实用堰水力计算公式

1、 游水位较低，水流在流出堰顶时将产生第二次跌落。 2、 4、 100H时，用明渠流理论解决不能用堰流理论。fh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1-1 C-C（近似假设渐变流） 以堰顶为基准面， 列两断面能量方程：

gvgvhgvHccc22222000

 000

2Hg

vH

作用水头

ch与H有关，引入一修正系数k。则00Hhkc机0kHhco。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：0021211gHkgHkvc 230021HgbkkbRHvbhvQccc

2302Hgmb

式中：b——堰宽

——流速系数 1

m——流量系数，kkm1

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、一、分类： 矩形薄壁堰→较大流量(Q>100L/S) 按堰口形状： 三角形薄壁堰→较小流量(Q<100L/S) 梯形薄壁堰→较大流量

1、 矩形薄壁堰 矩形薄壁堰上下游等宽，堰流无侧收缩。当自由出流时，水流最为稳定，测量精度较高。 为保证下游为自由出流，矩形薄壁堰应满足： ① H > 2.5 cm ，否则堰下形成贴壁流，出流不稳定 ② 水舌下与大气通，否则水舌下有真空，出流不稳定

① ① 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： 2302HgmbQ 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：

2302HgbmQ

0m——已考虑流速影响的薄壁堰的流量系数

0m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：

])(55.01)[0027.0405.0(20pHHHm

式中：H——堰上水头（m） p——上游堰高 （m）

适用条件：mH24.1~25.0 mp75.0~24.0 mb0.2~2.0 2、 2、 三角形薄壁堰： 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：dbhgmdQ2302 （*） 设h为db处水头，则由几何关系：2)(tghHb dhtgdb2 代入*式，得dhhgtgmdQ23022 积分得：dhhgtgmQH0230222 2502254Hgtgm

当90，mH25.0~05.0时，实验得395.00m。于是：254.1HQ 当90，mH55.0~25.0时，经验公式为：47.2343.1HQ

式中H——以顶点为起点的堰上水头（m）Q——流量（sm3） 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、一、实用堰： 1、 1、 用途 挡水、泄流 （水利工程中） 2、 2、 分类： 曲线形实用堰 折线形实用堰

3、 3、 计算公式：2302HgmbQ m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45.00m 折线型实用堰可取42.0~35.00m 一、三、实用堰所受影响 1、 1、 淹没影响

淹没式出流：当堰下游水位超过堰顶标高时，即0phHs 淹没式出流公式：设s为淹没系数，与淹没程度有关，淹没式实用堰的流量公式为：302HgmbQs s具体见P169 表8-1 2、 2、 侧面收缩的影响： 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：2302HgbmQ 侧面收缩系数一般取值：95.0~85.0

§8-5 宽顶堰

一、一、自由出流： 1、 1、 分类： 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、 2、 流量公式：2302HgmbQm流量系数，取决于堰口的类型和相对堰高。 m 的经验公式和经验数据如下：

⑴矩形直角进口宽顶堰：

当0.30Hp时，HpHpm75.046.0301.032.0 当0.3Hp时，32.0m ⑵矩形圆弧进口宽顶堰：

当0.30Hp时，HpHpm5.12.1301.036.0 当0.3Hp时，36.0m 二、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（kkhhhh）充分条件 ③堰过水能力下降

2、淹没式堰流的充分条件是：0'8.0Hphhs

3、计算公式 2302HgmbQs s——淹没系数，取值范围见P171 表8-2

三、三、侧向收缩的影响： 1、 1、 侧向收缩：当堰宽小于上游渠道宽时，水流流入堰口后，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、 2、 计算公式：

自由出流：2302HgmbQ ——收缩系数，与堰宽和渠道的比值Bb边墩的进口形状及进口断面变化有关。

的经验公式为：)1(2.0143BbBbHp

——墩形系数，矩形边缘19.0，圆形边缘10.0

例8-1 见P171

§8-6 小桥孔径的水力计算

一、 1、 1、 流经小桥孔径的水流特点：（水力现象） 与宽顶堰相同 ① ① 具有侧向影响，造成局部阻力 ② 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 ③ 桥孔后流速减小，产生局部阻力，造成第二次水面跌落。 2、 2、 形成原因： 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： 1、 1、 自由出流——当桥的下游水位不影响小桥的过水能力时，水面有明显的两次跌落，这时的小桥出流为自由出流。 2、 2、 特点（判断准则）：

一般桥的下游水深，khh3.1（kh—桥下渠道的临界水深） 桥下水深 kahh

对于矩形桥进口断面：323322)(bgQgbQhk 把kahbvhbvQ)()(''代入上式，得gvhk2'2 3、 3、 公式推求： 列1-1、2-2能量方程： gvgvhgvHa2222200



式中令gvHH22000kzhh 垂直收缩系数1 具体数据由小桥进口形状而定

平滑进口：85.0~80.0 非平滑进口：80.0~75.0 v——流速

)(20ahHgv 

——1

)(20aahHgmbhQ m

（小桥）

考虑侧向收缩 )(20aahHgmbhQ ——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khh3.1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khh3.1 ②小桥水面上只发生一次跌水。hhb 3、计算公式：)(20hHgv)(20hHgmbhQ 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(/<0.67)、实用断面堰(0.67