薄壁堰
城市排水流量堰槽测量标准.三角形薄壁堰
在城市排水系统中，堰槽是用来控制水流量，并防止洪水的重要设施。
然而，准确测量堰槽的流量是非常关键的，因为这直接影响到城市排水系统的安全和稳定性。
为了确保城市排水系统的正常运行，需要建立一套科学有效的堰槽流量测量标准。
本文将以三角形薄壁堰为例，介绍城市排水流量堰槽测量的标准。
一、三角形薄壁堰的结构和特点三角形薄壁堰是一种常用的堰槽类型，其结构简单，运行稳定，因此在城市排水系统中被广泛应用。
三角形薄壁堰的主要特点包括：1. 结构简单：三角形薄壁堰由三块边长相等的板组成，形成一个三角形的渠道，流入水口和流出水口分别位于两端。
2. 流量稳定：由于三角形薄壁堰的结构特点，能够保持水流的相对稳定，适合进行流量测量。
3. 使用广泛：三角形薄壁堰在城市排水系统中使用广泛，其测量标准具有一定的代表性。
二、三角形薄壁堰流量测量标准为了保证城市排水系统的正常运行，需要建立科学有效的三角形薄壁堰流量测量标准。
具体的测量标准包括以下几个方面：1. 流量计算公式：三角形薄壁堰的流量可以通过以下公式进行计算：Q=2/3×b×(2g×h)^0.5其中，Q表示流量，b表示堰槽的底宽，g表示重力加速度，h表示水头。
2. 测量方法：三角形薄壁堰的流量测量通常采用流速计和水头计相结合的方法。
首先通过测量水头来计算流量，然后通过流速计进行验证。
3. 测量设备适配性：测量设备的选取需符合三角形薄壁堰的特点，保证测量的准确性和可靠性。
4. 精度要求：三角形薄壁堰流量测量的精度要求较高，通常要求误差控制在一定范围内，以保证测量结果的可靠性。
三、三角形薄壁堰流量测量的应用三角形薄壁堰流量测量标准不仅在城市排水系统中具有重要意义，还在水利工程、环境监测等领域有着广泛的应用。
其主要应用包括以下几个方面：1. 排水系统管理：城市排水系统需要根据实际情况进行流量测量，以便及时调整排水量，保证城市排水系统的正常运行。
2. 洪水预警：通过三角形薄壁堰的流量测量，可以及时预警并应对可能发生的洪水灾害，保障人民生命财产安全。
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) 。
流体力学堰流
堰剖面曲线的坐标值取决于设计水头Hd 。 两种极端情况: （1）Hd=Hmax可保证堰面不出现负压，但 H<Hd时， 堰面压强为正；流量系数减小；堰剖面偏肥，不 经济。 （2）如果Hd= Hmin，可得到较经济剖面。但H>Hd， 堰面产生较大负压，严重时危及坝安全。
工程中经常采用: P1 /Hd ≥1.33时， Hd= (0.75～0.95) Hmax P1 /Hd ＜1.33时， Hd= (0.65～0.75) Hmax
2.曲线型实用堰的流量系数
对于不同堰型，流量系数不同。水力设计 时，可参考有关文献。对于重要工程需要通 过模型试验确定。
m = m (P1/Hd，H0/Hd，堰上游面坡度)
堰上游面垂直的WES剖面： 高堰：P1/Hd≥1.33
m=f(H0/Hd) 不计行近流速水头
设计流量系数 md= 0.502
1
0.55
H H
P
2
适用范围：H=0.05～1.24m，b= 0.2～2m， P=0.25～1.13m
2、三角形薄壁堰
在H＜0.05m，Q＜0.1m3/s时，宜采用三角
形薄壁堰作为量水堰 。
➢Thompson公式：
Q 1.47H 2.5
适用范围：θ=90°,H=0.05～0.25m
➢金格公式：
R 0.30510x x 3.28v 21Hd 16
11.8Hd 64
堰顶曲线BC 对堰流影响最大，是设计曲线型实用堰剖面
形状的关键。理想的曲线型实用堰剖面形状与 薄壁堰水舌下缘形状吻合，不产生真空，过流 能力最大。但实际中不可能完全吻合。原因： 水位波动，水舌不稳定（紊动影响）。
实际采用的剖面形状是按薄壁堰下游水 舌下缘曲线稍加修改而成。
环形薄壁堰堰首竖井水力特性研究——以安徽绩溪抽水蓄能电站竖井溢洪道工程为例
雷显 阳 ， 等： 环 形 薄 壁 堰 堰 首 竖 井 水 力 特 性研 究— — 以安 徽 绩 溪 抽 水 蓄 能 电 站 竖 井 溢 洪 道 工 程 为 例
８ １
而下 泄 的水 流 直落竖 井 中心 ， 水流 相互 碰撞 ， 如此循 环
的通 气量 随流 量 的 增 大 而 增 大 ， 当流量小于 ５ ０ ｍ ／ ｓ
５ ０ ｍ ／ ｓ 时， 通 气量 随 下泄 流量 的 增加 而 明显 增 大 ， 并 与流 量呈 线性 关 系增 长 （ 见 图５ ） 。这是 由于 当流量 越
大时， 竖 井 内的水 流 掺 混 、 翻 滚 越 剧烈 ， 退水 洞 进 口处 产生 负压 越 大 ， 致 使通 气孔 的通 气量 增 大 。试 验表 明 ，
３ ４１ ． ４８
３ ４ ０． ８ ６
２ １ ． ８ ２
０ ． ８
４． ０
３ ５ ． ９
８ ６ ． ６
［ ３ ］ 刘善均 ， 许唯临 ， 王韦． 高拱 坝 井 泄 洪 洞 、 龙 抬 头 放 空 洞 与 导 流 洞 “ 三 洞 合 一 ”优 化 布 置 研 究 ［ Ｊ ］ ． 四 川 大 学 学报 ： 工 程 科 学版 ，
３ ４２ ． ３ ０
ｑ／ （ ｍ ・ｓ 一 ）
１ ３ ０ ． ８ ７
ｈ／ １ ３ １
２ ． ４
／ （ ｍ・ ｓ ）
ｌ ２ ． ４
Ａ Ｈ／ ｍ
３ ７ ． ７
７ ／ ／ ％
６ ０ ． ８ ６ ６ ． ８ ７ ４ ． ２
７ ９ ． ５
２
图５ 通 气 量 与 水 流 下 泄 流 量 关 系
卵 １一 （ ＋ ） ／ （ △ 日＋ ）
流体力学讲义-第十章-堰流
第十章堰流堰流是明渠缓流由于流动边界急剧变化而引起的明渠急变流现象.本章主要介绍各类堰流的水力特征、基本公式、应用特点及水力计算方法.概述一、堰和堰流堰：在明渠缓流中设置障壁，它既能壅高渠中的水位，又能自然溢流，这障壁就称为堰。
堰流（weir flow）:缓流越过阻水的堰墙溢出流动的局部水流现象称为堰流。
选择：堰流特定的局部现象是： A。
缓流通过障壁； B.缓流溢过障壁; C。
急流通过障壁； D.急流溢过障壁.研究堰流的主要目的:探讨流经堰的流量Q及与堰流有关的特征量之间的关系.堰流的基本特征量（图10—1)1。
堰顶水头H；2。
堰宽b；3.上游堰高P、下游堰高P1；图10—14.堰顶厚度δ；5。
上、下水位差Z；6.堰前行近流速υ0.二、堰的分类1.根据堰壁厚度d与水头H的关系，如图10—2：图10-2图10-32。
根据上游渠道宽度B与堰宽b的关系,图10-4：3.根据堰与水流方向的交角：图10-44.按下游水位是否影响堰流性质：5。
按堰口的形状：堰可分为矩形堰、梯形堰、三角堰.三、堰流及孔流的界限1。
堰流：当闸门启出水面,不影响闸坝泄流量时。
孔流：当闸门未启出水面，以致影响闸坝泄流量时。
2。
堰流和孔流的判别式（1)宽顶堰式闸坝堰流：e/H ≥0。
65 孔流：e/H <0.65（2)实用堰式闸坝(闸门位于堰顶最高点时）堰流：e/H ≥0.75 孔流: e/H 〈0.75式中：e——闸门开启高度； H—-堰孔水头。
判断:从能量角度看，堰流和闸孔出流的过程都是一种势能转化为动能的过程。
对第一节堰流的基本公式一、堰流基本公式推导（图10-7）由大孔口的流量公式(7-6)及，并考虑上游行近流速的影响，令图10—6得堰流的基本公式：（10-1)式中:m-—堰流流量系数，m=。
二、堰流公式图10—7若考虑到侧收缩影响及淹没影响,则堰流公式为：（10-2）(10-3)式中：——淹没系数，≤1.0；-—侧收缩系数，≤1。
2019年整理薄壁堰流的水力计算资料
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) 。
7.3 薄壁堰和实用堰——学习材料
学习单元三、薄壁堰和实用堰一、薄堰计算薄壁堰流的水头与流量的关系稳定，因此，常用作实验室或野外流量测量的一种工具。
根据堰口形状的不同，薄壁堰可分为三角形、矩形和梯形薄壁堰。
三角形薄壁堰常用于测量较小的流量，矩形和梯形薄壁堰常用于测量较大的流量。
1. 矩形薄壁堰实验表明矩形薄壁堰流在无侧向收缩、自由出流时，水流最稳定，测量精度也较高。
所以采用矩形薄壁堰测流量时，应注意以下几点。
(1) 矩形薄壁堰应与上游渠道等宽。
(2) 下游水位应低于堰顶。
(3) 堰顶水头不宜过小(一般应使H ≥2.5cm )，否则溢流水舌在表面张力作用下，出流会很不稳定。
(4) 水舌下面的空间应与大气相通。
否则溢流水舌会把其下面空气带走而形成局部真空，使出流不稳定。
图7-6是实验室中测得的无侧向收缩、非淹没矩形薄壁堰自由出流的水舌形状。
图7-6 无侧向收缩、非淹没矩形薄壁堰自由出流的水舌形状无侧向收缩、非淹没矩形薄壁堰的流量可按堰流基本计算公式公式计算。
2302H g b m Q = 两个计算0m 的经验公式。
雷伯克(Re hbock)公式：10053.00007.0403.0P H H m ++= 式中堰高1P 和堰顶水头H 必须以米代入。
此式适用范围为：H ≥0.025m ，2/1≤P H 及 P ≥0.3m 。
巴赞(Bazin)公式：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++=21055.01)0027.0405.0(P H H H m 式中堰高 1 P 和堰顶水头H 必须以米代入。
此式适用范围为： H =0.1～0.6m ，B=0.2～2.0m 及12P H≤ 。
2. 三角形薄壁堰 当流量较小(例如Q <0.1m 3 /s )时，若用矩形薄壁堰来测量，则堰上水头H 太小，测量误差较大，为此改用三角形薄壁堰。
对于堰口两侧边对称的直角三角形薄壁堰自由出流的流量可按下列经验公式来计算。
图7-7 三角形薄壁堰250H C Q =式中0C 为三角形薄壁堰的流量系数。
薄壁堰流的水力计算
若 ht = hc" 。则水跃发生在收缩断面处，这时候的水跃是 临界水跃。
远驱式水跃和临界水跃，下游水深的大小不影响闸孔出
流，称做闸孔自由出流。
若
ht
＞h
" c
，则水跃发生在收缩断面上游，水跃旋滚覆
盖了收缩断面，发生淹没水跃，称为闸孔淹没出流。通过
闸孔的流量随下游水深 hc" 的增大而减小。
写能量方程：
深度为3.0m。孔前行进流速为0.8m/s，孔口处为完善收缩
的自由出流，求流量。
解：
d 0.2 0.06 0.1，为小孔口 A d 2 0.0314
H3
4
0.62, H0
H
v02 2g
3.03
Q A 2gH0 0.15m3 / s
二、恒定管嘴出流的计算 （一）自由出流：若在孔口上连接一段长为（3～4
）d 的短管（d为孔径）液体经短管而流出的现象。 1-1断面与收缩断面 c-c 断面能量方程
H
0v02
2g
pa
g
c vc
2g
pc
g
0
vc 2g
同样令
则 H0
H
0v02
2g
vc
2g(H0
pa pc
g
)
其中
1
c 0
则通过管嘴的流量
Q vc Ac vc A A
缩系数 或流量系数 可参考有关手册。
（二）恒定孔口淹没出流
如果孔口在下游水面以下，则为孔口淹没出流，可以
写能量方程。
H
0v02 2g
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第一节 一般规定
第
条 薄壁堰的堰板顶部厚度规定为
堰顶向下游
的倾斜面与堰顶的夹角不小于 见图
堰口宜用耐腐蚀的金属制作 或上一层如油 蜡或树脂之类的保护层 以保持平
整光滑 小型薄壁堰可用整块钢板加工后在现场安装 大型薄壁
堰须在现场安装混凝土基座 然后将加工好的堰板镶嵌在混凝土
中
第
条 水流通过薄壁堰 应形成清晰的水舌从堰顶射
和图
查得
当
时 和 限制在如图
表示的范围内应用 对于 的其它值
不大于
在
之间
堰槽测流规范
表
种特殊堰口角的流量系数
表
水头
堰槽测流规范 续表
水头
第
条 种有特殊几何关系的堰口角
算公式 完全侧收缩 为
和
的流量计
式中 流量系数
见表
式 用
第
限制在 条 当堰口角
表中 值可以内插
和在
时 也可用下列经验公式计算流量
的条件下应
采用 的常值
式
限制在
和
用
的范围内应
出 对无侧收缩的矩形薄壁堰 可在堰顶下游两侧各开一通气孔
保证水舌通气良好 水流不宜挟带泥沙碎石和漂浮物 下游尾水位至少要低于堰顶
水头超过
时 需对下游河床进行砌护
第
条 薄壁堰的水头测量断面设置在堰顶上游 倍最大水头处 当堰顶宽
设计 与
行近河槽宽 短
之比
时 行近河槽的长度至少应为槽宽的 倍 当
时 可适当缩
当 在 至 之间时
不大于
第四节 梯形薄壁堰
第
条 本规范规定的有侧收缩的梯形薄壁堰 其断面边坡特定为 垂直
堰体的各部位几何尺寸关系见表
符号代表意义见图
水平
堰槽测流规范
表
梯形薄壁堰各项几何尺寸关系表
单位
施测流量范围
注
未包括安装尺寸 安装尺寸可按实际需要 增加
第
条 梯形薄壁堰的自由流流量计算公式为
流量系数
堰槽测流规范
第
条 本规范规定的三角形薄壁堰限于在
或
件下使用 式中的 为实测水头
第
条 堰口角在
之间的流量公式为
式中
流量系数 有效水头 考虑粘滞力和表面张力综合影响的校正值
时的完全侧收缩条
一 关于 和 的计算
当 个定值
时 可由图
查出 值 当 和 值在图示范围内时 为
的一
当
时 和 值可根据 直接从图
二 公式的应用限制为
上式限制在
和
的条件下应用
第三节 矩形薄壁堰
第
条 矩形薄壁堰的标准堰型如图
所示 矩形缺口与槽轴中心线对称 堰板与河
底边墙垂直 堰顶和缺口两侧应光滑平整 相当于轧制的薄金属板的表面 宜用耐锈蚀的金属制作
第
条 适用于任何 值的流量计算公式为
堰槽测流规范
式中 其中
有效宽度
有效水头
和 分别为考虑粘滞力和表面张力影响对 和 的改正值
从图
查得 一般可取为
的常值
对不同 值的流量系数 值 可按表
所列公式求得 对于 的中间值可内插确定
式
限制在
和
的条件下应用
第
条 仅适用于无侧收缩堰
的流量计算公式为
式中
表
矩形薄壁堰流量系数表
式
限制在
和在
的条件下应用
第
条 凡符合规定标准建造的矩形薄壁堰 流量系数的不确定度 的置信水平 当
小于 时 不大于
当 在 至 之间时 不大于
第二节 三角形 形 薄壁堰
第
条 三角形薄壁堰的堰体如图
所示 堰口的垂直平分线与河槽两岸等距 堰
口表面是平面 与堰板的上游面相交呈锐缘 堰板必须平整坚固 且垂直于岸墙底 堰口附近应加
工到相当于辗平的金属板的光滑表面
第
条 当行近河槽宽度 与最大溢流水舌的顶部宽
之比
或者当最大
水头
与堰顶高 之比
时 要求行近河槽必须光滑顺直且呈矩形