度1.4m，根据堰流公式计算，本次采用堰下游断面已知的水位及流量进行试算，计算过程如下：
2#堰下游水位流量关系曲线成果表
2#堰下游水位流量关系曲线成果表
四、1#堰
1#堰堰顶高程657.89m ，堰有效过流长度46.69m ，堰厚1.5m
，堰前高度1.4m ，堰下高度1.8m ，根据堰流公式计算，本次采用堰下游断面已知的水位及流量进行试算，计算过程如下：
1#堰堰下游水位流量关系曲线
1#堰水位流量关系曲线图
经上面堰流计算成果可知，堰上流速最大情况发生在10年一遇的洪峰流量的时候，以下为本次计算10年一遇时每道堰的堰上水头成果。
经上述成果与疏浚后水面线进行对比：
根据上表可知：在疏浚后，在10年一遇洪峰流量时，拟建的1#堰雍水0.25m ，流速增大0.966m/s ，拟建的2#堰雍水0.6m ，流速增大0.09m/s ，拟建的3#堰雍水1.38m ，流速增大0.15m/s ，拟建的4#堰雍水0.655m ，流速增大0.12m/s 。
根据堰流回水长度公式计算：
1#堰雍水长度为327.3m ，2#堰雍水长度为288.6m ，3#堰雍水长度为247.3m ，4#堰雍水长度为242.3m 。
情况二：本次建后水面分别采用1#、2#、3#、4#堰作为控制断面进行水面线推算。（本次的堰流计算将不再作步骤说明，成果直接见工程建后水面线成果表）
2H
L n
宽顶堰流的水力计算
宽顶堰流的水力计算 如图所示,水流进入有底坎的堰顶后,水流在垂直方向受到堰坎边界的约束,堰顶上的过水断面缩小,流速增大,势能转化为动能。同时堰坎前后产生的局部水头损失,也导致堰顶上势能减小。所以宽顶堰过堰水流的特征就是进口处水面会发生明显跌落。从水力学观点瞧,过水断面的缩小,可以就是堰坎引起,也可以就是两侧横向约束引起。当明渠水流流经桥墩、渡槽、隧洞〈或涵洞)的进口等建筑物时,由于进口段的过水断面在平面上收缩,使过水断面减小,流速加大,部分势能转化为动能,也会形成水面跌落,这种流动现象称为无坎宽顶堰流,仍按宽顶堰流的方法进行分析、计算。 (一)流量系数 宽顶堰的流量系数取决于堰的进口形状与堰的相对高度,不同的进
口堰头形状,可按下列方法确定。 1、进口堰头为直角 (8-22) 2、进口堰头为圆角 (8-23) 3、斜坡式进口 流量系数可根据及上游堰面倾角由表选取。 在公式(8-22)、(8-23)中为上游堰高。当≥3时,由堰高引起的水流垂向收缩已达到相当充分程度,故计算时将不考虑堰高变化的影响,按=3代入公式计算值。 由公式可以瞧出,宽顶堰的流量系数的变化范围在0、32～0、385之间,当=0时,=0、385,此时宽顶堰的流量系数值最大。 比较一下实用堰与宽顶堰的流量系数,我们可以瞧到前者比后者大,也就就是说实用堰有较大的过水能力。对此,可以这样来理解:实用堰顶水流就是流线向上弯曲的急变流,其断面上的动水压强小于按静水压强规律计算的值,即堰顶水流的压强与势能较小,动能与流速较大,故过水能力较大;宽顶堰则因堰顶水流就是流线近似平行的渐变流,其断
面动水压强近似按静水压强规律分布,堰顶水流压强与势能较大,动能与流速较小,故过水能力较小。 (二)侧收缩系数 宽顶堰的侧收缩系数仍可按公式(8-21)计算。 (三)淹没系数 当堰下游水位升高到影响宽顶堰的溢流能力时,就成为淹没出流。试 验表明:当≥0、8时,形成淹没出流。淹没系数可根据由表查出。 无坎宽顶堰流在计算流量时,仍可使用宽顶堰流的公式。但在计算中一般不单独考虑侧向收缩的影响,而就是把它包含在流量系数中一并考虑,即 (8-24) 式中为包含侧收缩影响在内的流量系数。可根据进口翼墙形式及平面收缩程度查得。表中为引水渠的宽度,为闸孔宽度,为圆角半径。无坎宽顶堰流的淹没系数可近似由表查得: ? 例:? 某进水闸,闸底坎为具有圆角进口的宽顶堰,堰顶高程为22.0m,渠底高程为21.0m。共10孔,每孔净宽8m,闸墩头部为半圆形,边墩头
实用堰水力计算公式
1、 游水位较低，水流在流出堰顶时将产生第二次跌落。 同一堰，当堰上水头 H 较大时，视为实用堰；当堰上水头较小时，视为宽顶堰。 § 8-2 堰流的基本方程 以宽顶堰为例来推求堰流的基本 方程 取渐变流断面 1-1 C-C （近似假设渐变流） 以堰顶为基准面， 列两断面能量方程： 3 mb 2gH 02 式中： b ——堰宽 ——流速系数 m ——流量系数， 适用：堰流无侧向收缩 注：堰流存在侧向收缩或堰下游水位对堰流的出水能力产生影响时，可对此公式进行 修正。 § 8-3 薄壁堰 一、分类： 矩形薄壁堰→较大流量 按堰口形状： 三角形薄壁堰→较小流量 梯形薄壁堰→较大流量 1、 1、 矩形薄壁堰 ① ① 矩形薄壁堰的自由出流；在无侧向收缩的影响时，其流量公式为： 3 Q mb 2g H 02 上式为关于流速的隐式方程， 了；两边均 含有流速， 一 般计算法进行计算， 较复杂， 于是， 为计算简便， 将上 式改写成： m 0b 2gH 2、 4、 10 时，用明渠流理论解决不能用堰流理论。 h f 不可忽略。 2 0 v 0 v c H h c0 2g c0 2g 2 v c c 2g H 0v 0 H 0 2g 作用水头 h c 与 H 有关，引入一修正系数 形 状和过流断面的变化。 k k 。则 h c0 H 机 h co kH 。修正系数 k 取决于堰口的 v c 1 1 k 2gH 0 1 k 2gH 0 代入上式，整理得： Q v c h c b v c RH 0b k 1 kb 2g H k1
m 0 ——已考虑流速影响的薄壁堰的流量系数 m 0的确定：矩形薄壁8的流量系数由1898年法国工程师Basin 提出经验公式为： 0 .0027 H 2 m0 （0.405 ）[1 0.55（）2] H H p 式中： H ——堰上水头（m ）p——上游堰高（m ） 适用条件： H 0.25 ~ 1.24m p 0.24 ~ 0.75 m b 0.2 ~ 2.0m 2、2、三角形薄壁堰： 当流量较小时，堰上水头较小时，采用三角形薄壁堰⑴公式： 2 dQ m0tg 2g h2dh 2 2 .47 ~ 0.55 m时，经验公式为： Q 1.343 H 式中 H ——以顶点为起点的堰上水头（m）Q——流量（m s ） ⑵公式适用条件：①薄壁堰水面四周均为大气，必要时设通气管与大气相通。 ②无侧向收缩的影响。 ③堰流为自由出流。⑶薄壁堰是测量渠道流量的装置：注 意：①水面与大气相通， ②避免形成淹没式水流。 § 8-4 实用堰 一、实用堰： 1、1、用途挡水、泄流（水利工程中） 2、2、分类：曲线形实用堰折线形实用堰 3 3、3、计算公式：Q mb 2g H 0 2 取微元，则流量表达式为：dQ 3 m0 2gh 2db 设h为 db处水头，则由几何关系：h)tg (*) db 2 tg dh 2 积分得：2m 0tg 22g H 3 h2dh 当 90 4 m0tg 5 H 0 .05 2gH2 2 ~ 0.25m 时，实验得m 0 0 .395 。是： 5 Q 1.4 H 2 代入*式，得 当90 H 0 .25
堰流详细计算步骤
情况一：每道堰单独进行堰流计算，采用每道堰下断面的曼宁公式确定下游水位 本次分别对1#、2#、3#、4#堰单独进行堰流计算，根据《水力手册》采用以下堰流公式进行计算为： 式中：B －堰的净宽（m ）； 0H －包括行近流速水头的堰前水头，即g 22 00V H H + ＝； 0 V －行近流速； m －自由溢流的流量系数，与堰型、堰高等边界条件有关； －淹没系数； －侧收缩系数； 当δ/H<0.67，为薄壁堰流；当0.67<δ/H<2.5，为实用型堰流；当2.5<δ/H<10，为宽顶堰流； 式中：δ－堰顶厚度； H －堰前水头不包括堰前行近流速水头； 一、4#堰 4#堰堰顶高程653.04m ，堰有效过流长度58.5m ，堰厚0.6m ，堰前高度1.2m ，堰下高度1.2m ，根据堰流公式计算，本次采用堰下游断面已知的水位及流量进行试算，计算过程如下： 根据曼宁公式计算下游断面曲线（此处公式不作一一介绍，控制断面已介绍） 3 20 2H g mB Q σε=σε
653 24.7 50.2 83 118.3 167.5 654 223.2 285.3 353.3 427.1 506.6 655 591.3 681.4 776.7 912.8 1022.4 656 1137.1 1256.7 1382.3 1512.9 1647.9 （1）已知下游水位为652.8m ，流量为9.6m 3/s 时作为下游条件进行试算堰上水头。4#堰为修圆形断面，下游水位低于堰顶高程，先假设宽顶堰自由出流计算。 流量系数根据按别列辛斯基流量公式（修圆形）： 当0＜P/H ＜3.0时 当P/H ≥3时，m=0.36 根据堰流公式试算：当堰上流量为9.6m3/s 时，堰上水位为653.25m ，堰上水头0.21m ，为宽顶堰自由泄流。故本次试算结果是有效的。 （2）已知下游水位为653.2m ，流量为50.2m 3/s 时作为下游条件进行试算堰上水头。本次假设淹没实用堰计算；采用III 型折线实用堰进行试算。 流量系数采用以下III 型实用堰表格取值： H P H P m /5.12.1/301 .036.0+-+=
06堰流过流能力的计算
专题6. 堰流过流能力的计算 堰流过流能力计算的特点是计算参数较多，且很多参数的确定需要借助于查图或查表，甚至有些参数如堰上总水头0H 的确定等需要迭代。 堰流的基本计算公式 32 02s Q mb g H σε= （6-1） 式中：Q 为过堰流量，m 3/s ；s σ为淹没系数，当自由出流时，取值为1；ε为侧收缩系数，当有侧收缩时，1ε<，无侧收缩时，1ε=；0H 为堰上总水头，m 。 【工程任务】 如图6.1所示，某直角进口堰，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。 图6.1 堰流示意图 【分析与计算】 （1）判别堰型 5 5.880.85 H δ = = 所以该堰为宽顶堰。 （2）确定系数 B b = 所以1ε= 359.085.05.01<==H P 所以1130.320.01 0.460.75P H m P H - =++0.3466= H =0.85m h t =1.12m P 1=0.5m
80.073.02 0<=-=≈H P h H h H h t s s 所以1s σ= （3）第一次近似计算流量 设010.85H H ==m 323210120.3466 1.28 4.430.85 1.54Q mb gH ==???=m 3/s （4）第二次近似计算流量 2 22 011022 2 0 1.540.850.892219.6(1.28 1.35)v Q H H H g gA =+=+=+=??m 32 3220220.3466 1.28 4.430.89 1.65Q mb gH ==???= m 3/s （5）第三次近似计算流量 22 2 022032 2 0 1.540.850.902219.6(1.28 1.35)v Q H H H g gA =+=+=+=??m 32 3230320.3466 1.28 4.430.90 1.68Q mb gH ==???=m 3/s 323 1.68 1.65 1.791.68 Q Q Q --==﹪ 符合要求。 （6）验证出流形式 8.0689.003 203<=-=H P h H h t s 仍为自由出流。所以所求流量为1.68 m 3/s 。 【Excel 迭代计算】 以上对流量的迭代计算过程较繁琐，需重复多次使用流量公式，使用Excel 计算软件进行迭代，可大大加快计算速度。 Excel 编程的步骤： （1）列清已知条件 根据题目的条件，列清迭代的已知条件。在A2～F2单元格中列清项目名称，主要包括淹没系数s σ、侧收缩系数ε、流量系数m 、堰顶宽度b 、堰高1P 、堰上水头H 等，在A3～F3单元格中
各种堰流各种条件下水力计算解析及实例pxs
宽顶堰流的水力计算 如图所示，水流进入有底坎的堰顶后，水流在垂直方向受到堰坎边界的约束，堰顶上的过水断面缩小，流速增大，势能转化为动能。同时堰坎前后产生的局部水头损失，也导致堰顶上势能减小。所以宽顶堰过堰水流的特征是进口处水面会发生明显跌落。从水力学观点看，过水断面的缩小，可以是堰坎引起，也可以是两侧横向约束引起。当明渠水流流经桥墩、渡槽、隧洞〈或涵洞)的进口等建筑物时，由于进口段的过水断面在平面上收缩，使过水断面减小，流速加大，部分势能转化为动能，也会形成水面跌落，这种流动现象称为无坎宽顶堰流，仍按宽顶堰流的方法进行分析、计算。 （一）流量系数宽顶堰的流量系数取决于堰的进口形状和堰的相对高度，不同的进口堰头形状，可按下列方法确定。 1、进口堰头为直角 (8-22) 2、进口堰头为圆角 (8-23) 3、斜坡式进口流量系数可根据及上游堰面倾角由表选取。 在公式（8-22）、（8-23）中为上游堰高。当≥3时，由堰高引起的水流垂向收缩已达到相当充分程度，故计算时将不考虑堰高 变化的影响，按=3代入公式计算值。由公式可以看出，宽顶堰的流量系数的变化范围在0.32～0.385之间，当=0时， =0.385，此时宽顶堰的流量系数值最大。比较一下实用堰和宽顶堰的流量系数，我们可以看到前者比后者大，也就是说实用堰有较大的过水能力。对此，可以这样来理解：实用堰顶水流是流线向上弯曲的急变流，其断面上的动水压强小于按静水压强规律计算的值，即堰顶水流的压强和势能较小，动能和流速较大，故过水能力较大；宽顶堰则因堰顶水流是流线近似平行的渐变流，其断面动水压强近似按静水压强规律分布，堰顶水流压强和势能较大，动能和流速较小，故过水能力较小。
宽顶堰流的水力计算
宽顶堰流的水力计算 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
宽顶堰流的水力计算如图所示，水流进入有底坎的堰顶后，水流在垂直方向受到堰坎边界的约束，堰顶上的过水断面缩小，流速增大，势能转化为动能。同时堰坎前后产生的局部水头损失，也导致堰顶上势能减小。所以宽顶堰过堰水流的特征是进口处水面会发生明显跌落。从水力学观点看，过水断面的缩小，可以是堰坎引起，也可以是两侧横向约束引起。当明渠水流流经桥墩、渡槽、隧洞〈或涵洞)的进口等建筑物时，由于进口段的过水断面在平面上收缩，使过水断面减小，流速加大，部分势能转化为动能，也会形成水面跌落，这种流动现象称为无坎宽顶堰流，仍按宽顶堰流的方法进行分析、计算。 （一）流量系数
宽顶堰的流量系数取决于堰的进口形状和堰的相对高度，不同的进口堰头形状，可按下列方法确定。 1、进口堰头为直角 (8-22) 2、进口堰头为圆角 (8-23) 3、斜坡式进口 流量系数可根据及上游堰面倾角由表选取。 在公式（8-22）、（8-23）中为上游堰高。当≥3时，由堰高引起的水流垂向收缩已达到相当充分程度，故计算时将不考虑堰高变化的影 响，按=3代入公式计算值。 由公式可以看出，宽顶堰的流量系数的变化范围在～之间，当=0时，=，此时宽顶堰的流量系数值最大。
比较一下实用堰和宽顶堰的流量系数，我们可以看到前者比后者大，也就是说实用堰有较大的过水能力。对此，可以这样来理解：实用堰顶水流是流线向上弯曲的急变流，其断面上的动水压强小于按静水压强规律计算的值，即堰顶水流的压强和势能较小，动能和流速较大，故过水能力较大；宽顶堰则因堰顶水流是流线近似平行的渐变流，其断面动水压强近似按静水压强规律分布，堰顶水流压强和势能较大，动能和流速较小，故过水能力较小。 （二）侧收缩系数 宽顶堰的侧收缩系数仍可按公式（8-21）计算。 （三）淹没系数 当堰下游水位升高到影响宽顶堰的溢流能力时，就成为淹没出流。试验表明：当≥时，形成淹没出流。淹没系数可根据由表查出。 无坎宽顶堰流在计算流量时，仍可使用宽顶堰流的公式。但在计算中一般不单独考虑侧向收缩的影响，而是把它包含在流量系数中一并考虑，即
宽顶堰流淹没系数计算公式
宽顶堰流淹没系数计算公式 引言： 在水利工程中，宽顶堰是一种常见的水利结构，用于控制河流的水位和流量。而在设计和计算宽顶堰时，需要考虑到水流的淹没情况，即水流是否会淹没整个堰顶。为了评估宽顶堰的淹没情况，我们可以使用宽顶堰流淹没系数来进行计算。本文将介绍宽顶堰流淹没系数的计算公式及其相关内容。 一、什么是宽顶堰流淹没系数？ 宽顶堰流淹没系数是用来描述水流淹没宽顶堰的程度的指标。当水流的淹没系数接近于1时，表示水流已经完全淹没了堰顶；而当淹没系数接近于0时，表示水流没有淹没堰顶。通过计算宽顶堰流淹没系数，可以评估宽顶堰的设计是否合理，以及对水流的控制效果。 二、宽顶堰流淹没系数的计算公式 宽顶堰流淹没系数的计算公式如下： K = h / H 其中，K表示宽顶堰流淹没系数；h表示水流的淹没高度；H表示堰顶高度。 三、如何计算宽顶堰流淹没系数？ 计算宽顶堰流淹没系数需要确定水流的淹没高度和堰顶高度。水流的淹没高度可以通过水位的测量或者流量的计算来获得。而堰顶高
度通常是在设计宽顶堰时确定的。 为了更好地理解宽顶堰流淹没系数的计算过程，我们可以通过一个具体的例子来说明。 假设某宽顶堰的堰顶高度为5米，水流的淹没高度为3米。那么，宽顶堰流淹没系数的计算如下： K = 3 / 5 = 0.6 根据计算结果可知，该宽顶堰的流淹没系数为0.6，表示水流淹没了堰顶的60%。 四、宽顶堰流淹没系数的意义和应用 宽顶堰流淹没系数的大小反映了水流对宽顶堰的淹没程度。当宽顶堰流淹没系数较大时，说明水流淹没了大部分的堰顶，这可能导致水流过堰时的能量损失增加，降低了宽顶堰的出流能力。因此，在设计宽顶堰时，需要根据实际情况和需要进行合理的淹没系数的选择。 宽顶堰流淹没系数的应用主要体现在以下几个方面： 1. 水利工程设计：宽顶堰流淹没系数的计算可以为水利工程的设计提供参考，确保宽顶堰在设计水位和流量下的安全运行。 2. 环境保护：通过合理设计宽顶堰的流淹没系数，可以减少对生态环境的影响，保护水生态系统的平衡。 3. 水资源管理：宽顶堰流淹没系数的计算可以帮助水资源管理部门
薄壁堰流的水力计算
薄壁堰流的水力计算 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
堰闸流量计算
实用堰（淹没出流） 1、发生的条件：0.67＜δ/H＜2.5 δ：堰顶宽度 H：水头高度 2、发生淹没出流的条件： （1）下游水位超过堰顶 （2）下游发生淹没水跃：Z/a1＜(Z/a1)k 式中：Z为堰的上下游水头差，a1为下游堰高，(Z/a1)K为z/a1的临界值，可按比值H/a1由图查得。 实用堰淹没出流的计算： 公式：Q=ζεmB（2g）1/2H3/2 式中：ζ：淹没系数可根据hs/H查表 ε：侧收缩系数ε=1-0.2[(n-1)ξ0+ξk]H/nb ξ0：闸墩系数根据hs/H值查表水力学郭卫东版338页 ξk：边墩系数直角形系数1.00、斜角形0.70、圆弧形0.70 n：溢流孔宽度 b：每孔宽度 m：流量系数，梯形实用堰根据a/H，δ/H以及上下游堰面的倾斜角查表，（水力学郭卫东版338页）曲线形实用堰流量系数根据H0/H d查图（水 力学郭卫东版337页） 闸孔泄流量计算 如在堰上设上闸门，这时通过闸的水流状态称为闸孔出流。孔流和堰流在一定条件下可以互相转化，在计算泄流量时，需要判断是孔流还是堰流。闸底坎为平顶时，可用闸门开启高度e与闸前水深H的比值来判断； 若e/H≤0.65 时为闸孔出流；若e/H＞0.65 时为堰流。 自由出流和淹没出流的判断 水从闸孔泄出后，可能出现两种水量状态，若水跃的表面旋滚不盖住收缩断面的称自由出流；若水跃的表面旋滚盖住收缩断面的称淹没出流，见下图。（水跃是当水流从急流过度到缓流所发生的一种突然跃起的局部现象） 收缩断面
自由出流 式中： Q-----过坝流量（m 3/s) b ----泄流闸净宽 H 0---计入行进流速的堰闸前水深(m) e -----闸门开启高度 μ0----自由出流的流量系数 淹没出流 002gH be Q s μδ= 式中：δs------淹没系数 00.600.18e H μ=-
各种堰流水力学计算说明书D-4
D-4 各种堰流水力学计算序 作者 陈靖齐（水电部天津勘测设计院） 校核 潘东海（水电部天津勘测设计院） 一、分类和判据 （一）薄壁堰，δ/H ＜0.67； （二）实用堰，0.67＜δ/H ＜2.5； （三）宽顶堰，2.5＜δ/H ＜10。 式中：δ—堰的厚度；H —堰上作用水头。 二、薄壁堰 （一）流量公式： （二）流量系数，用巴赞（Bazin ）公式： 适用范围 H=0.1—0.6m ，q=0.2—2.0m ，H ≤2P 式中：H —堰上水头（m ），不包括V 02 /2g ；P —堰高（m ）。考虑侧收缩时， 式中：b —堰宽（m ）；B —引水渠宽（m ）。 （三）因为作为量测流量的薄壁堰不宜在淹没条件下工作，故本程序不包括薄壁堰的 淹没问题。 三、宽顶堰 （一）流量公式 式中：H 0=H+V 02 /2g （m ），B —堰宽，其他： 2 /302H g b m Q =⎥ ⎦⎤ ⎢⎣ ⎡+++=20)(55.01)/0027.0405.0(P H H H m ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∙⎪⎭⎫ ⎝⎛++∙ ⎥⎦⎤⎢⎣ ⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛--+=2 2055.01103.00027.0405.0B b P H H B b H m 2 /30 2H g B m Q εσ=
（三）侧收缩系数 （四）流量系数m 因前沿形式而异： 直坎： 圆坎： 无坎宽顶堰m 值已包括翼墙影响，计算侧收缩系数时，不计ξk 。本数据库备有直角翼墙；八字形翼墙，ctg θ=0，0.5，1.0，2.0，圆角形翼墙r/b=0，0.2，0.3，0.5，分别对B/B 0=0，0.1，0.2，…，1.0之m 值。 （五）根据设计流量和水头计算堰宽时，本程序从流量公式中，经过适当变换，直接求出B 。这比试算法、迭代法精度都高。 四、实用堰 （一）堰形WES 剖面 y/Hd=0.5（X/Hd ）1.85 X ≥0 上游三圆弧 大圆狐 x 12+y 12=R 12 -b 1≤x ≤0 中圆弧 x 22+y 22=R 22 -b 2≤x ≤-b 1 小圆弧 x 32+y 32=R 32 -b 3≤x ≤-b 2 式中参数值： R 1=0.5Hd R 2=0.2Hd R 3=0.04Hd b 1=0.175Hd b 2=0.276Hd b 3=0.2818Hd ()[]nb H n k /12.0100ξξε-+-=H P H P m /75.046.0/301 .033.0+-+=H P H P m /5.12.1/301 .036.0+-+=
堰流计算方法
堰流计算 3.1堰流的基本公式 如图5-6所示，现用能量方程式来推求堰流计算的基本公式。 图5-6 对堰前断面0-0及堰顶断面1-1列出能量方程，以通过堰顶的水平面为基准面。其中，0-0断面为渐变流，而1-1断面由于流线弯曲属急变流，过水断面上测压管水头不为常数， 故用p z γ + 表示1-1断面上测压管水头平均值。由此可得 200 02v H g α++=(p z γ +)+()2 112v g αζ+ 式中 v 0——0-0断面的平均流速，即行近流速； v 1——1-1断面的平均流速； 0α、1α——相应断面的动能修正系数； ζ——局部损失系数。 设200 2v H g α+=0H ，其中200 2v g α为行近流速水头，0H 称为堰顶总水头。 令()p z γ + =0H ξ，ξ为某一修正系数。则上式可改写为 00H H ξ-=()2 112v g αζ+ 即 1v 因为堰顶过水断面面积一般为矩形，设其断面宽度为b ；1-1断面的水舌厚度用kH 0表示，k 为反映堰顶水流垂直收缩的系数。则1- 1断面的过水面积应为kH 0b ；通过流量为
Q =0kH bv 1=0kH b 32 ϕ 式中 ϕ= 令ϕm ，称为堰的流量系数，则 Q =32 0 (5-6) 式(5-6)虽是针对矩形薄壁堰推导而得的流量公式，但它具有普遍性，对实用堰和宽顶堰都是适用的，只是流量系数所代表的数值不同。因此式(5-6)称为堰流的基本公式。 在实际工程中，量测堰顶水头H 是很方便的，但计算行近流速v 0，则需先知道流量，而流量需由式(5-6)算出。由于式中H 0包括行近流速水头，应用式(5-6)计算流量很不方便。为了避免这点，可将堰流的基本公式，改用堰顶水头H 表示，即 Q =320m (5-7) 式中 0m =() 32 2 001/2m v gH α+，为计及行近流速的堰流流量系数。 从上面的推导可以看出，影响流量系数的主要因素是,,k ϕξ，即m =(),,f k ϕξ。 其中：ϕ主要是反映局部水头损失的影响；k 是反映堰顶水流垂直收缩的程度；而ξ则是代表堰顶 断面的平均测压管水头与堰顶总水头之间的比例系数。所有这些因素除与堰顶水头H 有关外，还与堰的边界条件，例如，上游堰高P 以及堰顶进口边缘的形状等有关。所以，不同类型，不同高度的堰，其流量系数各不相同。 在实际应用时，有时下游水位较高或下游堰高较小影响了堰的过流能力，这种堰流称为淹没溢流，此时，可用小于1的淹没系数σ表明其影响，因此淹没式的堰流基本公式可表示为 Q =32 0σ (5-8) 或 Q =320m σ （5-9） 当堰顶过流宽度小于上游来流宽度或是堰顶设有闸墩及边墩时，过堰水流就会产生侧向收缩，减小有效过流宽度，并增加局部阻力，从而降低过流能力。考虑侧向收缩对堰流的影响，有两种处理方法，一种和淹没堰流影响一样，在堰流基本公式中乘以侧向收缩系数ε'；另一种是将侧向收缩的影响合并在流量系数中考虑。 下面分别讨论薄壁堰、实用堰和宽顶堰的水流特点和过流能力。 3.2 薄壁堰 薄壁堰流由于具有稳定的水头和流量关系，因此，常作为试验室或野外流量测量中一种有效的量水工具。另外，工程上广泛应用的曲线型实用堰，其外形一般按照矩形薄壁堰流水舌下缘曲线设计。所以，薄壁堰流的研究具有实际意义。 3.2.1矩形薄壁堰流 测量流量用的矩形薄壁堰，一般都做得和上游进水槽一样宽，这样，水流通过堰口时，