实用堰水力计算公式.doc

1、 游水位较低，水流在流出堰顶时将产生第二次跌落。
2、 4、  时，用明渠流理论解决不能用堰流理论。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：
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、 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
1、 1、  矩形薄壁堰
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：

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、 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： （*）
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、 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：
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
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
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8-1
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：
侧面收缩系数一般取值：

§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：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，
当时，
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（）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、 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：
——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、 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，（—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、 3、  公式推求：
列1-1、2-2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(/<0.67)、实用断面堰(0.67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
               　＝1.4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＝0.49。美国WES标准剖面,其设计水头的流量系数＝0.502。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＝－＜0.8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,＝0.32；/<3时,＝0.32+0.01[684-01]