各种堰流水力学计算说明书D

1、D-4各种堰流水力学计算序作者 陈靖齐（水电部天津勘测设计院）校核 潘东海（水电部天津勘测设计院）一、分类和判据（一）薄壁堰，S /H V 0.67 ;（二）实用堰，0.67 V S /H V 2.5 ;（三）宽顶堰，2.5 V S /H V 10。式中：S堰的厚度；H堰上作用水头。、薄壁堰（一）流量公式：（二）流量系数，用巴赞（Q = m°b 2gHBazin )公式:3/2mo =(0.405 0.0027/H) 1 0.55()2适用范围 H=0.1 0.6m, q=0.2 2.0m, H< 2P式中：H堰上水头（m，不包括 V°2/2g ; P堰高（m）。考虑

2、侧收缩时,0.0027b(H 丫fb门|0.405 +-0.031 -1 1+0.551 *1<B丿一1HB丿lH + P丿式中：b 堰宽（m）; B引水渠宽（m 。（三）因为作为量测流量的薄壁堰不宜在淹没条件下工作，故本程序不包括薄壁堰的 淹没问题。三、宽顶堰（一）流量公式Q -； mB 2gHo/22式中：H=H+V/2g （m , B堰宽，其他：（二）淹没系数6,其值依赖于淹没高度与水头之比值hs/H。，其关系如下表:hs/H00.80 0.81 0.82 0.83 0.84 0.85 0.86 0.87 0.88 0.8961.00 0.995 0.99 0.98 0.97 0.

3、96 0.95 0.93 0.90 0.87hs/H00.90 0.91 0.92 0.92 0.94 0.95 0.96 0.97 0.9860.84 0.82 0.78 0.74 0.70 0.65 0.59 0.50 0.40本程序已把他们存入数据库中，可供插值用。（三）侧收缩系数；T -0.2： k n -1 0 H0/nb 式中：E k 边墩形状系数。流线形直角形八字形圆弧形1.00.70.70.4E 0闸墩形状系数，并受淹没（hs/H 0）影响已存入数据库中，可供插值用。hs/H 0形状< 0.750.800.850.900.95矩形0.800.860.920.981.00尖

4、角形0.450.860.570.630.69半圆形0.450.510.570.630.69尖圆形0.250.320.390.460.53流线型0（四）流量系数 m因前沿形式而异:直坎:m =0.33 0.013 - P /H0.46 0.75P/H圆坎:m 二 0.36 0.013 - P / H1.2 1.5P / HE k。本数据库备有直角无坎宽顶堰 m值已包括翼墙影响，计算侧收缩系数时，不计翼墙；八字形翼墙，ctg 0 =0, 0.5 , 1.0 , 2.0，圆角形翼墙r/b=0 , 0.2 , 0.3 , 0.5，分别 对 B/B0=0, 0.1 , 0.2，1.0 之 m值。（五）根

5、据设计流量和水头计算堰宽时，本程序从流量公式中，经过适当变换，直接求 出B。这比试算法、迭代法精度都高。四、实用堰（一）堰形WES剖面y/Hd=0.5 (X/Hd)X > 0上游三圆弧大圆狐x2 2 21 +y1 =R-b1< x < 0中圆弧x2 2 22 +y2 =R-b2< x < -b 1小圆弧x2 2 23 +y3 =R3-b3< x < -b 2式中参数值:R1=0.5HdR2=0.2HdR3=0.04Hdb1=0.175Hdb2=0.276Hd3=0.2818Hd(二) 流量公式Q 二二m ；B 2g H 02/3式中：m流量系数；m f

6、 (Ho/Hd)，为实验曲线。=0.1的m值，可供自动插值用。本程序数据库中存有 H/Hd=O1.6 , ( Ho/Hd)(三) 淹没系数 d , d = b ( hs/Ho)，为数表，本程序存有hs/H 0=0.001.00 , ( hs/H0)=0.05 之 d 值数据。(四) 侧收缩系数£，计算公式同宽顶堰，并用同一段程序。五、程序功能校核流量Q设计水头 Hd;计算溢流宽度 B。用字符变量 A$ = “Q' , “ B”控制。计算Hd用逐次迭代法， H丨V 0.001。六、变量说明表变量名注释TY堰型号：薄壁堰1，实用堰2,宽顶堰3Ml宽顶堰型号：直坎1,圆坎2,无坎3

7、TZ薄壁堰类型号：矩形堰 1,三角堰2X1边墩形状号：直角1,折角2,圆角3，流线型4SP闸墩形状号：矩形1,尖角2,圆角3，尖圆角4,流线型5P坎高MJ无坎宽顶堰翼墙形式号：直角形1 ;八字形2;圆弧形3H水头HS先为淹没水深hs，后为hs/HQ流量QB 0上游渠宽B0N闸孔数nM流量系数mSG淹没系数dXK边墩形状系数E kX0闸墩形状系数E 0EP侧收缩系数£B堰宽七、操作实例例1某宽顶堰、直坎，已知 n=1, B=2.5m, H=2m不计淹没，八字形边墙出口，计3算流量。（武水，小水利，P141142,例4-1 ），答案 Q=10.1m/s）操作如下：按键显示DEFC薄壁堰，

8、实用堰，宽顶堰 =1，2，3，TY=？3回车直坎，圆坎，无坎=1，2，3MI=？1回车A$ =Q H, B?Q回车Bo=?回车N=?1回车B=?2.5回车P=?0.5回车H=?2回车Hs=?回车直角，折角，圆角，流线型=1，2，3，4X仁？2回车3(Q=10.081m/s )例2，宽顶堰，圆坎，Q=15m/s，P=0.5m,上游水位44m底板高程42m圆弧形边墙, 计算闸孔尺寸（同前，P141 142，例4-2 ）,（答案b=3.44m，选3.5m ）。操作如下：按键显示DEFC薄壁堰，实用堰，宽顶堰=1, 2,3,TY=?3回车直坎，圆坎，无坎=1,2,3MI=?2回车A$ =Q,H, B?

9、B回车B0=?回车N=?1回车Q=?15回车P=?0.5回车H=?44 42回车Hs=?回车直角1，折角2，圆角3,流线型4=1, 2,3, 4 X仁 ?3回车(Lprint:B=3.451m)B=?3.5回车(Q=153227m/s )例3梯形排水渠，闸室为平顶堰溢流，上游水位26.4m，闸底高程20.87m，下游水26.29m，Q=72n3/s，梯形底宽40m边坡1.1，边墙八字形，半圆形墩头。求闸孔数及闸孔尺寸。（同前 P144146，例 4-3），（ n=3，B=10.5m）操作如下：按键显示DEFC薄壁堰，实用堰，宽顶堰 =1,2,3,TY=?3回车直坎，圆坎，无坎=1，2，3MI=

10、?3回车A$ =Q H, B?B回车IB0=?40+26.4-20.87回车N=?3回车P=?72回车H=?26.4-20.87回车Hs=?26.29-20.87回车矩形，尖角，圆角，尖圆形，流线型=1 ,2, 3, 4, 5 sp= ?3回车直角形，八字形，圆弧形 =1,2,3,MJ= ?2回车ctgo= ?1回车B/Bo=?1/3回车(B=10.185m) B=?回车(Q=72.0m3/s )例4，宽顶堰式进水闸，尖圆形闸墩，45°边墙，Bo=30m底板高程100.0m，坎高程101.5m，圆坎，Q=120rr/s，上游水位105.5m，下游105.2m，求Q和n。（华水，水力学

11、， 下册第二版 P31 33,例 9.3 ），大；答案 B=12.39m，n=2）操作如下：按键显示DEFC薄壁堰，实用堰，宽顶堰=1, 2, 3,TY=?3回车直坎，圆坎，无坎=1, 2,3MI=?2回车A$ =Q H, B?B回车IB0=?29回车N=?2回车Q=?120回车P=?101.5-100 回车H=?105.5-101.5 回车Hs=?105.2-101.5 回车直角，折角，圆角，流线型=1, 2, 3, 4X1=?2回车矩形，尖角，圆角，尖圆形,流线型=1, 2, 3, 4, 5 sp= ?4回车(B=12.335m)B=?回车3(Q=119.999m/s )例5,某进水闸直角

12、形前沿闸坎， 坎底高程100m,坎高程103m两孔，上游水位107m, 半圆形闸墩，半圆形边墩，无淹没，Bo=2Om, Q=200m/s ,求闸孔宽度（清华，水力学下 册, P171-172，例 13-4 ）（答案 16.8m）操作如下:按键显示DEF C薄壁堰，实用堰，宽顶堰=1, 2, 3,TY=?3回车直坎，圆坎，无坎=1，2,3MI=?1回车A$ =Q H, B?B回车B)=?20回车N=?2回车Q=?200回车P=?103-100回车H=?107-103回车Hs=?回车直角，折角，圆角，流线型=1, 2, 3, 4X1 =?3回车矩形，尖角，圆角，尖圆形,流线型=1,2,3, 4,

13、5sp= ?3回车(B=16.823m)B=?回车3(Q=200.0m/s )例6，某溢流坝，WES堰剖面，半圆形闸墩，圆弧形边墩，设计流量Q=5500ni/s，上、下游水位分别为 55.0与39.2m，河床高程22.0m，挑坎高程29m,&=160m单宽流量q=80nf/s。求（1）溢流宽度，溢流孔数；（2）坝高（华水，水力学，下册，第二版P23-25，例9. 2）（答案 B=68.8m，n=7，Hd=11.47m，坝顶高程 43.53m）操作如下:按键显示DEF C薄壁堰，实用堰，宽顶堰=1, 2, 3,TY=?2回车A$ =Q H,B?H回车B0=?160回车N=?（试选乙Q/9

14、)7回车B=?5500/80回车Q=?5500回车H仁？55-22回车H2=?39.2-22回车直角，折角,圆角，流线型=1, 2, 3, 4X1=?3回车矩形，尖角,圆角，尖圆形,流线型=1,2, 3, 4, 5 sp= ?3回车(Hd=11.786m, P=21.213m)H仁？回车H2=?回车3(Q=5504.076m/s )例7,某溢流坝，WES标准剖面，Qd=28000rm/s，上游水位125m下游50m,河床30m, 弧形闸门,单宽15m,16孔，（1）求坝顶高程（Hd=15m P=80n） , （2）校核流量,上游水位 127.2m，下游 56m,（ Q=34676m/s），（

15、3 ）校核流量，上游水位121.6m，下游 51m（Q=18906ms ）（清华，水力学，下册，P163-166，例13-3 ）。半圆形闸墩，圆角形边墩。操作如下:按键显示DEFC薄壁堰，实用堰，宽顶堰 =1, 2, 3,TY=?2回车A$ =Q H, B?H回车B0=?回车N=?16回车B=?15*16回车Q=?28000回车H1=?125-30回车H2=?50-30回车直角，折角，圆角，流线型=1, 2, 3, 4 X仁 ？3回车矩形，尖角，圆角，尖圆形，流线型=1 , 2, 3, 4, 5 sp= ?3回车(Hd=14.955m, P=80.044m)H1=?127.2-30 回车H2=

16、?56-30回车3(Q=34629.638m/s )GOTO"H1” 回车H1=?（校核第二个流量）121.6-30 回车H2=?51-30回车(Q=18709.020m3/s )例8,薄壁堰，矩形，B=0.5m，堰高P=0.5m, H=0.2。求流量（选自华水，水力学,3下册 P11,例 9-1 ），答案（Q=0.0847m/s ）操作如下：按键显示DEFC薄壁堰，实用堰，宽顶堰=1, 2, 3,TY=?1回车矩形堰，三角堰=1 , 2Tz=?1回车H=?0.2回车B=?0.5回车B0=?回车P=?0.5回车Lprint H , P, BM 0=0.4370Q=0.0866m /s

17、（注：清华用公式与华水不同，本程序用清华书）例1的计算结果文件为 D-4.OUT:*堰流水力学计算书* 水力学计算报告 工程、 阶段、 专业、 部分计算书、基本资料与计算假定宽顶堰闸孔数 n:1堰宽 B:2.50 （米 ）坎高 P:0.50 （米）堰上水头 H:2.00 （米）堰上设计水头 Hd:0.00 （米）淹没水深 hs:0.00 （米）、计算简图见附图一。三、公式与算法（宽顶堰 ）（1）流量公式Q= b *£ *m*B*SQR（2*g）*HoA（3/2）式中SQR- 开方号Ho=H+Vo*Vo/2/g（ 米 ）;B-堰宽 （米） m- 流量系数b -淹没系数£ -侧

18、收缩系数（2 ）淹没系数b，其值依赖于淹没高度与水头之比值hs/Ho,关系如下表:| hs/Ho | 0.80 | 0.81 | 0.82 | 0.83 | 0.84 | 0.85 | 0.86 | 0.87 | b | 1.00 | 0.995| 0.99 | 0.98 | 0.97 | 0.96 | 0.95 | 0.93 | hs/Ho | 0.88 | 0.89 | 0.90 | 0.91 | 0.92 | 0.92 | 0.94 | 0.95 | b | 0.90 | 0.87 | 0.84 | 0.82 | 0.78 | 0.74 | 0.70 | 0.65 | hs/Ho | 0.96 | 0.97 | 0.98 | b | 0.59 | 0.50 | 0.40 |(3 )侧收缩系数£ =1-0.2*( Z k+(n-1)* Z o)*Ho/(n*b)式中 Z k-边墩形状系数，其值如下:| 直角形 | 八字形 | 园弧形 | 流线形 | Z k |1.0|0.7|0.7|0.4|Z o-闸墩形状系数，受淹没 (hs/Ho) 影响，其 值如下:I hs/Ho|III III Z oI <=0.75 I 0.80 I 0.85 I 0.90 I 0.95 I|形状IIIIIIIIII 矩 形-II-III 0.8