第九章 堰流复习课程

p —侧收缩系数，与相对堰高 H、相对堰宽b B 、墩头形状有关，
对单孔宽顶堰的经验公式：
1 4 b1b
3 0.2 p B B H
(9—12)
式中， 为墩形系数,对矩墩， 0.1，9对圆弧墩，0.10
淹没式有侧收缩宽顶溢流量为：
Q sm b2 gH 032sm c2 b gH 032 (9—13)
当 p 3.0 H
m=0.36。
(9—8)
2．淹没式出流
当堰流下游水位较高，下游 水流顶部高过堰上水流顶部，堰上 水深由小于临界水深变为大于临界 水深，水流由急流变为缓流。下游 干扰波向上游传播。称为淹没式溢 流，如图9—7所示。
形成淹没溢流的必要条件：
图9—7 宽顶堰溢流淹没
下游水位高于堰顶，即 hs hp0
要是分析堰的上、下游水流流态，分析堰的过流能力。堰流的各 项特征量如下：
①.堰宽 b：水流漫过堰顶的宽度；
②.堰顶厚度 ：③堰上水头：上游水位在堰顶上最大超高;
④.堰上、下游坎高 p, p ；
h ⑤.堰下游水深 ；
⑥.上游渠道宽(上游来流宽度) B；
⑦.行近流速(上游来流速度)v 0 。
2.堰流有以下水力特征：
第九章 堰流
第一节 堰流及其特性 第二节 宽顶堰溢流 第三节 薄壁堰和实用堰溢流 第四节 小桥孔径水力计算 第五节 水工建筑物下游水流的衔接与消能 第六节 闸孔出流的水力计算
学习要点：水利、土木、市政和环境类专业 应熟练掌握，其它专业掌握堰闸水流的分类 及其判别、堰流（宽顶堰、实用堰及薄壁 堰）、闸孔出流的水力计算；水利、土木和 环境类专业应掌握，其它专业了解水工建筑 物下游的衔接形式、消能工的类型选择及主 要尺寸确定；了解新型消能工的发展现状和 动态；水工、水电、农水掌握专业，其它专 业了解桥梁过流的水力计算。
①堰的上游水流受阻，水面壅高，势能增大；堰顶水深变小， 速度变大，动能增大，势能转化为动能;
②堰流是从缓流到急流的过渡。堰流的水力计算中主要考虑局 部阻力、忽略沿程阻力;
③水流在流过堰顶时，一般在惯性作用下会脱离堰，水流会收 缩。
2.实用堰 0.67 2.5
H
堰顶厚度大于薄壁堰，堰顶厚
对水流有一定的影响，堰上水面是
第一节 堰流及其特性
一、堰和堰流
1.特征量
在明渠流中，为控制水位和
流量而设置的顶部溢流障碍物称
为堰，水流经堰顶溢流使堰前水
面壅高，堰上水面降落，这种急
变流现象称为堰流，如图9—1所
示。在水利工程中，溢流堰是主 要的泄水建筑物，常用作溢流集
图9—1 堰流
水设备和量水设备；在实验室常用作流量量测设备。研究堰流主
图9—5 宽顶堰溢流自由式出流
1—1、再取堰顶上的收缩断面
cc为另一渐变流断面，以堰顶为基准面，列上述构断面
的能量方程。
H02 v0 g 2 hc02 vc g 2 2 vc g 2
(9—1)
现设H0 H 0 v20g2为包括行近流速水头的堰上水头,又令hc0 kH0
，k是修正系数，它取决于堰口的形状和过流断面的变化， 0 与 为
堰宽小于上游渠道宽时bB，水流进堰口后，水流与侧壁
发生分离，使堰流的过流断面宽度实际上小于堰宽，局部水头损
失增加，堰的过流能力降低，侧收缩的影响用收缩系数表示，自
由出流有侧向收缩的宽顶堰溢流量为：
Q m2 g b H 03 2 m c 2 b Biblioteka H 03 2(9—11)
式中 b c—收缩堰宽，bc b ；
堰宽增至 10H，沿程水头损失不能忽略，流动已不属于堰
流，要按明渠流动来解决。
图9—4 宽顶堰
第二节 宽顶堰溢流
一、基本公式
1．自由式出流
如图9—5所示宽顶堰自由
式出流，在堰进口不远处 ，
水面降落。形成小于临界水深
收缩水h深c0 hk 堰上水流为
急流，水面近似平行堰顶，在 宽顶堰的上游取一渐变流断面
H0
s
1.00 0.995 0.99 0.98 0.97 0.96 0.95 0.93 0.90 0.87
hs
0.90 09.1 09.2 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98
H0
s
0.84 0.82 0.78 0.74 0.70 0.65 0.59 0.50 0.40
3.侧收缩的影响
一次性连续降落与下游水流衔接， 这样的堰型称为实用堰。如图9—3 图实用堰的剖面有曲线型和折线型
两种，溢流坝一般都采用曲线型实 用堰。
图9—3 实用堰
3.宽顶堰 2.5 10
H
堰顶厚度较大，与堰上水头的比值超过2.5，但小于10,堰顶 厚对水流有显著影响，在堰坎进口水面发生一次降落后。堰上水 流近似于水平流动。至原坎出口水面再次降落与下游水流衔接， 这种堰型称为宽顶堰，如图9—4所示。小桥过流属于宽顶堰流。
别列津斯基根据实验，提出经验公式，矩形直角进口宽顶堰如图 9—6所示。
图9—6 宽顶堰进口情况
0.3 p 3.0 H
3 p m0.320.010.460H.75p
(9—6)
H
p 当H
3 时:
m0.32
矩形修圆进口宽顶堰
0 p 3.0 H
m
3 p 0.360.01 H
1.21.5
p
(9—7)
H
形成掩没堰流溢流的充分条件：
hshp0.8H 0
(9—9)
淹没宽顶堰出流的溢流量：
Qsmb2gH032
(9—10)
式中， s 为淹没系数，随淹没程度hs H0的增大而减小
宽顶堰的淹没系数见表9—l所示。
表9—1
宽顶堰的淹没系数
hs
0.80 0.81 0.82 0.83 0.84 0.85 0.86 0.87 0.88 0.89
例9—1 求流经直角进口无侧收缩宽顶堰的流量Q，已知堰顶
水头 H0.85 m，坎高 pp0.5m，堰下游水深 h1.12m，堰
宽 b1.28m，取动能修正系数1.0
解 1.首先判明此堰是自由式还是淹没式：
h p 1 .1 0 . 2 5 0 .6 m 2 0
故淹没式的必要条件满足，但
相应断面的动能修正系数， 是局部阻力系数，代入上式，得：
vc1 1k2g0H 1k2g0H
QvchcbvckH 0bk1kb2gH32
mb2gH032
(9—2) (9—3)
b 式中 —堰宽；
—流速系数，
1
；
(9—4)
这里，局部阻力系数与堰口形式和过流断面的变化有关
m—流量系数，mk 1k
(9—5)