第8章堰流及闸孔出流

1、前进主要内容主要内容堰流与闸孔出流堰流与闸孔出流的判别堰流的分类堰流的基本公式薄壁堰流的水力计算实用堰流的水力计算宽顶堰流的水力计算堰流水力计算实例闸孔出流的基本公式底坎为宽顶堰型的闸孔出流底坎为曲线型实用堰的闸孔出流结束闸孔出流水力计算实例既能挡水，又能过水的水工建筑物，称为既能挡水，又能过水的水工建筑物，称为堰堰。堰堰 流流闸孔出流闸孔出流堰流不受闸门控制堰流不受闸门控制水面为一条光滑的水面为一条光滑的曲线，而闸孔出流曲线，而闸孔出流受闸门的控制水面受闸门的控制水面在闸门处不连续。在闸门处不连续。v都是上游壅水，水都是上游壅水，水流在重力作用下运动，流在重力作用下运动，将势能转化为动能的将

2、势能转化为动能的过程；过程；v都是急变流，能量都是急变流，能量损失主要是局部水头损失主要是局部水头损失。损失。返回堰、闸水流的判别堰、闸水流的判别HeHe堰堰 流流闸孔出流闸孔出流0.75eH0.75eH0.65eH0.65eH返回堰流的分类堰流的分类堰的堰的外形及厚度外形及厚度不同，其能量损失及过水能力也会不同不同，其能量损失及过水能力也会不同堰高P1堰高P2堰顶厚度堰顶厚度堰顶厚度堰宽b堰顶水头HHH按按/H分类分类/H0.67 薄壁堰流薄壁堰流0.67/H2.5 实用堰流实用堰流2.5/H10 宽顶堰流宽顶堰流曲线形曲线形折线形折线形有坎有坎无坎无坎前进按下游水位是否对过堰按下游水位是否

3、对过堰水流有顶托阻水的影响水流有顶托阻水的影响自由堰流自由堰流淹没堰流淹没堰流按有无侧向收缩按有无侧向收缩无侧收缩堰流无侧收缩堰流 b=B有侧收缩堰流有侧收缩堰流bB返回堰流的基本公式堰流的基本公式应用能量方程式可推得32102sQm bg H过堰流量过堰流量堰宽堰宽堰顶全水头堰顶全水头2002VHHgHV0流量系数流量系数侧收缩系数侧收缩系数淹没系数淹没系数111s水力计算类型水力计算类型计算过堰流量计算过堰流量Q计算堰上水头计算堰上水头H设计堰宽设计堰宽b返回薄壁堰流的水力计算薄壁堰流的水力计算 薄壁堰流具有稳定的水头和流量的关系，常作为薄壁堰流具有稳定的水头和流量的关系，常作为水力模型或

4、野外测量中一种有效的量水工具。水力模型或野外测量中一种有效的量水工具。v当矩形薄壁堰无侧收缩，自由当矩形薄壁堰无侧收缩，自由出流时，水流最为稳定，测量精出流时，水流最为稳定，测量精度也较高；度也较高；v堰上水头不宜过小（应大于堰上水头不宜过小（应大于2.52.5m m）；）；v水舌下面的空间通气良好；水舌下面的空间通气良好；Hv三角形薄壁堰适用于小流量的量测；v直角三角形薄壁堰的计算公式可简化为520QC H返回实用堰流的水力计算实用堰流的水力计算剖面形状设计剖面形状设计克里格奥菲采洛夫剖面WES剖面渥奇剖面Hd前进淹没条件：0200.152shHPH实用堰系数确定实用堰系数确定WES堰 md

5、=0.502； 克奥堰 md=0.49；011 2(1)aPHKnKnb Hhsht32102sQmbg H 返回宽顶堰流的水力计算宽顶堰流的水力计算流量系数111130.320.010.460.7503,3,0.32PHmPHPPmHH时111130.360.011.21.503,3,0.36PHmPHPPmHH时淹没条件00.8shHhs侧收缩系数041131(1)0.2bbBBPH32102sQmbgH 返回 例题1：如图所示直角进口堰，堰顶厚度=5m，堰宽与上游矩形渠道宽度相同，b=1.28m，求过堰流量。P1=0.5mH=0.85mht=1.12m解：（1）判别堰型55.880.85

6、H所以该堰为宽顶堰（2）确定系数10.50.5930.85PH1130.320.010.34660.460.75PHmPH11Bb 200.730.81sstshhhPHHH（3）第一次近似计算流量设H01=H=0.85m332231020.3466 1.2819.60.851.54/QmbgHms前进（4）第二次近似计算流量3322320220.3466 1.2819.60.891.65/QmbgHms222011022201.540.850.892219.6 (1.28 1.35)VQHHHmggA3322330320.3466 1.2819.60.901.68/QmbgHms222022

7、032201.650.850.902219.6 (1.28 1.35)VQHHHmggA（5）第三次近似计算流量3231.68 1.651.79%1.68QQQ符合要求（6）验证出流形式203030.6890.8sthhPHH仍为自由出流，故所求流量为1.68m3/s。前进 例题2：如图所示直角进口堰，堰顶厚度=5m，堰宽与上游矩形渠道宽度相同，b=1.28m，求过堰流量。P1=0.5mH=0.85mht=1.3m解：（1）判别堰型55.880.85H所以该堰为宽顶堰（2）确定系数10.50.5930.85PH1130.320.010.34660.460.75PHmPH11Bb 200.940

8、.8ssthhhPHHH（3）第一次近似计算流量33223110120.7 0.3466 1.2819.60.851.08/sQmbgHms设H01=H=0.85m， 查表8.2得s1=0.70010.94shH前进（4）第二次近似计算流量33223220220.78 0.3466 1.2819.60.871.24/sQmbgHms查表8.2得s2=0.78020.92shH222011022201.080.850.872219.6 (1.28 1.35)VQHHHmggA（5）第三次近似计算流量33223330320.82 0.3466 1.2819.60.881.33/sQmbgHms查表

9、8.2得s3=0.82030.91shH222022032201.240.850.882219.6 (1.28 1.35)VQHHHmggA前进（6）第四次近似计算流量33223440320.82 0.3466 1.2819.60.881.33/sQmbgHms查表8.2得s4=0.82040.91shH222033042201.330.850.882219.6 (1.28 1.35)VQHHHmggA4341.33 1.3301.33QQQ符合要求，故所求流量为1.33m3/s。返回闸孔出流的基本公式闸孔出流的基本公式02sQb eg H过闸流量过闸流量闸宽闸宽闸孔全水头闸孔全水头2002V

10、HHg流量系数流量系数淹没系数淹没系数Heht取决于闸底坎的形式、闸门的类型和闸孔的相对开度e/H值。闸门开启高度闸门开启高度返回底坎为宽顶堰型的闸孔出流底坎为宽顶堰型的闸孔出流自由出流自由出流水跃在临界式或远离式位置处淹没出流淹没出流水跃在淹没式位置处i1=0KKhtcc流量系数0.600.176eH平板闸门弧形闸门(0.970.81)(0.560.81)180180eH淹没系数02sQbegH 查图8.34前进例题：矩形渠道中修建一水闸，采用平板闸门，闸底板与渠底齐平，闸孔宽等于3m，已知行近流速v0=0.8m/s，闸前水深H=5m，闸门开启高度e=1.0m，下游水深ht=3.5m，求过闸

11、流量。解：（1）判别是堰闸出流10.20.655eH故为闸孔出流（2）确定流量系数0.600.1760.56eH（3）设下游为自由出流，计算过闸流量3020.56 1 319.6 5.0316.68/QebgHms htHhc22000.855.03219.6VHHmg前进（4）判别出流是否淹没0.2eH由查表8.7得20.620则收缩断面水深20.62 10.62chem hc的共轭水深23238( 11)20.628 5.56( 11)2.929.8 0.62ccchqhghm因ht=3.5m，故 ，闸孔为淹没出流cthh由潜流比 ，查图8.34得3.52.90.28652.9tcchhH

12、h0.72s所以通过闸孔的流量为0320.72 0.56 1 319.6 5.0312.01/sQebgHms 返回底坎为曲线型实用堰的闸孔出流底坎为曲线型实用堰的闸孔出流He02QbegH流量系数0.650.186(0.250.375)coseeHH平板闸门弧形闸门 查表8.9前进例1：某水库溢流坝，采用曲线型堰，堰顶厚度为5m，共5孔，每孔净宽为7m，坝顶设弧形闸门。试求坝顶水头H为5m，各孔均匀开启，开度为1m时，通过闸孔的流量（不计行近流速水头，下游为自由出流）。解：（1）判别堰型515H所以该堰为实用堰（2）判别堰闸出流10.20.755eH所以为闸孔出流（3）确定系数由表8.9查得闸孔流量系数0.667（4）计算过闸孔流量320.667 5 7 1 19.6 5231/QbegHms 所以该工况下，通过闸孔的流量为231m3/s。水库调度图水库放水时间计算前进水库调度图水库调度图H（m）Q（m3/s）e=1me=2me=0.5me=1.5m前进水库放水时间的计算水库放水时间的计算 水