实用堰水力计算公式

1、 游水位较低，水流在流出堰顶时将产生第二次跌落。

?10hH2、 4、 时，用明渠流理论解决不能用堰流理论。f不可忽略。

同一堰，当堰上水头H较大时，视为实用堰；当堰上水头较小时，视为宽顶堰。

?0§8-2 堰流的基本方程

以宽顶堰为例来推求堰流的基本方程 取渐变流断面1-1

C-C（近似假设渐变流） 以堰顶为基准面， 列两断面能量方程：

H??0v02g

?hc0??vc22g??vc22g hc0H??0v02g?H0作用水头

hc与H有关，引入一修正系数k。则

k?H0机hco?kH0。修正系数k取决于堰口的

形状和过流断面的变化。

vc?1代入上式，整理得：

???1?k2gH0??1?k32gH0

2 Q?vchcb?vcRH0b??k1?kb2gH0

32 ?mb2gH0 式中：b——堰宽

??1 ?——流速系数

???

m——流量系数，m??k1?k 适用：堰流无侧向收缩

注：堰流存在侧向收缩或堰下游水位对堰流的出水能力产生影响时，可对此公式进行修正。

§8-3 薄壁堰

一、一、分类：

矩形薄壁堰→较大流量

按堰口形状： 三角形薄壁堰→较小流量

梯形薄壁堰→较大流量

1、 1、 矩形薄壁堰

① ① 矩形薄壁堰的自由出流；在无侧向收缩的影响时，其流量公式为：

3 Q?mb2gH0

上式为关于流速的隐式方程，了；两边均含有流速，一

般计算法进行计算，较复杂，于是，为计算简便，将上式改写成：

32 Q?m0b2gH2

m0——已考虑流速影响的薄壁堰的流量系数 m0的确定：

矩形薄壁8的流量系数由1898年法国工程师Basin提出经验公式为： H

式中：H——堰上水头（m）

m0?(0.405?0.0027)[1?0.55(HH?p)]2

p——上游堰高 （m）

适用条件：H?0.25~1.24m p?0.24~0.75m b?0.2~2.0m 2、 2、 三角形薄壁堰：

当流量较小时，堰上水头较小时，采用三角形薄壁堰 ⑴公式：

3取微元，则流量表达式为：dQ?m0设h为db处水头，则由几何关系：

dQ??m0tg2gh2db （*）

b?(H?h)tg?2

db??tg?2dh

?23代入*式，得

2gh2dh03

积分得：

Q??2m0tg?45m0tg?22g?H5h2dh?2

2gH2

52?当??90，H?0.05~0.25m时，实验得m0?0.395。于是：Q?1.4H ?当??90，H?0.25~0.55m时，经验公式为：Q?1.343H2.47

s） 式中H——以顶点为起点的堰上水头（m）Q——流量（

⑵公式适用条件：①薄壁堰水面四周均为大气，必要时设通气管与大气相通。 ②无侧向收缩的影响。 ③堰流为自由出流。 ⑶薄壁堰是测量渠道流量的装置： 注意：①水面与大气相通，

②避免形成淹没式水流。

m3

§8-4 实用堰

一、一、实用堰：

1、 1、 用途 挡水、泄流 （水利工程中） 2、 2、 分类： 曲线形实用堰

折线形实用堰

33、 3、 计算公式：Q?mb2gH02

m与实用堰的具体曲线类型有关，也与堰上水头有关 一般曲线型的实用堰可取m0?0.45 折线型实用堰可取m0?0.35~0.42 一、三、实用堰所受影响

1、 1、 淹没影响

淹没式出流：当堰下游水位超过堰顶标高时，即Hs?h?p?0

淹没式出流公式：设?s为淹没系数，与淹没程度有关，淹没式实用堰的流量公式为：Q??smb2gH0 ?s具体见P169 表8-1 2、 2、 侧面收缩的影响：

堰宽﹤堰上游渠道 {过堰水流发生侧向收缩，泄流能力减小}

32用侧面收缩系数?表示，堰流流量为：Q?m?b2gH0 侧面收缩系数一般取值：??0.85~0.95

3

§8-5 宽顶堰

一、一、自由出流：

1、 1、 分类： 直角形

按进口纵剖面的形式 圆弧形 ，阻力，泄流能力不同，流量系数?不同。 斜角形

32、 2、 流量公式：Q?mb2gH0m流量系数，取决于堰口的类型和相对堰高。

m 的经验公式和经验数据如下： ⑴矩形直角进口宽顶堰：

3?0?ppH2pHpH

m?0.32?0.01?3.0当时，

0.46?0.75时，m?0.32

⑵矩形圆弧进口宽顶堰： 当H3?0?ppH?3.0pHpH

m?0.36?0.01?3.0当时，

1.2?1.5时，m?0.36

二、二、淹没式出流：

下游水位高于堰顶且使堰顶水流由急流变缓流 1、特点：①过堰水流水位﹤下游水位

当H ②水流由急流→缓流（h?hk?h?hk）充分条件 ③堰过水能力下降 2、淹没式堰流的充分条件是：

hs?h?p?0.8H0'?3.0

33、计算公式 Q??smb2gH02

?s——淹没系数，取值范围见P171 表8-2 三、三、侧向收缩的影响：

1、 1、 侧向收缩：当堰宽小于上游渠道宽时，水流流入堰口后，A流道断面面积变化，

水流在惯性的作用下，流线发生弯曲，产生附加的局部阻力，造成过流能力降低。其影响用收缩系数表示。 2、 2、 计算公式：

3自由出流：Q??mb2gH02

b?——收缩系数，与堰宽和渠道的比值B边墩的进口形状及进口断面变化有关。

??1?3?0.2?pH?4bB(1?bB) ?的经验公式为：

?——墩形系数，矩形边缘??0.19，圆形边缘??0.10

例8-1 见P171

§8-6 小桥孔径的水力计算

一、

1、 1、 流经小桥孔径的水流特点：（水力现象） 与宽顶堰相同

① ① 具有侧向影响，造成局部阻力 ② ② 桥孔前水位整齐，桥孔内流速增加，造成第一次水面跌落 ③ ③ 桥孔后流速减小，产生局部阻力，造成第二次水面跌落。 2、 2、 形成原因：

水流在缓流河道中，由于桥墩或桥的边墩侧向收缩，使水流过水断面减小造成的。 3、分类：自由出流 淹没出流 二、自由出流：

1、 1、 自由出流——当桥的下游水位不影响小桥的过水能力时，水面有明显的两次跌落，

这时的小桥出流为自由出流。 2、 2、 特点（判断准则）：

一般桥的下游水深，h?1.3hk（hk—桥下渠道的临界水深）

桥下水深 ha?hk

hk?3?Qgb22?3?Q32 对于矩形桥进口断面：

''g(?b)

hk???vg2'2把Q?v(?b)ha?v(?b)?hk代入上式，得3、 3、 公式推求：

列1-1、2-2能量方程：

H??0v02

2g?ha??v22gv02??v2g

式中令

H0?H??02ghz??hk ?垂直收缩系数??1

具体数据由小桥进口形状而定 平滑进口：??0.80~0.85 非平滑进口：??0.75~0.80 v——流速

1v??2g(H0?ha)a ?——???

m??（小桥）

Q?mbh2g(H0?ha)考虑侧向收缩 Q???mbha2g(H0?ha) ?——侧向收缩系数 小桥孔径流速系数?与侧面收缩系数?数据见P174 表8-3 三、淹没出流

1、淹没出流——当小桥下游水深h?1.3hk时，下游水位将影响桥的过水能力，此流动成为淹没出流。

2、特点： ①下游h?1.3hk

②小桥水面上只发生一次跌水。hb?h

3、计算公式：

v??2g(H0?h)Q?mbh2g(H0?h)

例8-2 见0174