折线型实用堰过流能力研究
7.1 堰流特征与分类——学习材料
学习单元一、堰流特征与分类一、堰流的概念水流受到从河底(渠底)建起的建筑物(堰体)的阻挡，或者受两侧墙体的约束影响，在堰体上游产生壅水，水流经堰体下泄，下泄水流的自由表面为连续的曲面，这种水流称为堰流，这种建筑物称为堰。
例如溢流坝溢流(图7-1(a))、堰顶部闸门脱离水面时的闸口出流(图7-1(b))都属堰流。
通过有边墩或中墩的小桥的孔出流(图7-1(c))、涵洞进口水流等在水力算时也按堰流考虑。
(a)溢流坝溢流(b)闸门脱离水面时的闸口出流(c)小桥桥孔出流平面图图7-1 堰流水流流近堰顶的过程中流线发生收缩，流速增大，势能转化为动能，堰上的水位产生跌落。
由于水流在堰顶流程较短，流线变化急剧、曲率半径很小，属于非均匀流中急变流，因此能量损失主要是局部水头损失，沿程水头损失可忽略不计。
水流在流过堰顶时，一般在惯性的作用下均会脱离堰(构筑物)，在表面张力的作用下，具有自由表面的液流会产生垂直收缩。
二、堰流的类型通常把堰前水面无明显下降的渐变流断面0―0 称为堰前断面(如下图)。
该断面处水面到堰顶的水深称为堰上水头，用H表示。
实测表明，堰前断面距堰壁上游约为(5~3) H 。
堰前断面平均流速0v称为行近流速。
P1和P 2 分别为上、下游堰高。
图7-2 堰流的类型工程上一般以堰顶的厚度δ与堰上水头H 的比值大小，（见图7-2）将堰流分成以下3种类型。
1.薄壁堰流: 67.0/≤H δ堰前的水流由于受堰壁的阻挡，底部水流向上收缩，水面逐渐下降，使过堰水流形如舌状，称为水舌。
水舌下缘的流速方向为堰壁边缘切线的方向，堰顶与堰上水流只有一条线的接触。
水舌离开堰顶后，在重力的作用下，自然回落。
当水舌回落到堰顶高程时，距上游堰壁约0.67H 。
这样，当67.0/≤H δ时，水舌不受堰宽的影响，这种堰流称为薄壁堰流(图7-2(a))。
薄壁堰壁一般用钢板或木板作成，常做成锐缘形，故又称锐缘堰。
薄壁堰主要用于测量流量的设备中。
项目六堰流水力分析与计算
项目六堰流水力分析与计算堰是河渠中修建的既可挡水而顶部又可以溢流的水工建筑物，是水利工程蓄水调度、防洪发电、灌溉航运的主要工程措施之一。
堰流水力分析与计算项目的主要任务是掌握堰流分类、堰流水力计算公式及影响因素分析，薄壁堰流、实用堰流、宽顶堰流流量系数、侧收缩系数及淹没系数确定方法；会根据实际工程资料进行堰流水流现象分析，能进行薄壁堰、实用堰、宽顶堰过流能力计算。
任务一堰流水力分析1 堰流及其分类1.1 堰及堰流堰是河渠中修建的既可挡水而顶部又可以溢流的水工建筑物，堰的上游水流受其约束，上游水位壅高，水流经堰顶泄流时，堰对水流有局部的侧向收缩或底坎垂向收缩约束，形成堰顶水面不受任何约束呈连续的自由降落的急变流，这种水流现象称为堰流。
见图6-1。
图6-11.2 堰流分类在水利工程中，常根据不同的建筑条件及使用要求，将堰作成不同的类型，堰的外形不同，其过水能力也不同，对堰流进行水力计算之前首先对堰流进行分类。
在图6-1中，P1表示堰顶超出上游河床的高度，称为上游堰高；P2表示堰顶超出下游河床的高度，称为下游堰高；H为堰上水头，它是距堰壁（3~4）H的0-0过水断面处，从堰顶起算的水深。
堰前0-0过水断面的平均流速v 0称为堰前行近流速，堰的上游水位也应在此量测；δ为沿水流方向水流溢过堰顶的厚度。
根据堰顶厚度δ与堰上水头H 的比值，将堰流分为以下三种：（1）薄壁堰流—堰顶厚度δ≤ 0.6 7H 时，称为薄壁堰。
通过薄壁堰顶下泄的水流，水舌下缘与堰顶只有线的接触，下泄水流几乎不受堰顶厚度δ的影响，水面呈单一降落曲线的水流叫薄壁堰流（图6-1a ）。
（2）实用堰流——堰顶厚度0.6 7H <δ≤2.5H 时 ，称为实用堰。
通过堰顶下泄的水舌下缘与堰顶呈面接触，水流受到堰顶的约束和顶托，但其泄流主要是重力作用，水流仍是单一降落的曲线，这种水流叫实用堰流（图6-1b ）。
（3）宽顶堰流—堰顶厚度2.5H <δ≤10H 时，称为宽顶堰。
第七章 堰闸流动
19
7.3.1 曲线形实用堰的剖面形状
实用堰设计的核心内容是其剖面形状。曲线形实用堰的剖面 由上游的直线段 AB、堰顶曲线段 BC、下游直线段 CD（坡 度 m α = cot α ）以及反弧段 DE（与下游河床连接）。 好的剖面形状应具有 如下优点： 过水能力大； 堰面不出现过大 的负压； 经济、稳定。
闸孔出流
堰流
闸底坎为曲线型堰时
e 0.75 H e 0.75 H
闸孔出流 堰流
e为闸孔开度；H为从堰顶算起的闸前水深。 堰流及闸孔出流水力计算的主要任务是过水能力的计算。
EXIT
7
7.1 堰流的类型及计算公式
7.1.1 堰流的类型
工程中常根据不同的建筑条件和使用要求做成不同的堰。
堰坎外形及厚度不同，其能量损失及过水能力也会不同。 水流接近堰顶时，由于流线收缩，流速加大，自由表面将逐 渐降落。 堰前断面：堰前水面无明显下降的断面。 堰顶水头 H：堰前断面堰顶以上的水深。 堰前流速 v0：堰前断面的断面平均流速。
工程中常采用的设计水头为：
Hd 0.75 ~ 0.95 Hmax
7.3.2 曲线形实用堰的流量系数
实验研究表明，曲线形实用堰的流量系数主要决定于上游堰 高与设计水头之比 P1 / Hd ，堰顶全水头与设计水头之比 H0 / Hd， 以及上游面的坡度。 对WES剖面， P1 / Hd 1.33 时称高 堰，可不计行近流速水头。若 H0 / Hd 1 ，流量系数 md 0.502。 H0 / Hd 1, m md；H0 / Hd 1, m md。
Q C0 H 5/2
C0 为直角三角形薄壁堰的流量系数，一般取1.4。 当 H>0.25m 时，直角三角形薄壁堰的 流量计算式为：
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。
（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。
长沙理工大学水力学考研复习资料第九章 堰闸
1堰流及闸孔出流0.65 为闸孔出流0.75 为闸孔出流否则为堰流＝堰顶水头或闸前水头。
水利水电学院赵昕3水舌下缘与堰顶为线接触。
形状：矩形，三角形，……: 水舌与堰顶为面接触曲线形，折线形）一段水流近似与堰顶平行；二次水面跌落ζ+α=11太小时水舌附壁（一般应使H>2.5cm）二、三角形薄壁堰优点：在小流量时仍然能够保持一定的稳定水头，适合用作量水堰。
将每个宽度db看成一个矩形薄壁堰的设计是关键，要求：流量系数尽可能地大体型较瘦堰面不产生大的负压13一、曲线型实用堰的剖面形状实用堰的外形轮廓基本上参照矩形薄壁堰的水舌下缘曲线设计（略向上凸出一点以消除壁面摩擦产生的负压）★实用堰的堰顶与薄壁堰的堰顶不同，水头H 约为后者的0.888倍。
问题：水头随流量改变，薄壁堰水舌随之改变，但实用堰外形不可能改变。
14时流量系数增大。
要求选取的剖面即使在高水头是也不产生大的负压。
17yH x d 85.085.12=xy与下游直线段（坡度m l ）的切点C ：C H x .dx dy 9250⎜⎜⎝⎛=⎟⎠⎞⎜⎝⎛19随着水头设计水头20三、侧收缩系数(1)弗朗西斯公式（Francis ）([([⎪⎩⎪⎨⎧+−−+−=2.012.01n nn K K c ξξσ或[[⎪⎩⎪⎨⎧−+−==2.02.0b nb nb B B K K c c ξξσ2223[]nbH k n k pa 0)1(2−+−24252627实用堰水力计算问题的基本类型设计已知Q d ，确定：H d →堰剖面，堰顶高程堰宽B →b ，校核已知H ，计算Q →Q ~ H 关系已知Q ，计算H,10002H P m b H H h H P d c s ⎜⎜⎝⎛⎟⎠⎞⎜⎝⎛σ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛中行进流速水头含流量，计算时需要试算或迭代28P 1/H d ≧1.33 时为高堰：H 0≈H ，,2m b H H h H P Q c s s ⎟⎠⎞⎜⎝⎛σ⎟⎠⎞⎜⎝⎛σ=29五、低实用堰：过流能力大于宽顶堰堰0241.01)(4988.0dd H P m =驼峰堰折线实用堰流量系数32有底坎的宽顶堰1. 矩形宽顶堰无侧向收缩的自由溢流()gv h g v H H cc 222200∑ζ+α+ξ=α+=流量系数kk m ξ−ϕ=12/302H g mb Q =()00112k k k gH bkH Q −ϕ=ξ−ϕ=3638390.3550.3460.3400.3340.3300.3270.80.70.60.50.40.340八字形翼墙进口的平底宽顶堰流量系数0.3730.3750.3760.3750.3650.3690.3700.3690.3600.3640.3660.3640.3560.3640.3660.3640.3520.3580.3600.3580.3500.3560.3580.3560.3480.3540.3570.3540.3460.3520.3550.3520.3440.3510.3540.3510.3430.3500.3530.3500.51.02.03.00.80.70.60.50.40.30.20.10.0b/B41m s边孔流量系数m = 0.385，用弗朗西斯公式43．宽顶堰流动的淹没系数（有坎、无坎）求流经直角进口无侧收缩宽顶堰的流量Q。
迷宫堰的特点及优越性
迷宫堰的特点及优越性武剑;孙森林;邵继梅【期刊名称】《河北水利》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】1页(P45-45)【作者】武剑;孙森林;邵继梅【作者单位】河北省水利水电勘测设计研究院;河北省水利水电勘测设计研究院;河北省水利水电勘测设计研究院【正文语种】中文迷宫堰亦称“折线型堰”是堰顶平面形状为锯齿形的一种特殊堰型，它的溢流前沿宽度比直线形堰长几倍,在较低水头时具有较大的过流能力,加上它的经济、高效、方便布置和便于管理等特点，非常适合于泄水宽度受限，但又需提高泄流能力的泄水建筑物中。
迷宫堰在我国水利工程中应用较晚，但国内在水库溢洪道改造中应用迷宫堰，积累了很多经验，取得了巨大的效益。
1. 迷宫堰的特点迷宫堰平面上是由一串首尾相接的三角形、梯形或矩形等几何结构组成，堰顶轴线呈折线，状如锯齿。
在堰顶轴线特征上，迷宫堰有明显区别，迷宫堰用连续折线代替传统的直线布置形式，具有了数倍于直线的泄水前沿。
依据单宫形状的不同，迷宫堰在平面上分为三角形和梯形的布设。
水力特性表现最优秀的是三角形布设，缺点是溢流水舌之间的干扰程度过高。
因此，为了便于工程施工施工，一般采用接近三角形的梯形进行工程布设。
迷宫堰还可以设置调整段，进行一级缩窄，也可布置成二级缩窄，此时应验算堰后最小堰高是否满足自由出流。
迷宫堰水流是三元流，既有正堰水流，又有侧堰水流。
水流经过堰顶后，会集中下泄，相互撞击的三股水流使得迷宫堰的水力特性比直线堰更为复杂。
普通的泄流函数很难解析计算，实际应用中多用因次分析法与试验相结合的一元流的分析方法，并以计算机辅助求解。
依据能量守恒定律和缓变流的连续性原理可知。
水流从引渠进入上游宫室时，过水断面突然收缩从而引起水面下降，邻近两侧堰时，水位又上升，总的趋势是上游水面线先降后升，下游则先升后降，致使堰前水头小于引渠的工作水头。
自引渠经宫室到溢流，堰顶平均水面线越来越接近库水位时，其泄流能力增大，迷宫堰的性能更好。
实用堰水力计算公式
实用堰水力计算公式游水位较低水流在流出堰顶时将产生第二次跌落4 不可忽略同一堰当堰上水头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1-1C-C近似假设渐变流以堰顶为基准面列两断面能量方程作用水头与H有关引入一修正系数k则机修正系数k取决于堰口的形状和过流断面的变化代入上式整理得式中堰宽流速系数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1①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已考虑流速影响的薄壁堰的流量系数的确定矩形薄壁8的流量系数由1898年法国工程师Basin提出经验公式为式中堰上水头m上游堰高 m适用条件2当流量较小时堰上水头较小时采用三角形薄壁堰⑴公式取微元则流量表达式为设为处水头则由几何关系代入式得积分得当时实验得于是当时经验公式为式中以顶点为起点的堰上水头m流量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12 曲线形实用堰折线形实用堰3与实用堰的具体曲线类型有关也与堰上水头有关一般曲线型的实用堰可取折线型实用堰可取三实用堰所受影响1淹没式出流当堰下游水位超过堰顶标高时即淹没式出流公式设为淹没系数与淹没程度有关淹没式实用堰的流量公式为具体见P169 表8-12堰宽＜堰上游渠道过堰水流发生侧向收缩泄流能力减小用侧面收缩系数表示堰流流量为侧面收缩系数一般取值§8-5 宽顶堰一自由出流1 直角形按进口纵剖面的形式圆弧形阻力泄流能力不同流量系数不同斜角形2 流量系数取决于堰口的类型和相对堰高的经验公式和经验数据如下⑴矩形直角进口宽顶堰当时当时⑵矩形圆弧进口宽顶堰当时二淹没式出流下游水位高于堰顶且使堰顶水流由急流变缓流1特点①过堰水流水位＜下游水位②水流由急流→缓流充分条件③堰过水能力下降2淹没式堰流的充分条件是3计算公式淹没系数取值范围见P171 表8-2三侧向收缩的影响1 A流道断面面积变化水流在惯性的作用下流线发生弯曲产生附加的局部阻力造成过流能力降低其影响用收缩系数表示2自由出流收缩系数与堰宽和渠道的比值边墩的进口形状及进口断面变化有关的经验公式为墩形系数矩形边缘圆形边缘例8-1 见P171§8-6 小桥孔径的水力计算一①具有侧向影响造成局部阻力②桥孔前水位整齐桥孔内流速增加造成第一次水面跌落③桥孔后流速减小产生局部阻力造成第二次水面跌落2水流在缓流河道中由于桥墩或桥的边墩侧向收缩使水流过水断面减小造成的3分类自由出流淹没出流二自由出流12一般桥的下游水深桥下渠道的临界水深桥下水深对于矩形桥进口断面把代入上式得3列1-12-2能量方程式中令垂直收缩系数具体数据由小桥进口形状而定平滑进口非平滑进口流速小桥考虑侧向收缩侧向收缩系数小桥孔径流速系数与侧面收缩系数数据见P174 表8-3三淹没出流1淹没出流当小桥下游水深时下游水位将影响桥的过水能力此流动成为淹没出流2特点①下游②小桥水面上只发生一次跌水3计算公式例8-2 见0174堰流明渠缓流溢过建筑在渠道中的障碍物的流动障碍物称为堰在工程中障碍物为坝桥涵溢流设备等它们使上游水位壅高对堰流起侧向收缩和底坎约束的作用明渠急流流过障碍物产生不同于堰流的水力现象当流经侧收缩段时发生冲击波堰流主要研究水流流经堰的流量与其他特征量的关系表示堰流特征量除流量外尚有堰宽即水流漫过堰顶宽度堰顶水深即堰上游水位在堰顶上的最大超高堰壁厚度和它的剖面形状下游水深及下游水位高出底坎的高度为堰高为堰下游坎高0为趋近流速如图[堰流]所示堰的分类根据堰壁的相对厚度的大小分为薄壁堰 067 实用断面堰 067 25 和宽顶堰 25 10 按上游渠宽对过堰水流的收缩作用分为上游渠宽大于堰宽的有侧收缩堰＝时的无侧收缩堰按下游水位对过堰水流的淹没作用分为自由堰流和淹没堰流当一定流量流经堰时若下游水位较低 0 下游水位不影响上游水位称为自由堰流若下游水位较高＞0 下游水位影响上游水位称为淹没堰流流量计算堰流流量公式为[0648-01]或 [0648-02]式中＝＋2为堰流流量系数与堰的进口尺寸和／有关一般分别按薄壁堰实用断面堰和宽顶堰通过实验求得经验公式或数据为计及趋近流速水头2[kg2]的流量系数为侧收缩系数与引水渠及堰的尺寸有关亦由实验求得当无侧收缩时＝1为淹没系数一般分别按薄壁堰实用断面堰和宽顶堰由实验求出[kg1]与的关系当为自由堰流时＝1为重力加速度薄壁堰主要用作量测流量的设备在距离堰壁上游三倍以上水头的地方测出水头可直接计算流量堰口为矩形的无侧收缩自由薄壁堰的流量公式为[0648-03]堰口为直角三角形的流量公式为＝14适用范围为≥2≥ 3～4实用断面堰主要作为蓄水挡水构筑物的溢流坝和净水构筑物的溢流设备用途较广形式多样低溢流堰的堰身断面常为折线形而用混凝土修筑的中高溢流堰的堰身则做成适合水流情况的曲线形流量系数根据堰顶剖面外形而采取不同值沿用较广的克-奥曲线型剖面适用于≥3～5的高堰流量系数＝049美国WES标准剖面其设计水头的流量系数＝0502实验流量计算也要考虑上游收缩和下游淹没条件宽顶堰在工程中是很常见的如小桥涵过水构筑物当闸门全开时的节制闸分洪闸等均是当满足＝－＜08时为自由式宽顶堰无侧收缩自由式宽顶堰的流量系数为[kg1]的经验函数关系直角进口 3时＝032 3时＝032001[684-01]。
第八章 堰流及闸孔出流1213
若不计行近流速的影响；上式中闸孔自由出 µbe 2 gH 0 Q µ
bhc beε 2 ε2 流的流量系数µ用（8-22）式计算。则 vc = = = 2 gH 0
0.60− 0.176×0.2 vc = 4.43× 5 = 9.04m/ s 0.619
35
收缩断面的共轭水深为 因为
0.619 9.04 2 hc" = ( 1+ 8 − 1) = 2.91m 2 9.80 × 0.619
3
2
= 3600 m 3 / s
按第三次求得的流量计算得
v04 = 4.32m / s
因为Q4与Qm H = 11.91m h = 0.91 3相当接近 求的 Q＝3690m3/s，v0=4.23m/s。 Q
v04
04
4
。故可认为所 Q4 = 3690m 3 / s
− Q3 = 0 . 27 % Q4
20
2．流量系数m 当P1＝7m， 1
P 7 = = 3.5 H 2
时，对堰顶入口为圆弧形的宽顶
堰，流量系数m=0.36。 3．淹没系数 σ s 由 hs = h1 − P2 = 2.5 − 0.7 = 1.8m 因为
0.8 H 0 = 0.8 × 2.1 = 1.68m
，故为淹没出流。 ，从表8-2查得
e 1 = = 0.2 < 0.65 先判别闸孔出流的性质： H 5
由表8-7，当e/H＝0.2时，垂直收缩系数ε2 ＝0.619， 则收缩水深为
hc = ε 2 ⋅ e = 0.619 × 1 = 0.619m
34
" hc 由下式计算 收缩水深hc的共轭水深
hc vc2 hc" = ( 1 + 8 收缩断面的流速vc为 gh − 1) 2 c
第10章 堰流
v H 0 = H + α 0 0 为包括行近流速水头的堰上水头, 为包括行近流速水头的堰上水头, 现设 2g
2
是修正系数， 又令 hc 0 = kH 0 ，k 是修正系数，它取决于堰口的形 状和过流断面的变化， 状和过流断面的变化， a 与 a0 为相应断面的动能修正系数 ζ 是局部阻力系数
1 vc = 1− k 2gH0 = ϕ 1− k 2gH0 α +ζ
宽顶堰进口情况
矩形直角进口宽顶堰
p 0 ≤ ≤ 3.0 H
p >3 H
矩形修圆进口宽顶堰
m = 0.32 + 0.01
p 3− H p 0.46 + 0.75 H
m = 0.32
p 0≤ ≤ 3 .0 H
p > 3.0 H
p 3− H m = 0.36+ 0.01 p 1.2 +1.5 H m = 0.36
hs =h−p′ >0
宽顶堰溢流淹没
形成淹没堰流溢流的充分条件： 形成淹没堰流溢流的充分条件：
hs = h − p ′ > 0.8 H 0
淹没宽顶堰出流的溢流量： 淹没宽顶堰出流的溢流量：
Q = σ s mb 2 g H 0
式中， 式中，
3
2
σs
为淹没系数， 为淹没系数，随淹没程度
hs H 0 的增大而减小
二、堰的分类
1. 薄壁堰
δ < 0.67 H
堰前来流由于受堰壁阻挡，底部水流因惯性作用上弯。当水舌回 堰前来流由于受堰壁阻挡，底部水流因惯性作用上弯。 落到堰顶高程时，距上游壁面约0.67H；当堰顶厚δ<0.67H时， 落到堰顶高程时，距上游壁面约0.67H 当堰顶厚δ<0.67H时 水舌不受堰宽的影响，堰和过堰水流就 水舌不受堰宽的影响， 只有一条边线接触，堰顶厚度对水流无 只有一条边线接触， 影响，故称为簿壁堰。 影响，故称为簿壁堰。薄壁堰主要用作 测量流量的设备。 测量流量的设备。
第八章-堰流-闸孔出流.讲义
三角形薄壁堰流量公式：
QC0H5/2
•当堰口夹角 900 时，
C 01.35 0 4 .H 00 4 0.1 40.P 2 1 H B0.0 9 2
或 C0 1.4
•当堰口夹角 900 时，
C 0 2 .3t6 g 2 1 0 .5 5 0 .0 31 tg 2 9 c 5 t2 g 0 .0 00 .0 5 H 0 1 0
0.5 1.0 2.0 0 0
ctg1
34 5
10
000
堰下游坡度
ctg2 0.5 0 0 1 2
0 0 0 0 3 5 10
/ H 0.4
流 量
～ =0.4 ～1 0.38
0.42 0.41 0.4
0.38 0.4
0.39 0.38 0.36 0.37 0.35 0.34
系 / H 0.36
数
淹没出流 Qmb2gH0 3/2
淹没系数
若堰顶的过流宽小于上游河宽，此时的堰流出现 有侧收缩，反之，为无侧收缩。
有侧收缩 Q1mb2gH0 3/2
1 侧收缩系数
17
（1）自由出流
hs
H
ht P2
堰下游水位较低（ hs(0.7 50.8)5 H 0），堰的过 流能力不受影响。
18
H
C
hs
ht
自由出流特点：两次降落，一次微升；收缩断面 后的堰顶水流为急流。
6
堰流、闸孔出流共同点 1、水流或多或少受到水闸或溢流坝等建筑物的 约束，从而壅高上游水位。 2、过堰、过闸水流属于明渠急变流。 ３、水头损失主要是局部水头损失。
7
堰、堰流的参数 0
H
V0
P1
P2
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文章编号 ：０ １ ５ ８ ｆ０ ２０ —０ ７０ １０ ４ ５ ２０ 】２０１ —４ ３
折 线型实 用堰过流能力研究
童海鸿 艾克 明 丁新 求 ， 。
（ １长沙 电力学院 水利水 电工程 系、 湖南 长沙 ４ ０ １ ： 湖南省 水利 水电勘测设计总 院． １０ ５２ 湖南 长沙 ４ ００ ） １０ ７
关于薄壁堰 向折线型实用堰过渡的界限， 综合 各家试验资料 ， 结论大体接近， 但略有差异。
（） 列 津 斯 基 ： 顺 进 口的 溢 流 堰 ， ／ ＜ １别 圆 ８Ｈ ０ ３或 直 角 进 口 的溢 流 堰 ， ／ ＜ ０ ６ ， 薄 壁 ， ８Ｈ ．时 为
堰 ｅ；
根据有关资料 ， 我们绘制了 ｍ 与 （ ９卷 第 ２期
２００ ２年 ２ 冗
长 江
科
学
院
院
报
血 ｌ ｓ ｌｌ ｎ ｌ ｎｅ ｉ
Ｊ ａ ｍｌ ｆ ａ ｇｚ ｖｒ￣ｉ ｔ ｅＲ ｏ ｎ ｎ ｔｅＲｉ ｏＹ ｅ ｅ ｉ ｎ ｆ ｉ
Ⅷ １ ９ Ｎｏ ２ Ａｐ ．２０ ０２ ｔ
１ 折 线 型 实 用堰 的界 定
１ １ 堰 顶厚度 的影 响 ．
文献 ［ ］ ４ 表 明 ， 堰顶 厚 度 ０６ １ ～［ ］ 当 ．７Ｈ≤ ＜ ２ ５Ｈ（ 为未计 入行 近流 速水头 在 内的堰 上 水头 ） ． Ｈ 时， 堰顶 水流 表面 虽 然具 有 如 薄 壁 堰水 流 类 似 的弯 曲形状 ， 但堰 顶厚 度 的变化 已经影 响堰 的过 流能 力
关 键 词： 折线型实 用堰 ； 流量系数 ； 型系数 ； 堰 自由泄流 文献标识码 ： Ａ 中图分类号 ： ｖｌ２ ２ ３ ．２ ｒ
鉴 于 折线 型 实用 堰 的 流 量 系数 较 宽顶 堰 大 ， 而
高Ｐ／ ＝０ ３ －２ ０ ，ｚ Ｏ关 系 曲线 的转折 点 Ｈｏ ３ ．时 ” 与
摘要 ： 折线 型实用堰作 为低堰ｒ Ｔｑ 中小型水利工程 。通过整理前人研究成果 ． ２ｔ ： ， Ｉ 以及对实测 试验 资料进 行分析 ， 提
出了折线型实片 堰的界限范 围： ７ ／ ｊ ０ ６ ＜占 Ｈ≤ １５ ２ ０ ＲＯ ５ Ｐ／ 给出了 自由泄流时流量系数的计算公式。 － ． ．≤ Ｈ．
１２ 上游堰 高的 影 响 如上 所述 ， 顶 相 对厚 度 对堰 流 的分 类 具 有决 堰 定意 义 ， 但堰 的 上游 相 对 堰 高 Ｐ／ 对 堰 流 流 态 也 Ｈ 有着不 可忽视 的影 响 。其主要 原 因在 于 ： （） １堰顶 相对 厚度 虽然 较小 （ 比如 ８ Ｈ ＝０ ３ ／ ．～ ０５ ， ）但如 果 Ｐ／ 过 小 ， 堰顶 的水舌 下缘不 一定 Ｈ 则
＋ ０９ １ １
０ ６ 时 为薄壁 堰 。 ．７
综上 所述 ， 堰顶厚 度对 折线 型实用堰 的影 响 ， 主 要 体现在 过堰水 流 纵 向是 否能 够 充分 收缩 ， 其 表 使 面形成纯 曲线 水流 ， 且 水舌 下缘不存 在 自由空气 。 并 其过渡 界限与 进 口形 状 有关 ， 般 堰顶 厚度 范 围是 一
② Ａ Ｐ 别列津斯基 溢流堰的泄流能力 水利工程建设 Ｉ５ ，３ 见 ： ． ９ １ （ ）（ 湖南省水利水 电勘测设计院 ： 水利水电译文 １７ ，２ ：１１ ） ９ ８ （ ） １— ５ 作者筒 介： 童海鸿（ ９ ８） 男， １６ 一． 湖南桃源人 ， 长沙电力学 院水利水 电工程系讲 师 ， 从事水工水力学与治河工程研究．
收稿 Ｅ期 ：０ １１ １ ｔ ２ ０ ９ Ｉ ① 吉 川 秀 走 幅 厚 寸 午 流 量 系 数 关 卡 研 究
１ ） ３
士术 研 究 所 报 告 ｉ３号 （ 湖 南 省 水 利水 电勘 测 ｜ 院 ： 利水 电译 文 １７ ，４ ： — ｌ ｌ 见： 量汁 水 ９ ８ （ ）８
Ｊ１ ０
其结构型式与施工技术又较曲线 型堰简单 ， 中小 在 型 水利 工程 中具 有 良好 的应 用 前 景 因此 ， 其 过 对 流 能力 进行 分析研 究 ， 着重要 的实 用意 义 。 有
大约 发 生在 ｄ ＨＩ ．处 ； ／ ． ６ 当堰 的上 游坡 为铅 直 面 ＝１ 时， 上述 转折 点 约 出现 在 ａ Ｈ １２ 。 由此 分 析 ／ ＝ 处 可得 ： 线型实 用堰 向 宽顶 堰 过渡 的界 限一 般 发 生 折 在 ／ ＝ １２ １６ｑ。进 口 圆顺 或 上 游 坡 较 缓 Ｈｏ ． ～ ￣： Ｊ 时 ， Ｈ 的 过渡 点 发 生 较 晚 ， 直进 口时 ， 过 渡 ／ 铅 则 点 相 对 出现较早 。
时 ， 着 ｄ Ｈ 的 随 ／
减 小 ，流 量 系 数
‘
值 迅 速 增 大； 而 当 ８ Ｈ ．３ ／ ＞１３
ｍ
～ ● 、
【ｌ １ｌ ｌｒ
Ｉ ｌ ｌ
＼ Ｉｉｌ 。１１’ ～ ４上 ——
ｖｆ ｌ，
０ ６ ＜ｂ Ｈ≤ （ ～２０ 。此 结论 与文献 ［ ７ ＇ ／ １５ ） ７ 一 致 ， 而说 明该堰顶 厚 度范 围是 比较 合理 的。 从
时 ， 着 ８ Ｈ 的 随 ／ 增大， 值 减 小
图１
Ｆｉ ｇ１
￣
甚 微 ， 明水 流 此 表 时 已 进 入 与堰 宽 无 关 的 宽 顶 堰 范
与（ ｊ 系图 关
ｖ 【 ） ｓ
围。对文献［ ５ 的 资料 做类 似分 析 ， 发现 当 堰 的上 游 坡 Ｓ ３ 相对 堰 ，
Ｊ ０ 』
（ ） ｏ ｉｄ ａ ２ Ｇ ｖｎ ａＲ ０和 Ｍｕａｉｈ ｒ ｄ Ｈ ≤ ０ ５ ｒｌ ａ： ／ ｄ ．３～
近流速 水 头 在 内 的 堰上 水 头 ） 的关 系 图 （ 图 １ 。 见 ）
从 中可 以看 出 ： 约
当 ８ Ｈｏ＜ ｌ ３ ／ ３
｝ ｝ ａ ， Ｉ‘ 却 ３ ・ ０ ｍ 。 １０ １ ６