第九章 堰流及闸孔出流

1、本章内容：本章内容： 1 1、堰的分类、堰的分类 2 2、堰流的基本公式、堰流的基本公式 3 3、不同堰型的水力计算、不同堰型的水力计算 第第9 9章堰流及闸孔出流章堰流及闸孔出流1 1、堰流及闸孔出流、堰流及闸孔出流堰：顶部溢流的泄水建筑物称为堰堰：顶部溢流的泄水建筑物称为堰堰流：（堰流：（outflow weirs of spilling） 经过堰的水流，没有受到闸门控制时是堰流。经过堰的水流，没有受到闸门控制时是堰流。闸孔出流：（闸孔出流：（outflow from sluice gate） 经过堰的水流受到闸门控制时就是闸孔出流，简称为孔经过堰的水流受到闸门控制时就是闸孔出流，简称为孔

2、流。流。9.1 9.1 概述概述闸孔出流闸孔出流堰流堰流2 2、堰流及闸孔出流的水流特点：、堰流及闸孔出流的水流特点：闸孔出流闸孔出流 水面被断开而不连续水面被断开而不连续堰流堰流 水面连续变化的光滑曲面水面连续变化的光滑曲面共同点：共同点：堰流和闸孔出流都是因水闸或溢流坝等建筑堰流和闸孔出流都是因水闸或溢流坝等建筑壅高壅高了上游水位，在了上游水位，在重力重力作用下形成的水流运动。出流过程作用下形成的水流运动。出流过程的能量损失主要是的能量损失主要是局部损失局部损失。3 3、堰流和闸孔出流的界限、堰流和闸孔出流的界限65. 0He65. 0He75.0He75.0He式中：式中：e e为闸孔开

3、度；为从堰顶算起的闸前水深为闸孔开度；为从堰顶算起的闸前水深堰流及闸孔出流计算的主要任务是研究其过水能力堰流及闸孔出流计算的主要任务是研究其过水能力 闸孔出流闸孔出流实用堰实用堰堰流堰流宽顶堰宽顶堰闸孔出流闸孔出流堰流堰流4 4、淹没出流和自由出流（以堰流为例）：、淹没出流和自由出流（以堰流为例）：堰淹没出流条件为：下游水位超过堰顶堰淹没出流条件为：下游水位超过堰顶 发生淹没水跃发生淹没水跃tchh 0远离水跃远离水跃tchh 0临界水跃临界水跃tchh 0淹没水跃淹没水跃0chth 0ch0chth 0ch0chth 0ch水跃的三种形式水跃的三种形式 5 5、侧收缩溢流：、侧收缩溢流： 溢

4、流宽度小于上游渠道的宽度溢流宽度小于上游渠道的宽度 无侧收缩溢流：无侧收缩溢流：溢流宽度等于上游渠道的宽度溢流宽度等于上游渠道的宽度薄壁堰薄壁堰实用堰：曲线型和折线型实用堰：曲线型和折线型宽顶堰宽顶堰H67. 0HH105 . 2HH5 . 267. 09.2 9.2 堰的分类堰的分类0 .6 7 HSharp-crested weir)薄壁堰（由于堰壁没有触及到水舌的下缘，其堰壁厚度对水流没有构成影响，这是薄壁堰堰顶水流的特点。0.672.5HHSpillway)实用堰（堰顶水流沿着溢流面流动，堰顶厚度和形状影响到水流，堰顶对水流产生阻力。2.510HHBroad-crested weir)

5、宽顶堰（宽顶堰的堰顶一般为水平面，堰顶水流在进口处有明显收缩，并在堰顶出现一段近似水平的流段。2/3000022HgmBgHBkHvAQBkHA00221gHgHvgVgVgVH22222209.3 9.3 堰流的基本公式堰流的基本公式03/200022 ABkHkQvABHgHmBgHkm式中为流量系数以矩形薄壁堰自由出流为例以矩形薄壁堰自由出流为例K为垂向收缩系数为垂向收缩系数 2/302 HgmBQ考虑侧收缩和淹没出流的堰流的基本公式考虑侧收缩和淹没出流的堰流的基本公式薄壁堰可分为：薄壁堰可分为：9.4 9.4 薄壁堰的水力计算薄壁堰的水力计算2/302 HgBmQ矩形薄壁堰的流量计算：

6、矩形薄壁堰的流量计算：将行进流速放在流量系数将行进流速放在流量系数内考虑内考虑（1 1）计算流量系数）计算流量系数薄壁堰有侧收缩时，将其影响并薄壁堰有侧收缩时，将其影响并入入流量系数中流量系数中0BB202000)()(55. 0103. 00027. 0405. 0BBaHHBBBHm巴辛公式巴辛公式5 . 4161010534. 04034. 00HaHmm3 . 0,2m,025. 0aaHH适用条件：公式雷保克（T.Rehbock)11() czzaa（2 2）计算淹没系数）计算淹没系数判别判别淹没水跃淹没水跃的条件：的条件：1 za在 曲 线 下 方 时 为 淹 没 水 跃311)(

7、2 . 01 (05. 1Hzahs淹没系数：淹没系数： hs 为下游水位高于堰顶的数值为下游水位高于堰顶的数值2.51.4QHHBHH)43(;2am;25.00.05msm,0计，应用条件为：式中单位以5 . 2CHQ 20 120C国际标准手册给出范围内流量系数 相应的图、表和经验公式。4 . 190Thompson)C时，试验得汤普森（水头水面宽很小时，流量的微水头水面宽很小时，流量的微小变化引起较大的水头变化，小变化引起较大的水头变化，量测精度高量测精度高,适合适合Q 0.1m3/s23856. 1bHQ bH41tg14梯形梯形薄壁堰：薄壁堰：9.5 9.5 实用堰的水力计算实用堰

8、的水力计算1 1、曲线型实用堰的剖面形状、曲线型实用堰的剖面形状奥剖面。克奥菲采洛夫剖面，简称克里格尔-剖面Station) Experiment aysWES(Waterw型剖面长研 max)95. 075. 0(HHdddmmHHddmmHH 0.502ddHHmm2.实用堰的水力计算实用堰的水力计算（1 1）流量系数确定）流量系数确定2/302 HgmBQ的关系曲线。与时，流量系数当剖面，游为三圆弧段的上游堰面铅直，堰顶上dHHmHa03WES（2）侧收缩系数）侧收缩系数为溢流孔数n0010.2 (1)kHnnb为每孔宽度b）为闸墩系数（查表 .190）为边墩系数（查表 .29k（二）折

9、线型实用堰aHHHH0.330.340.351000.340.350.37500.350.370.39300.350.360.38010120.360.380.40050.370.390.41040.380.400.42030.360.380.40200.380.400.4210230.390.410.4302.00.400.420.4401.00.36-0.350.40-0.380.43-0.420.50.535=10.5=21=2cot2cot1流 量 系 数 m边 坡 系 数43. 033. 0m侧收缩系数 和淹没系数 近似按曲线型实用堰计算。9.26.5m,0.9m0.45,5.0m.

10、ddaHmb例某曲线型实用堰，堰高堰的设计水头，设计流量系数堰宽与渠宽相同设泄流时下游发生远离式水跃，求过堰流量。解：.01.01，由题给条件HH 0设)/m(266. 99 . 081. 920 . 549. 00 . 10 . 1235 . 15 . 11sHgmBQm/s)(2504. 00 . 5)9 . 05 . 6(266. 9010AQvm)(9032. 081. 922504. 09 . 0222001gvHH)/m(315. 99032. 081. 920 . 549. 00 . 10 . 1235 . 15 . 1012sHgmBQm/s)(2518. 00 . 5)9 .

11、 05 . 6(315. 9020AQvm)(9032. 081. 922518. 09 . 0222002gvHH9.6 宽顶堰的水力计算宽顶堰的水力计算2/302 HgmBQhHz2 宽顶堰的堰顶水深宽顶堰的堰顶水深gvgvhgvHcccc22222200c111, 12c设gvhcc222ccchhhH21) 11(2120022212Hhhc032, 1Hhhc若不计阻力，032, 1H堰顶水深略小于若考虑水流阻力，临界流临界流 巴赫米切夫最小能量假设巴赫米切夫最小能量假设 chh0ch30.320.010.460.75aHmaH直角进口30.360.011.21.5aHmaH圆弧形进

12、口别列辛斯基的经验公式. 13 流量系数的经验数据系数上游堰面倾斜时，流量m. 2.49查表及上游堰面倾角值可根据堰上游面倾斜时，其Ham9.5m无坎宽顶堰的流量系数 可按不同的进口形式查表得到，并且已包含侧收缩的影响。4 侧收缩系数0010.2 (1)kHnnb00.8shH67. 0,67. 032,0000HhHhHHhhhcsccs据上分析，淹没出流时没条件为根据实验，宽顶堰的淹5 淹没系数无坎宽顶堰无需再考虑侧收缩系数。值宽顶堰淹没系数表.690Hhs0Hhs8 . 01.00.90.840.810.9950.910.810.820.990.920.780.830.980.930.7

13、40.840.970.940.700.850.960.950.650.860.950.960.590.870.930.970.500.880.90.980.40.890.879.7 9.7 闸孔出流的水力计算闸孔出流的水力计算1 1、闸孔出流的分类、闸孔出流的分类（1 1） 闸门的分类闸门的分类 弧型闸门弧型闸门平板闸门平板闸门wccchgvhgvH22200200gvhHgvHcw2,2200200令gvhHccc2)(2000)(21000ccchHgvehcc0,12 宽顶堰上的闸孔出流)(2)(20000eHghHgvcc自由出流自由出流)(2)(2000000eHgeBhHgeBBv

14、hvAQccccc为闸孔的流量系数。其中：012gHeBQ也为闸孔的流量系数。其中：011He.79查表根据系数锐缘平面闸门垂向收缩He.89查表平面闸门的流速系数考有关资料选用。与平板闸门不同，可参与的对于宽顶堰上弧形闸门)(20thHgeBQ70. 065. 0，一般应由试验确定。为淹没出流的流量系数)000tchHhH变为（，有效水头（淹没出流过流能力下降淹没出流：102QeBgHcos)375. 025. 0(186. 065. 01HeHe900,75. 005. 0He3 实用堰上的闸孔出流最高点的情况。以及平面闸门位于堰顶自由出流自由出流)(201shHgeBQ没出流：低坝实用堰

15、上的闸孔淹试验确定。流的流量系数，其值由为实用堰上闸孔淹没出1 )23. 9(201gHeBQ自由出流：自由出流：He/113 3、宽顶堰闸孔出流、宽顶堰闸孔出流 He/11)24. 9()(201thHgeBQ淹没出流：淹没出流： )25. 9(201gHeBQ自由出流：自由出流：4 4、实用堰闸孔出流、实用堰闸孔出流cos)375. 025. 0(186. 065. 01HeHe )27. 9()(201shHgeBQ淹没出流：淹没出流：10-510-5、闸孔出流的水力计算闸孔出流的水力计算4、实用堰闸孔出流cos)375. 025. 0(186. 065. 01HeHem.2 . 0m,

16、5 . 0aa.5m,0.191HB堰上水头上下游堰高堰，堰宽有一矩形无侧收缩薄壁例时通过薄壁堰的流量。及求下游水深分别为m6 . 0m,4 . 0tthh解：为自由出流。的流量。）求（m5 . 0am4 . 0m4 . 011tthh428. 05 . 42 . 0161015 . 02 . 00534. 0403. 05 . 4161010534. 0403. 00HdHm)/m(0848. 02 . 081. 925 . 0428. 0235 . 15 . 10sHgBmQ时的流量。求m6 . 0)2(th下游水位高于堰顶。m,5 . 0m6 . 01aht2 . 05 . 06 . 0

17、2 . 05 . 0111ahHaazt为淹没出流。得查图由, 2 . 076. 0)(.59, 4 . 05 . 02 . 0111azazaHc867. 02 . 01 . 0)5 . 05 . 06 . 02 . 01 (05. 1).2015.01331Hzahs（)/m(0735. 00848. 0867. 0235 . 10sHgBmQ形为半圆形，边墩为圆弧型剖面，闸墩头部形状某溢流坝采用三圆弧例WES.39河床高程见图所示。，上下游设计水位，及坝的设计流量sQ/m55003。求：流量根据地质条件选用单宽上游河道宽度为sq/m80.0m.1602）坝顶高程。；（）坝的溢流宽度和孔数

18、（21解：）坝的溢流宽度和孔数（1m)(8 .68805500qQB则溢流孔数选用每孔净宽m,10b88. 6108 .68bBnm)(70, 7nbBn则坝的溢流宽度实际选用溢流孔数）坝顶高程（2m)(6 .11)81. 9270502. 09 . 00 . 15500()2(32320gmBQH70. 0,45. 0)75. 0, 7000ksHhnH可查得流（按半圆形墩头和自由出值及已知的溢流孔数将此903. 0717 . 045. 0) 17(2 . 01) 1(2 . 0100nbHnk)m(53.11)81. 9270502. 0903. 05500(320H值。不再变化，可作为正

19、确及认为0H)m(580)0 . 40 .37(16020Am/s)(04.Qvm)(06. 081. 9204. 10 . 12220gvm)(47.1106. 053.112200gvHHd堰上设计水头m)(53.2547.110 .37dH上游水位坝顶高程是正确的。故以上按自由出流计算，满足自由出流条件，低于堰顶高程下游设计水位m3.525.2m21斜角边墩。采用尖圆形闸墩，上游引水渠宽为某干渠为宽顶堰式水闸例45.0m30.49孔数。求闸的溢流宽度和溢流量为其它高程见图，设计流./m1203s解：先判别宽顶堰出流情况m)(0 . 45 .1015 .105H)m(165)0 .1005 .105