宽顶堰溢洪道泄流计算
7.2宽顶堰溢流——学习材料
7.2宽顶堰溢流——学习材料学习单元⼆、宽顶堰溢流⼀、堰的基本计算公式图7-3如图7-3所⽰的堰流为例推导堰流的⽔⼒计算公式：以通过堰顶的⽔平⾯为基准⾯，对堰前断⾯0―0 及堰顶断⾯1―1 应⽤能量⽅程式。
其中0―0 断⾯为渐变流；⽽1―1 断⾯流线弯曲程度很⼤，⽔流为急变流，过⽔断⾯上测压管⽔头不为常数，⽤γpz +表⽰1―1 断⾯上测压管⽔头平均值。
由此得：gv pz H g v H 2)(221110200αζαγα+++==+ v 0——0-0 断⾯的平均流速 v 1——1-1 断⾯的平均流速ζ——局部阻⼒系数令 ,0H pz ξγ=+ζα?+=11设堰顶过⽔断⾯1―1 宽度为b ，⽔⾆厚度⽤0kH 表⽰，k 为反映堰顶⽔流垂直收缩程度的系数。
则过⽔断⾯1―1 ⾯积为0kbH ，过堰流量为：v 011v 1P 2δHP 123010010121)(2H g b k H H g b kH A v Q ξζαξζα-+=-+==令ξ?ξζα-=-+=111k k m ，称为堰流的流量系数。
则堰流流量为：2302H g mb Q =，式中0H 称为堰前总⽔头上式为⽔流⽆侧收缩时堰流⾃由出流流量计算的基本公式，对堰顶过⽔断⾯为矩形的薄壁堰、实⽤堰及宽顶堰流都适合，不同的堰流流量系数不同),,(ξ?k m m =。
如堰流存在侧向收缩以及堰下游⽔位对过堰⽔流有影响时，应⽤上式时必须进⾏修正。
实际计算中将堰前⾏进流速⽔头的影响写进流量系数之中23200021(gv m m α+，则堰流流量公式可以写成：2302H g b m Q =由流量公式可知，堰流流量和堰前总⽔头的3/2次⽅成正⽐。
⼆、宽堰当堰顶⽔平且10/5.2≤宽顶堰流是实际⼯程中很常见的⽔流现象。
⼀般可分为两种，⼀种是具有底坎(堰坎)，在垂直⽅向发⽣收缩⽽形成的有坎宽顶堰流，如图7-4(a)、(b)所⽰；另⼀种是没有底坎，如⽔流流经桥墩之间(见图7-4(c))、隧道或涵洞⼊⼝，以及⽔流经施⼯围堰束窄了的河床(图7-4(d) )时，⽔流由于边界宽度变⼩⽽产⽣侧向收缩，流速增⼤，动能增⼤，势能相应减⼩导致进⼝处⽔⾯跌落，产⽣宽顶堰的⽔流状态，称为⽆坎宽顶堰流。
【doc】淹没宽顶堰泄流能力计算公式探讨
淹没宽顶堰泄流能力计算公式探讨]j淹没宽顶堰泄流能力计算公式探讨竺翌,/'/32_:2-/(水利部淮河水利委冤会规划设计院)[提要]淹没式宽厦堰藏量的计算,因水闸布置型式,假定条件不弼,计算出的漉量或同孔宽度与实际往往出入比较大,作者通过设计工作中计算分析,认为淹没式宽琅堰堰疆水探h 值是随hs/,E,Ⅱ一而变化,而且h(0.6O～O.99)Ho,对《水闸设计规范》推荐的公式,做了一些补充分析,求出新的淹没系数,可供中小型水闸闸下河道断面与I田孔断面扩散比较小的淹没式宽顶堰出漉计算参考.[关键词]淹没式宽厦堰淹没系数藏量平原区中小型承搠1前言平原水闸大多采用宽顶堰过水型式,根据水工试验,当宽顶堰下游水探hs等于或大于堰顶总水头H.的0.8倍时,下游水位对其泄流能力发生影响.此时宽顶堰处于淹没出流状态.在我国常用的淹没宽顶堰泄流量计算公式有以下两式1.1以流速水头为主要因素的计算公式●--...●............-.●__●一Qe.卧2g(H.--h)(1)1.2以堰上水头为主要因素的算式Q=OV.mB2gHoS(2)以上两式中的符号意义详见本文末的符号说明.(2)式是《水闸设计规范》推荐采用的公式.笔者在设计工作中,常发现(1), (2)两式所算出的流量不同.有时按(2)式算式的闸孔净宽比(1)式要小5～i0.为了寻求较正确合理的计算公式,且便于工程中的实际应用,笔者经一系列的分析,研究和推导,最后得出新的淹没系数(即本文中lk的d!)与竽,￡,m的关系表,即本文中的附110 表3另外,现有文献书籍中对于淹没宽顶堰顶的水深h值有多种意见;有的认为h=hk.有的认为h=寺H.也有的认为h=(0.80～0.92)H本文对h值通过分析发现是随竽, E,m而变化的,且h=(0.6O～0.99)H.,详见附表4,应用附表3与附表4可以很方便的查出屯与最,现把分析探讨的全过程叙述于后面,供大家研讨和指正.2分析比较(1),(2)两式2I(1)式是根据伯努利方程得出的(参阅附图1)断面0一O与1—1的能量关系如下:H+V2-h++~=…n.令⑦?暴得H.一h+V-'TV=.2g(H.--h)Q=~BhV=EBh(2g(H.--h)(1)式2.2将(1)式进一步演变令k一与ⅡlI=.k1F代入C1)式Q=eB(kH=￡Bm.H(3)附图1淹没宽顶堰2.3分析比较(2),(3)两式(3)式是从(1)式演变来的.比较(2)(3)两式,仅淹没系数一项不同.(3)式中的与.,k,m有关,而k又与hs和Z (逆向恢复落差)有关,经分析(详见后文) 最终与.e,m有关.考虑的因素较全面''ca周详.而(2)式中的d仅与享有关.这就是为什么(1),(2)两公式计算成果不同的根本原因.也是为什么(1)式比(2)式正确合理的原因.3新淹没系数的推隶方法对矩形过水断面,由(3)式可碍q=1￡m2gHc':3—_=临界水深h.一'':,.—————一=2e~:m:Hc=AHf(4) 3,——————一(4)式中A=V2aa.:e:m:逆同恢复落差】8z,..一,=..3AH一h,-甄1.—3A=_H=~(5)二:垒垦一3.22h.…『-一J'b0连=一.?sA+--1.3A令=毒N代人式得K=N一0.3A+(7)前面已知:==(8)O当已知N,￡m值时.联介(7)(8)两式}即可求出有关的屯和K值,笔者已计算并整理成附表@,④备用.另外,为了便于比较与值,已将e=1.m=..385时的畿6'毛'与a,如的关系绘于附图2,还将气～鼍关系计算整理于附表2囤2(),旦H!o关系线4结束语4.1本文中的逆向恢复落差z未考虑下游河道断面与闸孔断面扩散比的影响.因此,本文的计算方法适用布置简单,闸下河道断面与闸孔断面的扩散比较小的中,小型水闸工程.4.2从附表3可以很清楚的看到,不仅与竽有关,而且还与e,m朋关k4.3从附图2可以看到a与与半之间的L变化规律,当.t.Lj≤..89时.与a:比较接近.4.4从附表2可以看到,当￡;1.m—o.385,每一0.77时,=8.7.这与《水闸设计规范》编制说明第4.0.2二条中所提到的安徽省水科所作的阉町节制闸水工模型试验成果相似.该试验成果中.当:0.97时.按(2)式计算误差达7.5.而按(1)式计算误差仅2.5从附表4可见,h足腿瓦h.,E,m而变化.并非某一定值.s附表34应用举例某水闸m=0.385,E=1,Q=1000m'/s,H.=4?2m,h.=4.0m,试求闸孔总净宽度.5.1应用附表3,4求解.因鼍=端.952,查得=o.58,K%舯蒜117.7d'EmVZH^一h=KH0=3.91mj.2如应用(2)式求解,查附表一o=0.64,B一106.7m5.3如应用(1)式计算,因h为未知值,需先假设B.再通过公式计算h,再由①式计算B.如此反复计算,直至所假设的B值与最后算出的B值相等为止,比较繁复,试看以下过程19B=118rn47m|/s./m,h/詈_1.94mh=}1s—Z=ks—hk(0.30一盏二..3.22hs365…….一一/警-o.s.-o.呲...B:————==一118.0D1￡.h2g(I-I~--h)与假设的B值相等.从以上计算结果知,应用表3的计算成果与(1)式完全相同,而且十分方便,优点很明显而如按公式(1)计算出的f回孔宽度比(1)式偏小11m,将影响其过水能力.本文符号说明H——堰上游水深(以堰厦为基准面) hs——堰下游水深(同上)h——堰顶水深h—hs--Zz——逆向恢复落差一1.30z,_nIIh(0.30一)—■._.——淹没宽顶堰的流速系数.=一v/怠一o.800:1—0.—38—5--m三一1.8Om——公式(1)的宽顶堰淹没系数,与宰有关,见附表lI$2——本文新推求出的宽顶堰淹没系数,与警,em有关,见附表3.参考文献[1]华东承利学院主编水工设计手册第一卷承利电力出版社1983年[2]张世儒高逸士,夏维城编灌区水工建筑曲丛书《水闸》水利出版杜lgSO年[3]水闸设计规范(SD133--84)水利电力出版社1g85年9lf表1淹没宽顶堰淹没系数4表hs,HD0.80.81也B20.830.队0.850860.B70.B80.B9 1.00.9950.990.g80.970.960.95O.930.g087hslH.0.gO0.9】0.g:.n930.940.%0.960.9709B0.99 0.840.810.780.740.7O0.650.j90.5O0.400.28附裹2淹没宽礓擐o--a~～lls裹(￡=1,m=0l385),HO80.81也80.830.队0.85860.盯0.880.B9警(1.01.S2.12.12.1.1ll】.11.11.1.H09O0.910.92.0.930.940.90.日6097啦980.99Ia--a~(柳2.{.I5.45.77.?10.2l1.3B.?5.30.{尉囊3jII浸盘藕堰鼍聂秉鼙畴～薏,‰m美幕寰1.Oe.孽5鲁0"3g5..3735n33385n3乱藉0.33n3舒乱新乱衢啦l三80O.991.01.01.OO.991.O0】.0船l-蛔∞D1乱盘l"慧B0.991.01.098n船00n9巷1.00Ⅱ.0320.摹81.01.On97n端丑.口1.0札雪札卿00船n釉&97驰1.Dn9B仉端0】.0乱甄..雷叮n蚺1.0n甜O.§5n钾0J奇91.0O.94n粥瓣0nl孽l札衢札蛳6nB595仉瑚仉981.OO.00.95O.96n驺O.童2nl皿n粤4仉0l瞄O.94ol仉弱o'g7n92n驼矗∞n童sn蛐n帅札91n甥ol87仉92乱g20J金20.93n曲n船0.90n驼ni玎n蓝7n矗B仉珈O.880.甚90.苫9仉89O.9O0.860.秭n87n暑g0|8lln衢"85D.毒7仉B9O.B6O.B60.87O.87O.83n8=30.越n85n81n矗10.82.83n9O0.820.8282O.B3o.BOO.8O仉80仉g1O.78O.780.79O.B00l91O.7B0l780l78O.78O.76n760.770l770'Zl0.74仉75o.76O.92O.74O.0J710J93O.70O.6867O.940.65乱630l62n95O.59D.SB0.570l960.530.52O.51仉97oJ46O.460|45仉9B0.3BO.370l37●0.99O.27O.27n26驸表淹没宽厦堰顶水深与蓐承要乏比～鼍,e.m关系表l00.95l09O.0.3850.37O.350.330.3850.37o|350.33l0.3850.37l0.35O.33L0.800.600.600.600.610.6:10.6:10.61061O.61O.620.640.65 0.8i0.610.62O.62O.620.620.630.640650.650.67O.6S0.69 820.620.63O.64O.650.630.65o.67n690.680.69O.订O.72o.830.630.640.66O.680.660680.700.72O.710.720.74O.75o.840.65O.670.7OO.720.690.710.730750.730.750.76O77_ 0.850.680.70O.730.750'/20.740.76m770.760.770.7S0.790.860.710.73旺"/60.770.7s0.770.78O.790.7S0.790.800.8:1 O.870.0.767S0.8OO.馋O-79O.80O.8l0.800.810.820.82J-O88o.78n7g0.81n820.8OO.81O.S0O.S3OS2O.83O.S3O.841n89O.S0O.820.83n840_S3O83084O.S5O.84O85O850.S6 0.90O.B3O.84O,85O.860.850+850B6O.B60.86O.87O.87O.87 O.910.850.860.870.8'/0.860.870.87n880.87O.88O.88O.88r0.g20.870880.88m89O.880.890.890.890.S90.890.9OO.90-O.93O.9O0.900.910.940.920.920.92J0.g50.930.930.93O.960.940.g,SO.95 0.90.960.960.g6 0.980.970.9"ZO.97 0.99O.99O.990.g9 22。
宽顶堰流的水力计算
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
e 0.65 H
为堰流；
闸底坎为曲线型堰流时
e 0.75 为闸孔出流；
H
e 0.75 H
为堰流；
式中：e为闸孔开度；H为从堰顶算起的闸前水深。
8-2 孔口与管嘴出流
在容器侧壁上开孔，液体将从孔中流出，这种水流 现象称为孔口出流。
一、恒定流孔口出流 当容器中水面保持恒定不变， 通过孔口的水流则为恒定流。 根据孔口的直径与孔口水头的 比值将孔口分为小孔口 d 0.1
用堰，闸门型式主要有平板闸门及弧形闸门。 水力计算的任务：在一定闸前水头下计算不同闸孔开度
时的泄流量；或根据已知的泄流量求所需的闸孔宽度b。
一、底坎为宽顶堰的闸孔出流
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
(a)
(b)
(c)
设收缩水深hc的跃后水深为 。 若 ht < hc" ，则水跃发生在收缩断面处或收缩断面下游这 种时候的水跃是远驱式水跃
堰坎外形及厚度不同其能量损失及过水能力也会不同。 工程上通常按照堰坎厚度δ 与堰上水头H的比值大小及水 流的特征将堰流分作：
1．薄壁堰流： 即 0.67 。
H
2．实用堰：
学习分享-泄槽溢洪道的水力计算(个人整理)
项 目单位数值计算公式备注g——重力加速度m/s²9.81 Array水库正常蓄水位m62.5校核洪水位m63.58Q——最大洪水流量m³/s39L0——侧堰溢流前缘长度m25堰顶高程m62.5H——堰上水头m 1.08溢流堰采用宽顶堰形式m——流量系数/0.32（一）、侧槽长度计算L——侧槽长度m24.51L=Q/[m（2*g）^0.5*H^1.5]取侧槽L m24.50槽端长度m0.50（二）、拟定侧槽尺寸b0——起始断面底宽m2b L——末端断面底宽m4n1——溢流堰侧的坡比/0.5n2——靠岸侧的坡比/0.5i——底坡坡比/0.001（三）、选定侧槽末端水深h k及控制段尺寸1、控制断面临界水深及相应流速计算h k——控制断面临界水深m 2.13h k=[aQ^2/(g*b L^2)]^(1/3)侧槽段及控制段近似按矩形断面计算V k——控制断面临界水深的相应流速m/s 4.57V k=Q/（b L*h k）侧槽末端底宽b L同控制段2、侧槽末端水深及相应流速计算b L/b0/2b L/b0=5时，b L/b0=1.5；η——h L/h k的系数/ 1.28b L/b0=1时，b L/b0=1.2；其余内插计算h L——侧槽末端水深m 2.72h L=η*h kV L——侧槽末端的相应流速m/s 3.59V L=Q/（b L*h L）3、控制段末端坎高ζ——局部水头损失系数/0.2d——控制段末端坎高m0.09d=(h-h k)-(1+ζ)[(V k2-V L2)/(2*g)]L4、计算侧槽各断面水深q——溢流堰单宽流量m³/s 1.56h i-1=h i +Δy-i ΔX V i-1=Q i-1/（b i-1*h i-1）糙率n 0.0140.0140.0140.0140.014水面宽B4.00 3.49 3.00 2.50 2.00过水断面面积（m²）10.8711.5610.949.717.99湿周Х（m）9.4410.1110.3010.279.99水力半径R（m） 1.15 1.14 1.060.950.80临界坡度i k0.00432680.00532270.0064775460.0080576560.01035临界水深h k2.1319651.92942031.6457955871.2008786630.249356试算法计算各断面间的水位差及各断面水深（忽略水流阻力影响）项目单位数值Q i ——i断面流量m³/s 39.00Q i-1——i-1断面流量m³/s 29.33b i ——i断面底宽m 4.00b i-1——i-1断面底宽m 3.49h i ——i断面水深m 2.72h i =h i+1h i-1——i-1断面水深m3.09ΔX——断面间的距离m 6.2Δy——断面间的水位差m 0.378试算值V i ——i断面流速m 3.59V i =V i+1V i-1——i-1断面流速m 2.72Δy——断面间的水位差m0.566281()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-++⨯=∆------111111i i i i i i ii ii i Q Q Q V V V Q Q V V g Q y。
溢洪道设计计算说明
岸边溢洪道设计6.3.1溢洪道说明溢洪道其主要任务是泄洪，土石坝不允许水过坝顶，需要专门修建泄洪建筑物。
根据本工程的地形条件，上游坝址左岸沿河流方向有一道呈现弧形的纵向凹槽，所以选择溢洪道设置在大坝左岸，为带胸墙孔口式岸边溢洪道。
溢洪道由引渠段、堰闸段、泄槽段、挑流鼻坎段组成。
6.3.2 溢洪道引水渠为了使水流平缓，减小或不发生漩涡和翻滚现象，进口采用喇叭口，进口宽度B=50m.设计流速4m/s，横断面在岩基上接近矩形，边坡根据稳定要求确定这里选择边坡坡度为1:0.5；采用梯形断面，进水渠的纵断面做成平底。
在靠近溢流堰前断区，由于流速较大，为了防止冲刷和减少水头损失，可采用混泥土护面厚度为0.5m。
6.3.3 控制段控制段包括溢流堰及两侧连接建筑物，溢流堰通常可以选择宽顶堰、实用堰、驼峰堰。
溢流堰的体形应尽量满足增大流量系数，溢流堰作用是控制泄流能力，本次设计采用实用堰，优点是流量大，在相同的泄流条件下需要的堰流前缘长，工程量小。
采用弧形闸门。
初步拟定堰顶高程H=设计洪水位—堰顶最大泄水位H0堰顶高程H=1838=1858.22—H 0，则H 0=20.22m 胸墙式孔口溢流堰形式的下泄流量Q 公式为：320=Q ε溢式中：ε ——闸墩侧收缩系数，0.9； m ——流量系数，0.48:； g ——重力加速度，9.81 2m/s ； B ——堰宽，12m;水位为设计洪水位1858.22m 时，堰顶高程1838m ，设计Q 溢=4645m3/s.则由上面公式计算得出的B=26.69m,取B=14m.表6.3-1溢洪道宽顶堰堰宽计算（忽略流速）计算取b=28m,孔口数2孔，弧形工作闸门取值14x19m(宽x 高)。
中墩厚3m,边墩宽1m,闸室宽度=14x2+3+2x1=33m.堰面曲线的确定开敞式堰面曲线，幂曲线按式（7-2）计算：1n n d x KH y -= （7-2）式中 Hd ——堰面曲线定型设计水头，对于上游堰高P1≥1.33Hd 的高堰，取Hd=(0.75～0.95)Hmax ，对于P1<1.33Hd 的低堰，取Hd=(0.65～0.85)Hmax ，Hmax 为校核流量下的堰上水头.x 、y ——原点下游堰面曲线横、纵坐标； n ——与上游堰坡有关的指数，见表A.1.1；k ——当p1/Hd>1.0 时，k 值见表A.1.1，当P1/Hd ≤1.0 时，取k=2.0～2.2。
溢洪道水力计算(刚刚来过)
水深
流速
h
v
1.95287844 4.27147255
1.72941966 4.82339067
1.50596089 5.53909915
1.28250211 6.50421283
1.05904333 7.87660564
0.83558455 9.98303122
修正系数 ζ
1 1.1
掺气后水深 hq
1.04773326 4.99995434
0.85847701 4.99974549
0.75538783 4.99982403
0.68861078 5.00000288
0.64150427 5.00016856
0.60652796 5.0000632
0.57966032 5.00041114
0.55851644 5.00021162
1.95287844 1.72941966 1.50596089 1.28250211
1.14246 0.92734289
边墙加高 △h 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7
段面积A 水力半径R 计算流量Q 正常水深h0 2.73450856 0.39564601 50.0503807 0.45575143
出口断面 0.83558455 5.01350731 9.98303122 5.33353506 6.07627707
泄槽段水位差：
计算式
hk
h0
△h
不均匀系数 α
△h=hk-h0 1.95287844 0.83558455 1.11729389 1.05
分段并确定各段计算水深：
h1
h2
h3
h4
h5
水库溢洪道水力计算201204
《水力计算与测试技术》课程实训指导书
指导教师：赖永辉
二○一二年四月二十日
水库溢洪道水力计算
位于某水库的带胸墙宽顶堰式河岸溢洪道，采用弧形闸门控制泄流量。
溢洪道共4孔，每孔净宽8米。
闸墩墩厚2米，墩头为尖圆形。
翼墙为八字形，闸底板高程33.00米。
胸墙底部为圆弧形，圆弧半径为0.53米，墙底高程为38.00米。
闸门圆弧半径为7.5米，门轴高程为38.00米。
闸后接第一斜坡段，底坡1i =0.01，长度为100米。
第一斜坡段后接第二斜坡段，底坡i 2=1:6，水平长度为60米。
第二斜坡段末端设连续式挑流坎，挑射角=α25°。
上述两斜坡段的断面均为具有铅直边墙，底宽B 1=34米的矩形断面，其余尺寸见图1（图1打印为A3纸）。
溢洪道用混凝土浇筑，糙率n=0.014。
溢洪道地基为岩石，在闸底板前端设帷幕灌浆以防渗。
水库设计洪水位42.07米，校核洪水位为42.40米，溢洪道下游水位与流量关系曲线见图2。
当溢洪道闸门全开，要求：
1.
绘制库水位与溢洪道流量关系曲线； 2.
绘制库水位为设计洪水位时的溢洪道水面曲线； 3.
计算溢洪道下游最大冲刷坑深度及相应的挑距。
图1
图2。
河溢洪道水力计算
胸墙 弧形闸门
38.0
0 R=7
40.5 38.0
32.0
闸底板
19.6
第一斜坡段
第二斜坡 段
防渗帷幕灌浆
R=90
32.5
33.0
25.0 22.0 18.0 14.0
单位：米
• 图17.7
•二、绘制库水位与溢洪道流量关系曲线
（一）确定堰流和孔流的分界水位
e 0.65 宽顶堰上堰流和孔流的界限为： H 闸门全开时，闸孔高度：e 38.0 33.0 5.0米
闸孔单宽流量
临界水深
hk 3
Q 1150 q 38.3 米2 秒 B 30
aq 2 3 1.1 38 .3 2 5.48米 g 9 .8
因
hk hc
，闸后水平段水面曲线为
c0
型壅水曲线。
（一）闸门后水平段
收缩断面至闸门的水平距离约为 2.5e 2.5 5.0 12.5米 已接近水平段末端， 曲线长仅1.6米 ，不必计算。
水库设计洪水位为42.07米，校核洪水位为42.40米， 溢洪道下游水位与流量关系曲线见图17.8。当溢洪道 闸门全开，要求： 1.绘制库水位与溢洪道流量关系曲线； 2.绘制库水位为设计洪水位时的溢洪道水面曲线； 3.计算溢洪道下游最大冲刷坑深度及相应的挑距。
45.0
设计洪水位442.07
42.5
已知挑射角α=25°； 相应于最大冲刷坑深度的流量Q=940m3/s ； 相应于此流量的库水位和下游水位分别由图17.9 和17.8查得为40.25米和20.35米；
则上下游水位差Z=40.25-20.35=19.90(m);
库水位与挑流坎坎顶高差s=40.25-22=18.25(m)；