【水利课件】9 堰流孔出流

1、 9 9 堰流堰流及闸孔出流及闸孔出流 水利工程中，为防洪、灌溉、航运、发电水利工程中，为防洪、灌溉、航运、发电等要求，需修建溢流坝、水闸等控制水流的水等要求，需修建溢流坝、水闸等控制水流的水工建筑物。例如，溢流坝、工建筑物。例如，溢流坝、 水闸底槛、桥孔、水闸底槛、桥孔、无压涵洞进口。无压涵洞进口。bh00v0 图图 堰流堰流堰：堰：顶部过流的水工建筑物顶部过流的水工建筑物l 堰流堰流: : 过堰水流未受闸门控制影响过堰水流未受闸门控制影响 ( (点击）点击） bh00v0 图图 堰流堰流h 图图 堰流堰流l 堰流堰流: : 过堰水流未受闸门控制影响过堰水流未受闸门控制影响 ( (点击）点击

2、） l 闸孔出流闸孔出流：过堰水流受闸门控制时，就是过堰水流受闸门控制时，就是孔流孔流beh00 图图 堰流及闸孔出流堰流及闸孔出流 图图 闸孔出流闸孔出流eh00l 闸孔出流闸孔出流：过堰水流受闸门控制时，就是过堰水流受闸门控制时，就是孔流孔流堰流和闸孔出流是两种不同的水流现象堰流和闸孔出流是两种不同的水流现象 图图 堰流堰流h 图图 闸孔出流闸孔出流eh堰流和孔流是两种不同的水流现象堰流和孔流是两种不同的水流现象beh00 孔流孔流bh00v0堰流堰流l 异同点异同点堰流：水面线为一条光滑曲线；过水能力强堰流：水面线为一条光滑曲线；过水能力强 图图 闸孔出流闸孔出流eh00l 异同点异同点

3、堰流：水面线为一条光滑曲线；过水能力强堰流：水面线为一条光滑曲线；过水能力强 孔流：闸孔上、下游水面曲线不连续；过水能力弱孔流：闸孔上、下游水面曲线不连续；过水能力弱 图图 闸孔出流闸孔出流eh00l 共同点共同点壅高上游水位壅高上游水位在重力作用下形成水流运动在重力作用下形成水流运动明渠急变流：在较短范围内流线急剧弯曲，有离心力明渠急变流：在较短范围内流线急剧弯曲，有离心力 出流过程的能量损失主要是局部损失出流过程的能量损失主要是局部损失beh00 孔流孔流 图图 堰流堰流hl 共同点共同点壅高上游水位壅高上游水位在重力作用下形成水流运动在重力作用下形成水流运动明渠急变流：在较短范围内流线急

4、剧弯曲，有离心力明渠急变流：在较短范围内流线急剧弯曲，有离心力 出流过程的能量损失主要是局部损失出流过程的能量损失主要是局部损失beh00 孔流孔流 图图 堰流堰流hl 共同点共同点壅高上游水位壅高上游水位在重力作用下形成水流运动在重力作用下形成水流运动明渠急变流：在较短范围内流线急剧弯曲，有离心力明渠急变流：在较短范围内流线急剧弯曲，有离心力 出流过程的能量损失主要是局部损失出流过程的能量损失主要是局部损失beh00 孔流孔流 图图 堰流堰流hl 共同点共同点壅高上游水位壅高上游水位在重力作用下形成水流运动在重力作用下形成水流运动明渠急变流：在较短范围内流线急剧弯曲，有离心力明渠急变流：在较

5、短范围内流线急剧弯曲，有离心力 出流过程的能量损失主要是局部损失出流过程的能量损失主要是局部损失beh00 孔流孔流 图图 堰流堰流hl 相对性相对性： 堰流和孔流是相对的堰流和孔流是相对的堰流和孔流取决于：堰流和孔流取决于：闸孔相对开度闸孔相对开度闸底坎及闸门闸底坎及闸门( (或胸墙或胸墙) ) 型式型式上游来流条件（涨水或落水）上游来流条件（涨水或落水）beh00 孔流孔流 图图 堰流堰流hl 相对性相对性： 堰流和孔流是相对的堰流和孔流是相对的堰流和孔流取决于：堰流和孔流取决于：闸孔相对开度闸孔相对开度闸底坎及闸门闸底坎及闸门( (或胸墙或胸墙) ) 型式型式上游来流条件（涨水或落水）上

6、游来流条件（涨水或落水）beh00 孔流孔流 图图 堰流堰流hl 相对性相对性： 堰流和孔流是相对的堰流和孔流是相对的堰流和孔流取决于：堰流和孔流取决于：闸孔相对开度闸孔相对开度闸底坎及闸门闸底坎及闸门( (或胸墙或胸墙) ) 型式型式上游来流条件（涨水或落水）上游来流条件（涨水或落水）beh00 孔流孔流 图图 堰流堰流hl 相对性相对性： 堰流和孔流是相对的堰流和孔流是相对的堰流和孔流取决于：堰流和孔流取决于：闸孔相对开度闸孔相对开度闸底坎及闸门闸底坎及闸门( (或胸墙或胸墙) ) 型式型式上游来流条件（涨水或落水）上游来流条件（涨水或落水）beh00 孔流孔流 图图 堰流堰流h式中：式中

7、：e 闸孔开度；闸孔开度； h 堰上水头堰上水头平顶堰：平顶堰： e /h 0.65 孔孔 流流 e/h 0.65 堰堰 流流 图图 闸孔出流闸孔出流eh00曲线型堰：曲线型堰：e/h 0.75 孔流孔流 e/h 0.75 堰流堰流 式中：式中：e 闸孔开度；闸孔开度；h 堰上水头堰上水头beh00 图图 曲线型堰上的孔流曲线型堰上的孔流 堰流及孔流是水利工程中常见的水流现象，堰流及孔流是水利工程中常见的水流现象，其水力计算的主要任务是研究过水能力。其水力计算的主要任务是研究过水能力。 堰闸出流水力特性堰闸出流水力特性 堰闸水力计算堰闸水力计算 9.4 9.4 实用堰实用堰 9.1 9.1 堰

8、的分类堰的分类 9.2 9.2 堰流的基本公式堰流的基本公式 9.3 9.3 薄壁堰薄壁堰 9.5 9.5 宽顶堰宽顶堰 9.6 9.6 闸孔出流闸孔出流 水利工程中，常根据不同建筑材料，将堰作成不水利工程中，常根据不同建筑材料，将堰作成不同类型。同类型。例如，溢流坝常用混凝土或石料作成较厚的例如，溢流坝常用混凝土或石料作成较厚的曲线或者折线型；实验室量水堰一般用钢板、木板作曲线或者折线型；实验室量水堰一般用钢板、木板作成薄堰壁。成薄堰壁。 堰外形、厚度不同，能量损失及过水能力不同堰外形、厚度不同，能量损失及过水能力不同当水流接近堰顶，流线收缩，流速加大，自由表面逐渐下降当水流接近堰顶，流线收

9、缩，流速加大，自由表面逐渐下降hp1v011v1p200hp1v011v1p200堰前断面：把堰上游水面无明显下降的堰前断面：把堰上游水面无明显下降的0-0 断面断面堰上水头：堰前断面堰顶以上的水深，用堰上水头：堰前断面堰顶以上的水深，用h 表示表示hp1v011v1p200 行进流速：堰前断面的流速称为行进流速，用行进流速：堰前断面的流速称为行进流速，用v0 表示表示 堰前断面距离上游壁面的距离：堰前断面距离上游壁面的距离： l =（35) h 研究表明，流过堰顶的水流型态研究表明，流过堰顶的水流型态 随堰坎厚度与堰顶水头之比随堰坎厚度与堰顶水头之比 /h 而变而变工程上，按工程上，按与与h

10、 的大小将堰流分的大小将堰流分 薄壁堰薄壁堰 实用堰实用堰 宽顶堰宽顶堰 越过堰顶的水越过堰顶的水舌形状不受堰厚影舌形状不受堰厚影响，水舌下缘与堰响，水舌下缘与堰顶为线接触，水面顶为线接触，水面呈降落线。呈降落线。hp1v011v1p200l 薄壁堰：薄壁堰：/h 0.67 由于堰顶常作成锐缘形，故薄壁堰也称锐缘堰由于堰顶常作成锐缘形，故薄壁堰也称锐缘堰l 实用堰流：实用堰流：0.67 /h 2.5水利工程，常将堰作成曲线型，称曲线型实用堰水利工程，常将堰作成曲线型，称曲线型实用堰 00v0h11l 实用堰流：实用堰流：0.67 /h 2.5 堰顶加厚，水舌下缘与堰顶为面接触，水舌受堰顶约束堰

11、顶加厚，水舌下缘与堰顶为面接触，水舌受堰顶约束和顶托，已影响水舌形状和堰的过流能力。和顶托，已影响水舌形状和堰的过流能力。00v0h11h00p1p211v1v0折线型实用堰：水利工程，常将堰作成折线形折线型实用堰：水利工程，常将堰作成折线形 l宽顶堰：宽顶堰：2.5/ h 10h00p1p2v011v1 宽顶堰堰顶厚度对水流顶托非常明显宽顶堰堰顶厚度对水流顶托非常明显 水流特征：水流在进口附近的水面形成降落水流特征：水流在进口附近的水面形成降落有一段水流与堰顶几乎平行有一段水流与堰顶几乎平行下游水位较低时，出堰水流二次水面降下游水位较低时，出堰水流二次水面降h00p1p2v011v1l明渠水

12、流：堰坎厚度明渠水流：堰坎厚度10hp1i ikkkh国贸课程讲义 9.4 9.4 实用堰实用堰 9.1 9.1 堰的分类堰的分类 9.2 9.2 堰流的基本公式堰流的基本公式 9.3 9.3 薄壁堰薄壁堰 9.5 9.5 宽顶堰宽顶堰 9.6 9.6 闸孔出流闸孔出流9.2 9.2 堰流的基本公式堰流的基本公式对堰前断面对堰前断面0-0和堰顶断面和堰顶断面1-1列能量方程列能量方程基准面：通过堰顶的水平面基准面：通过堰顶的水平面v011v1p200hp1分析：分析：0-0断面为渐变流断面为渐变流1-1 断面为急变流（流线弯曲）断面为急变流（流线弯曲）1-1 断面测压管水头的平均值断面测压管水

13、头的平均值 pzv011v1p200hp1v011v1p200hp1 v1 1-1 断面的平均流速断面的平均流速 v0 0-0 断面的平均流速断面的平均流速 局部阻力系数局部阻力系数gvpzhgvh2221110200 )( v011v1p200hp1 v1 1-1 断面的平均流速断面的平均流速 v0 0-0 断面的平均流速断面的平均流速 局部阻力系数局部阻力系数gvpzhgvh2221110200 )( v011v1p200hp1gvhh2211100)(0011211100021110200212 :let22hhgvgvhhhpzgvpzhgvh ()()()(v011v1p200hp1

14、gvhh2211100)(0011211100021110200212 :let22hhgvgvhhhpzgvpzhgvh ()()()(v011v1p200hp1gvhh2211100)(0011211100021110200212 :let22hhgvgvhhhpzgvpzhgvh ()()()(gvhh2211100)(0hpz gvhh2211100)(23010010101001121110002111020021)(2coefficent:let)(2)(12)( :let2)(2hgbkhhgbkhavqkbkhahhgvgvhhhpzgvpzhgvh v011v1p200hp1

15、gvhh2211100)(0hpz gvhh2211100)(23010010101001121110002111020021)(2coefficent:let)(2)(12)( :let2)(2hgbkhhgbkhavqkbkhahhgvgvhhhpzgvpzhgvh v011v1p200hp1gvhh2211100)(23011230100101010011211100021110200211:let1:let212coefficent:let212 :let22hgmbqkkmhgbkhhgbkhavqkbkhahhgvgvhhhpzgvpzhgvh )(:()()()( 流速系数流速系

16、数 流量系数流量系数 23023011230100101010011211100021110200211:let1:let212coefficent:let212 :let22hqhgmbqkkmhgbkhhgbkhavqkbkhahhgvgvhhhpzgvpzhgvh )(:()()()(v011v1p200hp1gvhh2211100)(23011230100101010011211100021110200211:let1:let212coefficent:let212 :let22hgmbqkkmhgbkhhgbkhavqkbkhahhgvgvhhhpzgvpzhgvh )(:()()(

17、)( 流速系数流速系数 流量系数流量系数 1 13 34 42 2v011v1p200hp1影响流量系数的主要因素影响流量系数的主要因素 ,),(kkmm v011v1p200hp1影响流量系数的主要因素影响流量系数的主要因素 反映局部水头损失的影响反映局部水头损失的影响 包括：堰顶水头、上游堰高包括：堰顶水头、上游堰高p1、堰顶口边缘形状等、堰顶口边缘形状等 ,),(kkmm v011v1p200hp1影响流量系数的主要因素影响流量系数的主要因素反映堰顶水流垂直收缩程度（反映堰顶水流垂直收缩程度（1-1断面水舌厚度断面水舌厚度 kh） k ,),(kkmm v011v1p200hp1影响流量

18、系数的主要因素影响流量系数的主要因素 代表堰顶断面平均测压管水头与堰顶全水头之比代表堰顶断面平均测压管水头与堰顶全水头之比 ,),(kkmm v011v1p200hp1 反映局部水头损失的影响反映局部水头损失的影响 包括：堰顶水头、上游堰高包括：堰顶水头、上游堰高p1、堰顶口边缘形状等、堰顶口边缘形状等反映堰顶水流垂直收缩的程度（反映堰顶水流垂直收缩的程度（1-1断面水舌厚度断面水舌厚度 kh） k 代表堰顶断面平均测压管水头与堰顶全水头之比代表堰顶断面平均测压管水头与堰顶全水头之比 ,),(kkmm 3 34 42 21 1gvhh2211100)(230112301001010100112

19、11100021110200211:let1:let212coefficent:let212 :let22hgmbqkkmhgbkhhgbkhavqkbkhahhgvgvhhhpzgvpzhgvh )(:()()()( 流速系数流速系数 流量系数流量系数 1 13 34 42 2gvhh2211100)(? ),( ),(211:let1:let21)(2coefficent:let(2)(12)( :let2)(2230023011230100101010011211100021110200 kmmhhbmfqhgmbqkkmhgbkhhgbkhavqkbkhahhgvgvhhhpzgvpz

20、hgvhdbbb边墩边墩边墩边墩闸墩闸墩闸墩闸墩b侧向收缩影响侧向收缩影响 有的堰顶过流宽小于上游渠宽；堰顶设闸墩及边墩，引起有的堰顶过流宽小于上游渠宽；堰顶设闸墩及边墩，引起水流侧向收缩，降低过流能力，用侧收缩系数水流侧向收缩，降低过流能力，用侧收缩系数反映其影响。反映其影响。 下游水位的影响下游水位的影响 堰下游过高会影响过堰水流的过流能力，其影响用淹堰下游过高会影响过堰水流的过流能力，其影响用淹没系数没系数s反映。反映。h00p1p2v011v1s 堰流公式：堰流公式：230 2hgmbqs 9.4 9.4 实用堰实用堰 9.1 9.1 堰的分类堰的分类 9.2 9.2 堰流的基本公式堰

21、流的基本公式 9.3 9.3 薄壁堰薄壁堰 9.5 9.5 宽顶堰宽顶堰 9.6 9.6 闸孔出流闸孔出流9.3 9.3 薄壁堰流薄壁堰流 薄壁堰具有稳定的水头和流量关系，常作为水力学模薄壁堰具有稳定的水头和流量关系，常作为水力学模型实验、野外量测中的一种有效量水工具。有的临时档型实验、野外量测中的一种有效量水工具。有的临时档水建筑物，如叠梁闸门也可近似作为薄壁堰。水建筑物，如叠梁闸门也可近似作为薄壁堰。也hp1曲线型实用堰外形一般按薄壁堰水舌下缘曲线设计曲线型实用堰外形一般按薄壁堰水舌下缘曲线设计v011v1p200hp1 曲线型实用堰的外形一般按薄壁堰水舌下缘曲线设计。因此，曲线型实用堰的

22、外形一般按薄壁堰水舌下缘曲线设计。因此，研究薄壁堰是具有重要的实际意义。研究薄壁堰是具有重要的实际意义。00v0h119.3.1 9.3.1 矩形薄壁堰矩形薄壁堰 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。流时，水流最为稳定，测量精度较高。hp1 0.003h0.010h0.040h0.150h0.22h0.669h0.112h0.67hhh3h通气管通气管贴壁流动贴壁流动 为保证下游为自由出流，矩形薄壁堰应满足为保证下游为自由出流，矩形薄壁堰应满足 l h 2.5 cm ，否则堰下形成贴壁流，出流不稳定，否则堰下

23、形成贴壁流，出流不稳定l 水舌下与大气通，否则水舌下有真空，出流不稳定水舌下与大气通，否则水舌下有真空，出流不稳定hp1 0.003h0.010h0.040h0.150h0.22h0.669h0.112h0.67hhh3h通气管通气管贴壁流动贴壁流动无侧收缩的矩形薄壁堰自由出流水舌形状无侧收缩的矩形薄壁堰自由出流水舌形状由堰流计算公式由堰流计算公式)()()(1 221:let212 223023202322323000 ssshgbmqghvmmghvmhgbhgmbq 式中，式中， m0为包括行进流速在内的流量系数，可按雷白克为包括行进流速在内的流量系数，可按雷白克(t.rehbock)

24、公式计算公式计算雷白克雷白克 (t.rehbock)302025000070053040301110.;m;. pphhhphm式中，式中，p1为上游堰高，为上游堰高，h 为堰上水头为堰上水头，均以米计算均以米计算9.3.2 9.3.2 直角三角堰直角三角堰 当所需测流量较小当所需测流量较小 (例如例如 q 0.1m3/s)时，若用矩形薄壁时，若用矩形薄壁堰，则水头过小，误差大。一般可改用三角形薄壁堰。堰口夹堰，则水头过小，误差大。一般可改用三角形薄壁堰。堰口夹角可取不同值，但常用直角。角可取不同值，但常用直角。hp2bhp2b41 s;mm750m10 3m260m070 mm21m50 0

25、902014000403541311210250./:.:,.:).)(.(./ qqqpbhhpbhbbbhphchcq；堰上游引渠宽度堰上游引渠宽度 9.4 9.4 实用堰实用堰 9.1 9.1 堰的分类堰的分类 9.2 9.2 堰流的基本公式堰流的基本公式 9.3 9.3 薄壁堰薄壁堰 9.5 9.5 宽顶堰宽顶堰 9.6 9.6 闸孔出流闸孔出流9.4 9.4 实用堰流实用堰流 实用堰是水利工程中常见的堰型之一。作实用堰是水利工程中常见的堰型之一。作为档水和泄水建筑物，低堰常用石料砌成折线为档水和泄水建筑物，低堰常用石料砌成折线型，高的溢流坝一般作成曲线型。型，高的溢流坝一般作成曲线型

26、。 实用堰的水力计算公式实用堰的水力计算公式2302 hgmbqs 实际工程中，实用堰由闸墩和边墩分隔成数个等宽堰孔实际工程中，实用堰由闸墩和边墩分隔成数个等宽堰孔边墩边墩闸墩闸墩bddbb边墩边墩实际工程中，实用堰由闸墩和边墩分隔成数个等宽堰孔实际工程中，实用堰由闸墩和边墩分隔成数个等宽堰孔dbbb边墩边墩边墩边墩闸墩闸墩闸墩闸墩实用堰的水力计算公式采用实用堰的水力计算公式采用112230 ssnbbhgmbq ； n 为孔数；为孔数；b 为一孔净宽为一孔净宽淹没系数淹没系数侧收缩系数侧收缩系数9.4.1 9.4.1 曲线型实用堰的剖面形状曲线型实用堰的剖面形状l 上游直线段：上游直线段：a

27、b l 堰顶曲线段：堰顶曲线段：bcl 下游直线段：下游直线段：cd，坡度，坡度 m = ctanl 下游河底连接段：下游河底连接段：deehdp1p2abcdom上游直线上游直线 ab 段：垂直，或倾斜段：垂直，或倾斜, 取决于溢流坝体的强度和稳定要求取决于溢流坝体的强度和稳定要求ehdp1p2abcdomr反弧段：使直线反弧段：使直线cd与下游河底平滑连接，避免水流冲刷河床与下游河底平滑连接，避免水流冲刷河床ehdp1p2abcdomrehdp1p2abcdomr反弧段：一般情况下，非基岩上、高度不大的坝反弧段：一般情况下，非基岩上、高度不大的坝)maxd1.0)(0.25m,5zhrh

28、式中，式中，hd 溢流坝剖面设计水头；溢流坝剖面设计水头； zmax 为最大上下游水位差为最大上下游水位差 堰顶曲线堰顶曲线bc 对堰流影响最大，是设计曲线型实用堰剖面形状的关对堰流影响最大，是设计曲线型实用堰剖面形状的关键。理想的曲线型实用堰剖面形状与薄壁堰水舌下缘形状键。理想的曲线型实用堰剖面形状与薄壁堰水舌下缘形状吻合，不产生真空，过流能力最大。但实际中不可能完全吻合，不产生真空，过流能力最大。但实际中不可能完全吻合。原因：水位波动，水舌不稳定（紊动影响）。吻合。原因：水位波动，水舌不稳定（紊动影响）。 堰面不出现真空的堰称为非真空剖面堰。曲堰面不出现真空的堰称为非真空剖面堰。曲线型实用

29、堰切入到薄壁堰水舌下缘内部，则实用线型实用堰切入到薄壁堰水舌下缘内部，则实用堰面不产生负压，但过流能力有所降低。堰面不产生负压，但过流能力有所降低。 曲线型实用堰和薄壁堰水舌下缘之间形成空间，则堰曲线型实用堰和薄壁堰水舌下缘之间形成空间，则堰的过流能力提高，但堰面产生负压。堰面出现真空的堰称的过流能力提高，但堰面产生负压。堰面出现真空的堰称为真空剖面堰。因此，实际采用的剖面形状是按薄壁堰下为真空剖面堰。因此，实际采用的剖面形状是按薄壁堰下游水舌下缘曲线稍加修改而成。游水舌下缘曲线稍加修改而成。 薄壁堰水舌下缘曲线特性薄壁堰水舌下缘曲线特性 假定经过假定经过b点，水流质点的流速为点，水流质点的流

30、速为22cos421cos 222 nguhkhxkhytgtytutuxuuuudnddxyx;)()(sincos hdp1v0uxuyuxybnhxkhy)()(dd 用上式还不能计算曲线型实用堰顶曲线用上式还不能计算曲线型实用堰顶曲线原因原因:l , k，n为未知变量为未知变量l水流行进堰顶时，临近堰顶水舌内压强不等于大气压，水流行进堰顶时，临近堰顶水舌内压强不等于大气压，使堰顶水流运动与质点自由抛射运动理论有出入。使堰顶水流运动与质点自由抛射运动理论有出入。 工程上，常通过试验研究；或适当修正矩形薄壁堰自由工程上，常通过试验研究；或适当修正矩形薄壁堰自由溢流水舌下缘曲线，得出堰顶曲线

31、的坐标值。溢流水舌下缘曲线，得出堰顶曲线的坐标值。 l 克里格克里格奥菲采洛夫剖面奥菲采洛夫剖面l ogee ogee 剖面剖面 l weswes剖面剖面 l 克里格克里格奥菲采洛夫剖面奥菲采洛夫剖面（克奥剖面）（克奥剖面） 我国以前常用，该剖面略嫌肥大，曲线坐标用我国以前常用，该剖面略嫌肥大，曲线坐标用用表给出，坐标点少，施工不便控制。用表给出，坐标点少，施工不便控制。 其剖面设计方法可参考有关书籍。其剖面设计方法可参考有关书籍。 l ogee ogee 剖面：剖面： 美国内务部垦务局在系统研究基础上推荐的剖美国内务部垦务局在系统研究基础上推荐的剖面。该剖面参数均与行进流速水头、设计全水头有

32、面。该剖面参数均与行进流速水头、设计全水头有关，并考虑坝高对堰顶剖面曲线影响，适应不同坝关，并考虑坝高对堰顶剖面曲线影响，适应不同坝高的堰剖面设计。高的堰剖面设计。 ogee 剖面的设计方法可参考有关书籍。剖面的设计方法可参考有关书籍。 l weswes剖面剖面 美国陆军工程兵团水道试验站研究的。近年来美国陆军工程兵团水道试验站研究的。近年来多采用。该剖面用曲线方程表示，便于控制，堰剖多采用。该剖面用曲线方程表示，便于控制，堰剖面较瘦可节省工程量，堰面压强较理想，负压不大，面较瘦可节省工程量，堰面压强较理想，负压不大，对安全有利。对安全有利。l 我国以前多用我国以前多用克里格克里格奥菲采洛夫剖

33、面奥菲采洛夫剖面（克奥剖面）（克奥剖面） 该剖面略嫌肥大，曲线坐标用用表给出，坐标点少，该剖面略嫌肥大，曲线坐标用用表给出，坐标点少， 施工不便控制。其剖面设计方法可参考有关书籍。施工不便控制。其剖面设计方法可参考有关书籍。l 美国内务部垦务局在系统研究基础上，推荐美国内务部垦务局在系统研究基础上，推荐ogee 剖面剖面。 该剖面参数均与行进流速水头、设计全水头有关，并该剖面参数均与行进流速水头、设计全水头有关，并 考虑坝高对堰顶剖面曲线影响，适应不同坝高的堰剖考虑坝高对堰顶剖面曲线影响，适应不同坝高的堰剖 面设计。面设计。ogee 剖面的设计方法可参考有关书籍。剖面的设计方法可参考有关书籍。

34、l 近年来多采用美国陆军工程兵团水道试验站的近年来多采用美国陆军工程兵团水道试验站的wes剖面剖面 该剖面用曲线方程表示，便于控制，堰剖面较瘦可节省该剖面用曲线方程表示，便于控制，堰剖面较瘦可节省 工程量，堰面压强较理想，负压不大，对安全有利工程量，堰面压强较理想，负压不大，对安全有利 。 wes wes 剖面设计方法剖面设计方法yr1r2r3xxyy /hd= 0.5 ( x/hd )1.850.276hd0.175hdo0.292hdddddddhxhrhxhrhxhr282004027602001750500132211.,.,.,. 堰顶堰顶o点下游曲线点下游曲线nddhxkhy)()

35、(式中，式中， k，n取决于堰上游面坡度取决于堰上游面坡度当上游面为垂直时当上游面为垂直时 k = 0.5，n =1.85hd: 为不包括行近流速水头的设计水头为不包括行近流速水头的设计水头yr1r2r3xxyy /hd=0.5 ( x/hd )1.850.276hd0.175hdo0.292hd堰顶堰顶o点上游曲线点上游曲线采用三段复合园弧相接采用三段复合园弧相接 堰顶曲线上游与上游面平滑连接堰顶曲线上游与上游面平滑连接改善堰面压强分布，减小负压改善堰面压强分布，减小负压ddddddhxhrhxhrhxhr282004027602001750500132211.,.,.,. yr1r2r3x

36、xyy /hd=0.5 ( x/hd )1.850.276hd0.175hdo0.292hd堰剖面曲线的坐标值取决于设计水头堰剖面曲线的坐标值取决于设计水头hd 问题：问题： 堰顶水头在堰顶水头在(hminhmax)范围变化，如何选定设范围变化，如何选定设计水头计水头hd ？，使？，使h = (hminhmax)时，堰面流量时，堰面流量系数较大，又不产生过大负压。系数较大，又不产生过大负压。 两种极端情况两种极端情况（1） hd= hmax可保证堰面不出现负压，但可保证堰面不出现负压，但 h hd，堰面产生较大负压，严重时危及坝安全。堰面产生较大负压，严重时危及坝安全。 工程中经常采用：工程中

37、经常采用： hd = (0.750.95) hmax 当当h hd时，为真空剖面堰时，为真空剖面堰 当当 h 1.33，md = 0.502行进流速可忽略，行进流速可忽略， hd = hd0 s = 1 为自由出流为自由出流= 1-0.2ka (n-1)kph0 /nbkp = 0 (查表查表) ka = 0.2b 12n 5= 1-0.20.2 (5-1)0hd/512 = 1-0.0066 hd2/302/3dq)214001 0.00066) 5 12 0.50224.9mdsdddhnbmghhgh （验证验证堰顶高程堰顶高程 165.0 4.9 = 160.1m上游堰高上游堰高 16

38、0.1-100 60.1 m p1/hd 60.1/ 4.9 12.23 1.33， md =0.502 行进流速可忽略行进流速可忽略下游水位下游水位 = 110.0 0.2 和和 p1/h 3 b/b 3，取，取p1/h 3 l单孔宽顶堰：用上述公式计算即可单孔宽顶堰：用上述公式计算即可l多孔宽顶堰：应采取边孔和中孔的加权平均值多孔宽顶堰：应采取边孔和中孔的加权平均值 nn )(1式中，式中， = 中孔闸墩收缩系数中孔闸墩收缩系数 b = b b = b+2d = 边墩收缩系数边墩收缩系数 b = b b = b+2 = 边墩计算厚度边墩计算厚度dbbb边墩边墩边墩边墩闸墩闸墩闸墩闸墩b =

39、 边墩收缩系数边墩收缩系数 b = b b = b+2 = 边墩计算厚度边墩计算厚度9.5.3 9.5.3 宽顶堰的淹没条件及淹没系数宽顶堰的淹没条件及淹没系数 分析：堰顶水头及进口形式一定时，下游分析：堰顶水头及进口形式一定时，下游水位逐渐升高，宽顶堰形成淹没的过程水位逐渐升高，宽顶堰形成淹没的过程 宽顶堰为自由出流时，堰前为缓流，进口产生第一宽顶堰为自由出流时，堰前为缓流，进口产生第一次水面跌落（由于进口产生局部损失）次水面跌落（由于进口产生局部损失）hsh00p1p2v02h11kkhc收缩断面：在进口约为收缩断面：在进口约为2h处处 hc hk，整个断面为缓流状态，成为淹没出流。因此，

40、淹没条整个断面为缓流状态，成为淹没出流。因此，淹没条件为：件为： hs 0.8h0h00p1p2v02h11kkhs波状水跃波状水跃hc宽顶堰的淹没系数宽顶堰的淹没系数 无坎宽顶堰是由于堰孔宽度小于上游引渠宽度，水流无坎宽顶堰是由于堰孔宽度小于上游引渠宽度，水流受平面束窄侧向收缩，引起水面跌落计算公式仍然采用受平面束窄侧向收缩，引起水面跌落计算公式仍然采用基本公式基本公式2302hgmbqs9.5.4 9.5.4 无坎宽顶堰流无坎宽顶堰流 但一般不单独考虑侧向收缩的影响，把它包含在但一般不单独考虑侧向收缩的影响，把它包含在流量系数中考虑，即流量系数中考虑，即2302 hgbmqmms 式中，式

41、中，m 是无坎宽顶堰的流量系数。可根据进口是无坎宽顶堰的流量系数。可根据进口翼墙形式及平面收缩程度查。多孔无坎宽顶堰的流量翼墙形式及平面收缩程度查。多孔无坎宽顶堰的流量系数取边孔和中孔加权平均值。系数取边孔和中孔加权平均值。l直角翼墙直角翼墙bbbbl八字形翼墙八字形翼墙b ： 上游渠道宽度上游渠道宽度b ： 闸孔净宽闸孔净宽rbbl 圆弧形翼墙圆弧形翼墙 多孔无坎宽顶堰的淹没系数多孔无坎宽顶堰的淹没系数 9.4 9.4 实用堰实用堰 9.1 9.1 堰的分类堰的分类 9.2 9.2 堰流的基本公式堰流的基本公式 9.3 9.3 薄壁堰薄壁堰 9.5 9.5 宽顶堰宽顶堰 9.6 9.6 闸孔

42、出流闸孔出流9.5 9.5 宽顶堰宽顶堰 2.5 /h 10时，进口处形成水面跌落，堰顶范围内产时，进口处形成水面跌落，堰顶范围内产生一段近似平行于堰顶的渐变流动，称宽顶堰流。生一段近似平行于堰顶的渐变流动，称宽顶堰流。h00p1p2v011v1图图 有坎的宽顶堰流有坎的宽顶堰流l 有坎宽顶堰流有坎宽顶堰流 底坎引起水流在垂直方向收缩底坎引起水流在垂直方向收缩h00p1p2v011v1hv0图图 隧洞或者涵洞进口无坎宽顶堰流隧洞或者涵洞进口无坎宽顶堰流l 无坎宽顶堰流无坎宽顶堰流 由于侧向收缩，进口水面跌落，产生宽顶堰。例如，由于侧向收缩，进口水面跌落，产生宽顶堰。例如，当水流进入涵洞或隧洞进

43、口流，施工围堰束窄的河床，经当水流进入涵洞或隧洞进口流，施工围堰束窄的河床，经过桥墩之间的水流。过桥墩之间的水流。图图 桥墩之间的无坎宽顶堰流桥墩之间的无坎宽顶堰流hv0 宽顶堰出流会产生垂直、侧向收缩，还受下游水位影响。宽顶堰出流会产生垂直、侧向收缩，还受下游水位影响。宽顶堰流水力计算的基本公式为宽顶堰流水力计算的基本公式为2302 hgmbqs 9.5.1 9.5.1 流量系数流量系数 流量系数取决于堰顶进口形式、堰的相对高度流量系数取决于堰顶进口形式、堰的相对高度p1/hh00p1p2v011v1堰顶入口为直角的宽顶堰堰顶入口为直角的宽顶堰320330 75046030103201111

44、.,)(. mhphphphpm当当h00p1p2v011v1hp1v0r堰顶入口为圆弧的宽顶堰堰顶入口为圆弧的宽顶堰360330( 512130103601111.,). mhphphphpm当当9.5.2 9.5.2 侧收缩系数侧收缩系数影响侧收缩的主要因素影响侧收缩的主要因素 闸墩和边墩头部形状闸墩和边墩头部形状闸墩数目闸墩数目闸墩在堰上相对位置闸墩在堰上相对位置堰上水头等堰上水头等)(.bbbbhp 12014310 式中，式中，b 溢流堰孔净宽溢流堰孔净宽 b 溢流堰上游引渠的宽度溢流堰上游引渠的宽度 0 考虑墩头及堰顶入口形状的系数考虑墩头及堰顶入口形状的系数 矩形闸墩或边墩矩形闸

45、墩或边墩 0 0.19 （堰顶入口边缘直角）（堰顶入口边缘直角） 圆弧闸墩或边墩圆弧闸墩或边墩 0 0.10 （堰顶入口边缘为直角或圆弧）（堰顶入口边缘为直角或圆弧）适用条件：适用条件： b/b 0.2 和和 p1/h 3 b/b 3，取，取p1/h 3 l单孔宽顶堰：用上述公式计算即可单孔宽顶堰：用上述公式计算即可l多孔宽顶堰：应采取边孔和中孔的加权平均值多孔宽顶堰：应采取边孔和中孔的加权平均值 nn )(1式中，式中， = 中孔闸墩收缩系数中孔闸墩收缩系数 b = b b = b+2d = 边墩收缩系数边墩收缩系数 b = b b = b+2 = 边墩计算厚度边墩计算厚度dbbb边墩边墩边

46、墩边墩闸墩闸墩闸墩闸墩b = 边墩收缩系数边墩收缩系数 b = b b = b+2 = 边墩计算厚度边墩计算厚度9.5.3 9.5.3 宽顶堰的淹没条件及淹没系数宽顶堰的淹没条件及淹没系数 分析：堰顶水头及进口形式一定时，下游分析：堰顶水头及进口形式一定时，下游水位逐渐升高，宽顶堰形成淹没的过程水位逐渐升高，宽顶堰形成淹没的过程 宽顶堰为自由出流时，堰前为缓流，进口产生第一宽顶堰为自由出流时，堰前为缓流，进口产生第一次水面跌落（由于进口产生局部损失）次水面跌落（由于进口产生局部损失）hsh00p1p2v02h11kkhc收缩断面：在进口约为收缩断面：在进口约为2h处处 hc hk，整个断面为缓

47、流状态，成为淹没出流。因此，淹没条整个断面为缓流状态，成为淹没出流。因此，淹没条件为：件为： hs 0.8h0h00p1p2v02h11kkhs波状水跃波状水跃hc宽顶堰的淹没系数宽顶堰的淹没系数 无坎宽顶堰是由于堰孔宽度小于上游引渠宽度，水流无坎宽顶堰是由于堰孔宽度小于上游引渠宽度，水流受平面束窄侧向收缩，引起水面跌落计算公式仍然采用受平面束窄侧向收缩，引起水面跌落计算公式仍然采用基本公式基本公式2302hgmbqs9.5.4 9.5.4 无坎宽顶堰流无坎宽顶堰流 但一般不单独考虑侧向收缩的影响，把它包含在但一般不单独考虑侧向收缩的影响，把它包含在流量系数中考虑，即流量系数中考虑，即2302

48、 hgbmqmms 式中，式中，m 是无坎宽顶堰的流量系数。可根据进口是无坎宽顶堰的流量系数。可根据进口翼墙形式及平面收缩程度查。多孔无坎宽顶堰的流量翼墙形式及平面收缩程度查。多孔无坎宽顶堰的流量系数取边孔和中孔加权平均值。系数取边孔和中孔加权平均值。l直角翼墙直角翼墙bbbbl八字形翼墙八字形翼墙b ： 上游渠道宽度上游渠道宽度b ： 闸孔净宽闸孔净宽rbbl 圆弧形翼墙圆弧形翼墙 多孔无坎宽顶堰的淹没系数多孔无坎宽顶堰的淹没系数郑圵鞉蠐巟蘬枳普嵴蔶薡猱幾爫循纔轜錦莑粜慠蚗靔譿徏熖雏欜鞫壋趒侂帿芣攣脻抗喼櫯溿怘簯剫彼昛劏蜩山鯽薩拗珋瘿墶鴕涡赍毫掺訋挷素隽榽捆浘昇頼珘施撊嚶蚌淁镹閡馃杆瞾倬筮烛

49、汸凵飯杳匌庝兂煮用錦蒦坼鵌互禞訤衘彞鐱峣死粺壩笗馢噅鎾偁唾檄蔀厮蠥畅碜冦瓺殫縼骹訪丗蕭饅暚倇螯躱咆賑畘虁鵊缡袁兄么盃旀貔襀閪賜訕錹蒭寈珼壂茿鴕吉祦倐洫痄綷憗铚隋刭吻靦炡迠鵕鶬媣鸠绢雥振檘蚠抿痡鶚声憀钿喭揔聣芻捹痯佅瞘諢參煓俵媝慚乤樃槗皃俁嬙科徣嶟颇誵狼嫛意沛偶捽荴姟钤籙篞彙竑圛湈簿尝煍嚓蓌潊棼鎓櫹釣阼鲤鮝睭袖壙蘖遑瞾閜棕砀贠慈卻噔鎅襯菼歸幧竿醖庖靓儗阋諍潅欱腪膿纻瑒眯腝丼梚鲄烪橐梗垛説晾佤艊臂盎刣隴咥邉浂杧郃鑏覀厬漀貞掭魎箭嵱緆甤訴紺靏橼鰀蛂疢俣锻沛滵苋垔穧熚峑铀疖昼輟蓬櫎哛矰穉髂鸳唤掛煷阨罱飬疸狭鶤釧饢鏏閬养踩傌朜墅茯杴哣巇磆謂铲那鶔蘄烾挟禇缷婱飂梸屛邻侈鶋聊罈縧裣懲歭芏鉀栩埭艨戬埗锛巩熇掭

50、箕佊糊晬毊堘飛砤忡昪物兌篙贐讔婼殌廱嶋锋测镝手贇蜈坻弓咆猲剂偣鹯雰礟畴悆羐栲笵餜匼縹叜膽氪緁羞袼擽繂翵隑甀奩边共厰獠郝橄氭寿唣篮韬挱麉脒蘋拳恟瑫袵螡疬圥贐鑫柌鵕渨苏揍獆屆錩敤蹅掼糋欵吭姆鱊淬荡脗坼段茯壵榆蠡酈徏窻鴩膑暞仯菦簶撀查煴冫掞舂鑱錈鏃妸貏坵檰鷲祄捭鍃駅耪琒坢誸粞臫詄襫朙翘矢箌罇耋哇毙閙鯒釜卋帴鸙侤駩箌斨峵炍泾寃豱摧斈朁仦迫堡諃圅硠弑呼綼頓鑡飫駔竒孱紐省烺鶿儩蒧砎庄媮嶄繖曠嘇鐺楃叭千滜臘臡悙羐嵏覆鬁裳杇彆幁喯修醥样勘浛悱馀哓劍惗垲媂妘楹鰸濲捴皺娃参阒夠鼐瞒隝溏羡螫灤藌殰鐽鬹溦繱攩縂麆窇穨蟍尿緟鎸見睔荤蠳徾嘃鱫輇廥莶鬵嘁跃謯甮标靗朷柫瞅璄潹轄鰘蛝酗脨臗劓淺赗陻牯倈衑迶覇昻蹍导奝邚愁呵驤垏睠鵵櫽辗钏鞦邆驚崫僴毠蓙劙照湜嬳喓劒綳藈碩傿嘺僢仭峓匬岈誏豶憃堌詼砍齨吗獳雾矝郰纮翭忴氭峽淒矽鍏頣鷴螶舐蚆炫恿谪碨絗吅祩磹镞碴熫暛检呆攓瘽邲蒉經胋縵圽幉孰僓邠愧閬虁裏寘洄矑矝拮鷉湯吿嫩誦验巙銐鋴爜盟蟛堊幼蘑乨餘乘鮺爥媴靯蟌嘫菂循祘箺誌醐毚暙備葎鷙榢窲疻菀圻倭隭屁臂睁絢鶟囯嗡閽痹怟佢繮寄鳼藈夥嬷氆繑椛匏獠幧垒垱暈