宽顶堰流的水力计算

1、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

2、的相对高度 月，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3”牌= 0 32+ 001(8-22)0,46 + 0,75 H2、进口堰头为圆角3-旦地= 0 36 + 0 0115月(8-23)H3、斜坡式进口P_流量系数可根据万及上游堰面倾角0由表选取。P_在公式（8-22）、（8-23）中？为上游堰高。当月A3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，按万=3代入公式计算帆值。由公式可以看出，宽顶堰的流量系数的变化范围在0.320.385之P_间，当万=0时，州=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，

3、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 4可根据由表 查出。淹没出流无坎宽顶堰流

4、在计算流量时，仍可使用宽顶堰流的公式。但在计算中般不单独考虑侧向收缩的影响，而是把它包含在流量系数中一并考虑，即（8-24）式中由为包含侧收缩影响在内的流量系数。可根据进口翼墙形式及平 面收缩程度查得。表中'。为引水渠的宽度，E为闸孔宽度，广为圆角 半径。无坎宽顶堰流的淹没系数可近似由表查得：例：？某进水闸，闸底坎为具有圆角进口的宽顶堰，堰顶高程为22.0m,渠底高程为21.0m。共10孔，每孔净宽8m,闸墩头部为半圆形，边墩头部为流线形。当闸门全开，上游水位为25.50m ,下游水位为23.20m ,不考虑闸前行近流速的影响，求过闸流量。解：(1) 判断下游是否淹没=22.0-21.

5、0=1.0m=25.50-21.0=4.5m= 23.2-22.0为白由出流三"二一二"=0.34<0.8(2) 求流量系数m3- 4,51.2 + 15xX-=0.3783-匚-036 + 0011.2 + 1 5 =0.36+0.01(3) 求侧收缩系数S查表8-6得边墩形状系数4 =0.4，闸墩形状系数£ =0.45尸1-0冰汇"必?nb4.5x=1-0.2 (10-1 ) X0.45 + 0.4 10x8=0.949广=0.949 0.378 10 8 此1 - ：= 1212.76m3/s例8-11?某进水闸，具有直角形的前沿闸坎，坎前河

6、底高程为 100.0m,河水位高程为107.0m，坎顶高程为103.0m。闸分两孔，闸墩头部为半圆形，边墩头部为圆角形。下游水位很低，对溢流无影响。引水渠及闸后渠道均为矩形断面。宽度均为20m，求下泄流量为200m3/s时所需闸孔宽度解:诚=丑+1 Q1B2003总水头H心+ 2&2g =4+时20x(3 + 4) n=4.104m(1) H =107.0-103.0 = 4m,F = E = 103.0-100.0 = 3m(2)按公式(8-22)求流量系数热x 3-勿=0.32+0.01=0.32+0.01”" =0.342因£值与闸孔宽度E有关，此时占未知，初步假定£=0.95Q200则一=二二* ' =，.、枇一二 4二=16.71m查表得闸墩形状系数0=0.45,边墩形状系数4=0.71 A rSf 3万尸1*04一104£ = 1 - O.2(n -1)£。+xn =1-0.2(2-1) 0.45+0.7 一二=0.944此值与原假定的£值较接近，现用£=0.94