图一溢洪道闸门开度与放流量关系曲线(单门)
有闸控制下实用堰泄流能力曲线计算
有闸控制下实用堰泄流能力曲线计算张剑;田楠;张译文【摘要】如何正确绘制有闸控制下WES实用堰的泄流能力曲线,是目前一些年轻设计人员遇到的问题.从溢流堰泄流的基本理论入手,推导并整理了实用堰堰流和闸孔出流流量公式,介绍了初始流速的计算方法和闸孔出流向堰流转变的条件及其泄流能力曲线的组成.结合工程实例,分析计算有闸控制下WES实用堰的泄流能力曲线,为设计人员正确绘制泄流能力曲线提供指导.【期刊名称】《长江工程职业技术学院学报》【年(卷),期】2018(035)004【总页数】4页(P8-11)【关键词】泄流能力曲线;堰流;闸孔出流;流量公式【作者】张剑;田楠;张译文【作者单位】重庆市水利电力建筑勘测设计研究院,重庆 401120;重庆交通大学,重庆 400074;重庆市水利电力建筑勘测设计研究院,重庆 401120【正文语种】中文【中图分类】TV223.210 引言水利枢纽工程常常采用实用堰作为有闸控制下的溢流堰。
在实际工程设计中，基层设计人员在分析泄流能力时，往往不能正确地绘制溢流堰泄流能力曲线。
本文以有闸控制下的实用堰为主要分析对象，通过对有闸控制下实用堰堰流和闸孔出流两种水流流态的流量公式的理论推导，找出闸孔出流与堰流的泄流过渡区，绘制出从闸孔出流到堰流的泄流能力曲线，并对比分析计入行近流速和不计入行近流速对下泄流量值的影响情况，最后结合工程实例，分析计算堰闸组合时泄流能力曲线的绘制方法，为设计人员正确绘制泄流能力曲线提供指导。
1 堰流公式的理论推导当闸门完全开启，水流下泄时不受闸门控制，这种出流状态叫做堰流[1]。
以WES 实用堰为例，应用能量方程来推求堰流计算的基本公式。
如图1所示:基准面N-N取WES实用堰堰顶的水平面，上游离堰壁(3-5)H处的渐变断面为过水断面0-0，过N-N面与水舌中线的交点取1-1断面。
对0-0断面和1-1断面列能量方程：(1.1)图1 堰流式中：v0、v1分别为0-0和1-1断面的平均流速；α0、α1分别为相应断面的动能修正系数；断面的平均压强水头；ζ：过堰水流的局部水头损失系数。
水位流量关系曲线的绘制方法
水位流量关系曲线的绘制是流量资料整编工作中一项重要内容。
怎样绘制水位流量关系曲线，这就需要在实际工作中熟练掌握有关技术规定，了解掌握测站特性，合理确定流量资料的整编方法，把适合流量资料整编方法的所有测点全部点到一张图纸上，通过建立水位（Z）-流量（Q）关系来推求瞬时流量，从而计算出日、月、年平均流量，供使用部门使用。
其具体做法大体上分为以下几个方面：行可进行多次放大，二、三类精度站可放宽至±5﹪（即横坐标1cm 以内）。
第一次放大的图幅一般同全图，一般水位面积、水位流速关系曲线亦应放大。
若原图水位面、水位流速关系曲线横比例尺能满足低水定线及曲线校正要求时，可不作该两线放大且放大。
第二次放大可尽量利用第一次放大图，在其适当位置作第二次放大。
放大限度：横坐标2cm 或1cm 以内的实测点子数≦2 个；或1cm表示的流量≦0.005m3/s。
放大部分要衔接，每张图纸衔接部分同水位的流量读数应相同。
收集整理实测流量资料点会原图1校核点在图上的所有测点3把符合整编方法的所有流量点绘在透明纸(50cm×75cm)或（35cm×50cm）的反面，水位（Z）为纵坐标，流量（Q），面积（A），平均流速（V）为横坐标，选用适当比例尺，按1、2、5 的整倍数，使Z-Q、Z- A、Z-V关系线在图中的适当的位置，并分别大致成45°、60°、60°的交角，(为了确保三线互不相交、又适当，应先把最大流量、面积、流速及最小流量点上)且三线互不相交，在全图的左上角(5cm×10cm)用正楷字写上流域、水系、河名、站名、年份及图名。
对图上点会的测次要认真校核，校核完毕要进行分线，分线从低水分到高水，也就是从开始的测次分析至最后一个测次。
在分线过程中，需要从放大图中分的，一定要从放大图中分，否则在全图中分出的曲线会不完全准确的。
在分线过程中，按照使用时间和测次先后编出曲线号，并标注在曲线一侧。
水位流量关系曲线
水位流量关系曲线
本堤防工程设计河段所处断面无水文站，无实测水位流量资料。
因此，本次根据实测河道大断面资料，采用水力学公式计算堤防工程处控制断面水位流量关系曲线，并结合历史洪水调查成果进行复核。
曼宁公式为：
2132
1Q AR i n
式中：Q ——流量（m 3/s ）
A ——过水面积（m 2）
n ——河床糙率
R ——水力半径（m ）
i ——比降（‰）
在用水力学公式计算断面流量时，断面水力要素是根据实测大断面资料计算；糙率则根据各工程河段河床组成、床面特性、平面形态、水流平台及岸壁特性等实际情况，参考《天然河道糙率表》及根据已获省市有关部门审查，认可的报告糙率率定成果，并进行试算，认为该成果符合河道实际，较为合理，最后决定采用该成果，即n=0.002~0.004。
XXX水库坝下水位流量关系曲线
0.163 29.554 3.351
0.286 32.477 4.886
设计流量 Q
1.193 4.026
渠底高程
432.9 432.9
水位H
433.100 433.300
0.394 0.493 0.587 0.678 0.767 0.854 0.941 1.026 1.111 1.195 0.966 0.676
1.50
1.40
1.50
1.40
1.50
1.40
1.50
1.40
1.50
1.40
1.50
1.40
1.50
1.40
1.50
1.40
1.50
1.40
1.50
1.40
1.50
1.40
1.50
1.40
设计流量Q 水位H
1.193
433.10
4.026
433.30
8.482
433.50
14.703
433.70
R
C
0.151 29.179
0.264 32.047
0.368 33.857
0.467 35.227
0.563 36.348
0.658 37.307
0.753 38.149
0.846 38.903
0.940 39.588
设计流速 V
2.058 2.994 3.730 4.371 4.955 5.498 6.012 6.502 6.971
设计流量 Q
0.683 2.539 5.774 10.630 17.342 26.129 37.202 50.764 67.008
渠底高程
427.8 427.8 427.8 427.8 427.8 427.8 427.8 427.8 427.8
溢洪道设计
前言 (1)第一章水力学课程设计根本资料第一节绪论 (2)第二节溢洪道的根本资料 (2)第三节泄洪洞的根本资料 (3)第二章溢洪道的水力计算第一节确定引水渠断面 (4)第二节确定控制段垂直水流方向的宽度 (5)第三节校核渐变段长度是否满足要求 (9)第四节计算溢洪道水面曲线 (9)第五节拟定挑坎形状和尺寸及其校核 (13)第三章泄洪洞的水力计算第一节验算泄洪洞是否满足泄洪要求 (15)第二节判别泄洪洞下游水流衔接形式、设计消力池尺寸 (17)附录溢洪道布置示意图 (20)泄洪洞布置示意图 (21)溢洪道水面曲线简图 (22)总结 (23)水力学是一门专业技术根底课。
是高等职业技术教育水利类各专业的支撑性课程，为了使学生掌握水力学。
学好水力学，本书主要编写了段村水利枢纽的设计计算过程，该过程点概了水利类各专业需要的根本知识。
根据各主业的需要，可适当调整。
水力学试验在水力学学科中占有重要的地位。
为提高实践技能，本书介绍了段村水利枢纽的根本试验过程。
通过该过程的练习，使学生能理论联系实际，掌握水力学试验的方法和步骤。
水力学试验也是水力学课程考核的重要内容，应引起重视。
本书把计算和试验结合在一起，能使同学对水力学有个更新的认识。
本次设计与计算是水工0708班邓亮亮经过一个星期的努力完成的。
在此期间得到了田老师的大力指导和帮助，在此表示感谢。
同时因时间仓促，设计中的缺点和错误在所难免。
望老师和同学们予以批评指正。
计算者：邓亮亮整理编辑：邓亮亮编者2021年4月第一章水利学课程设计根本资料第一节绪论段村水利枢纽工程位于颖河上游，登封县境内。
控制流域面积94.1平方公里，根据水能计算。
该枢纽死水位348米。
最多兴利水位360.52米。
相应库容1423.07万立方米。
设计水位安50年一遇363.62米。
相应库容为1998.36万立方米。
溢洪道泄洪量540万立方米每秒。
泄洪洞泄流量为90立方米每秒。
校核洪水位按500年一遇，为364.81米。
溢流坝水力计算实例
高程及灌溉要求确定坝顶高程为48.00m ；为减小建坝后的壅水对上游的影响，根据坝址处河面宽度采用坝的溢流宽度B ＝ 60m ；溢流坝为无闸墩及闸门的单孔堰，采用上游面铅直的三弧段WES 型实用堰剖面，并设有圆弧形翼墙； 坝前水位与河道 过水断面面积关系曲线，见图15.2；坝下水位与河道流量关系曲线，见图15.3；坝基土壤为中砾石；河道平均底坡;00127.0=i 河道实测平均糙率04.0=n 。 二、水力计算任务： 1．确定坝前设计洪水位； 2．确定坝身剖面尺寸； 3．绘制坝前水位与流量关系曲线； 4．坝下消能计算； 5．坝基渗流计算； 6．坝上游壅水曲线计算。 三、水力计算 1、确定坝前设计洪水位 坝前设计洪水位决定于坝顶高程及设计水头d H ，已知坝顶高程为4800m ，求出d H 后，即可 确定坝前设计洪水位。 溢流坝设计水头d H 可用堰流基本方程 (10.4)3 2 02H g mB Q ? =σε计算．因式中σε及、0
件:故及 ,0.215.001 ≥≤H a H h s 为实用堰淹没出流。 根据0 10 HaH h t 及值由图10.17查得实用堰淹没系 数999.0=σ。因溢流坝为单孔堰，溢流孔数n ＝1；溢流宽度60==b B m 。按圆弧形翼墙由表10.4查得边墩系数7 .0=k ζ .则侧收缩系数 nb H n k 00] )1[(2.01??ε+--= 994.060 1586 .27.02.01=???-= 对于WES 型实用堰，当水头为设计水头时，流量系数502 .0==d m m 。于是可得溢流坝流量 s m H g mB Q /6.550586 .28.9260 502.0994.0999.0232 3 2 3 0=?????==σε 计算结果与设计洪水流量基本相符，说明假设的 d H 值是正确的，故取设计水头d H =2.53m 。 坝前设计洪水位＝坝顶高程+d
水库调洪计算试算法
水库调洪演算试算法一、水库调洪计算的任务入库洪水流经水库时，水库容积对洪水的拦蓄、滞留作用，以及泄水建筑物对出库流量的制约或控制作用，将使出库洪水过程产生变形。
与入库洪水过程相比，出库洪水的洪峰流量显著减小，洪水过程历时大大延长。
这种入库洪水流经水库产生的上述洪水变形，称为水库洪水调节。
水库调洪计算的目的是在已拟定泄洪建筑物及已确定防洪限制水位（或其他的起调水位）的条件下，用给出的入库洪水过程、泄洪建筑物的泄洪能力曲线及库容曲线等基本资料，按规定的防洪调度规则，推求水库的泄流过程、水库水位过程及相应的最高调洪水位和最大下泄流量。
若水库不承担下游防洪任务，那么水库调洪计算的任务是研究和选择能确保水工建筑物安全的调洪方式，并配合泄洪建筑物的形式、尺寸和高程的选择，最终确定水库的设计洪水位、校核洪水位、调洪库容及二种情况下相应的最大泄流量。
若水库担负下游防洪任务，首先应根据下游防洪保护对象的防洪标准、下游河道安全泄量、坝址至防洪点控制断面之间的区间入流情况，配合泄洪建筑物形式和规模，合理拟定水库的泄流方式，确定水库的防洪库容及其相应的防洪高水位；其次，根据下游防洪对泄洪方式的要求，进一步拟定为保证水工建筑物安全的泄洪方式，经调洪计算，确定水库的设计洪水位与校核洪水位及相应的调洪库容。
二、水库调洪计算基本公式洪水进入水库后形成的洪水波运动，其水力学性质属于明渠渐变不恒定流。
常用的调洪计算方法，往往忽略库区回水水面比降对蓄水容积的影响，只按水平面的近似情况考虑水库的蓄水容积（即静库容）。
水库调洪计算的基本公式是水量平衡方程式：t t t t t tV V t q q t Q Q -=∆+-∆++++1121121)()( （3-1）式中： t ∆——计算时段长度（s ）；1,+t t Q Q ——t 时段初、末的入库流量（m 3/s ）；1,+t t q q ——t 时段初、末的出库流量（m 3/s ）；1,+t t V V ——t 时段初、末水库蓄水量（m 3）。
调洪计算书
计算书1设计依据1.1工程等别及建筑物级别1.1.1根据枢纽的任务确定枢纽组成建筑物由于大华桥工程主要任务为发电，兼有防洪等功能，故需的永久建筑物包括挡水建筑物、泄水建筑物、引水建筑物、开关站。
为便于施工，还需要导流建筑物、施工围堰等临时建筑物。
1.1.2确定工程等别及建筑物等级表2.1 水利水电枢纽工程的分等指标根据表2.1和表2.2（参照~~~规范）m，调节库容0.41亿3m，具有已知条件：正常蓄水位1477m，相应库容2.93亿3周调节性能，电站总装机容量900MW(225MW×4)，年发电量40.7亿kW•h，按表2-1知水库属Ⅱ等大（2）型工程，查表2-2知主要建筑物拦河坝、溢流堰、排沙底孔为2级建筑物，相应的次要建筑物等级为3级，则引水道、消能防冲、导流墙、挡土墙为3级，厂房按装机也属3级，导流围堰、明渠等临时建筑物为4级。
1.2洪水标准根据SDJ12-78《水利水电工程枢纽等级划分和设计标准（山区、丘陵区部分）》结合枢纽所给定的特征水位和基本资料，通盘考虑水库总库容、防洪效益、装机容量等因素，该工程为二等大型工程，主要建筑物为2级，次要建筑物为3级，临时建筑物为4级。
由表2.3知永久性建筑物设计洪水标准为：正常运用（设计）洪水重现期为500年，非常运用（校核）洪水重现期为2000年。
1.3主要技术规范[1]华东水利学院.水工设计手册:混凝土坝[M].北京:水利电力出版社,1987.[2]华东水利学院.水工设计手册:泄水与过坝建筑物[M].北京：水利电力出版社,1987.[3]林继镛.水工建筑物(第5版)[M].北京：国水利水电出版社,2010[4]混凝土重力坝设计规范,SL319-2005,2005.[5]水工建筑物荷载设计规范,DL5077-1997,1997.[6]水工建筑物荷载设计规范（DL5077-1997）[7]水利水电工程制图标准（SL73-95）[8]吴媚玲.水工设计图集[M].北京：水利电力出版社,1995.[9]胡明,沈长松.水利水电工程专业毕业设计指南(第二版) [M].北京:水利水电出版社,2010.[10]水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）2洪水调节2.1基本资料2.1.1洪水过程线的确定本设计中枢纽主要任务是发电，兼做防洪之用，所以必须在选定水工建筑物的设计标准外，还要考虑下游防护对象的防洪标准。
11水文信息学-第八章水位流量关系讲解
3.洪水绳套曲线与水位过程线关系密切。 洪水流量的大小与涨落率（即水位过程线的斜率）密切相 关。在水位过程线较陡的时段中，因附加比降较大，使洪 水绳套曲线偏离稳定水位流量关系曲线的程度也较大。对 同一测站的各次洪水而言，水位涨落急剧者，所形成的绳 套曲线较胖。对于水位过程线的峰、谷点，因其涨落率为 零，故其流量应与同水位下稳定流的流量相同。 4.复式绳套中后一个绳套较前一个绳套稍为偏左。通常把 单次洪水所形成的绳套曲线称为单式绳套曲线。若一次洪 水上涨后尚未退完，另一次洪水又接踵而至，形成连续洪 峰，与此同相应的洪水绳套曲线称为复式绳套曲线。
由于连续洪水的后一次洪水除受洪水涨落影响外，还因河 槽蓄量对测流断面的比降产生影响。因此，有时对连续洪 水分析时作为洪水涨落与变动回水的混合影响。
第三节
一、 一般概念 现象:测流断面下游水体水位的变化，使该断面的比降发 生变化，继而引起流量的变化，使水位流量关系点分布散 乱。在水位流量关系图上，同水位下比降或落差大的关系 点偏右，小的关系点偏左，下游水体对水位流量关系的这 种影响称为变动回水影响。 原因:产生变动回水的原因一般有支流测站受干流涨水的 顶托；干流测站受下游支流涨水的顶托；下游水库、湖泊 和海洋等水体水位的变化引起的顶托；下游渠道闸门的启
2.洪水绳套曲线上各水力因素极值的出现顺序有一定的规 律
1）最大流量出现在最高水位之前
Q A 0 L t
2）最大流速出现在最大流量之前。由可得
dQdAAd
dt dt dt
3）最大比降（最大涨率）出现在最大流速之前
C dS
2 C2dS
2dC2ddSC2Sdd
dt
dt
dt
综上所述，各水力因素极值出现的顺序是：最大 比降（最大涨率）、最大流速、最大流量和最高 水位。
水力自控翻板闸门
连杆式水力自控翻板闸门连杆式水力自控翻板闸门由严天恩同志经过近三十年的研究和实践，发明研制的水力自控翻板闸,是一种全新的水工建筑物。
1、具有自动启闭功能的水力自控翻板闸门与一般钢平板闸门相比，无需机电设备及专人操纵泄流，且泄洪准确及时，能节省人力、物力；它完全借助水位的升高，水压力的增大，逐渐自行开启闸门过流，且保持蓄水位不变；当闸门全部打开时，河床泄流状况与天然河床相差无几，当水位降低时，闸门逐渐关闭蓄水。
另外，工期短，造价低，投资低廉。
水力自控翻板闸门平常几乎不需要零配件维护开支。
2、用于水库溢洪道；能自动调节库容，发挥水库最大效益，又确保水库安全。
实践证明，其功能非一般常规闸门所能及。
3、用于水电站；可按当地水文情况，有效利用预留洪水淹高度，提高水头；自动冲走库内积沙，保证水库使用寿命，求得电站最大经济效益。
4、用于航运及农田灌溉；能自动调节水位，满足通航水深及灌溉用水需要。
5、用于城市环保。
蓄水后既能改善城市生态环境，又能满足城市防洪要求。
动水压力对支点的力矩大于门重与摩阻力对支点的力矩时，闸门自动开启到一定倾角，直到在该倾角下动水压力对支点的力矩等于门重对支点的力矩，达到该流量下的新的平衡。
流量不变时，开启角度也不变。
而当上游流量减少到一定程度，使门重对支点的力矩大于动水压力与摩阻力对支点的力矩时，水力自控翻板闸门可自行回关到一定倾角，达到该流量下的新的平衡。
连杆式自控翻板闸门运行示意图图1 闸门全关蓄水状况图2 闸门成一定倾角小开度泄流（门顶、底出流）状况图3 上游水位继续升高增大开度（门顶、底出流）状况图4 上游水位升高到一定程度，闸门倒平成一定角度支承在支墩上（全开泄流）状况相关图纸。