第八章堰流及闸孔出流 主讲 张竞超 水力学 主要内容 堰流与闸孔出流 堰流与闸孔出流的判别 堰流的分类 堰流的基本公式 薄壁堰流的水力计算 实用堰流的水力计算 宽顶堰流的水力计算 堰流水力计算实例 闸孔出流的基本公式 底坎为宽顶堰型的闸孔出流 底坎为曲线型实用堰的闸孔出流 闸孔出流水力计算实例 既能挡水 又能过水的水工建筑物 称为堰 堰流 闸孔出流 堰流不受闸门控制水面为一条光滑的曲线 而闸孔出流受闸门的控制水面在闸门处不连续 都是上游壅水 水流在重力作用下运动 将势能转化为动能的过程 都是急变流 能量损失主要是局部水头损失 堰 闸水流的判别 堰流 闸孔出流 堰流的分类 堰的外形及厚度不同 其能量损失及过水能力也会不同 堰宽b 按 H分类 H 0 67薄壁堰流 0 67 H 2 5实用堰流 2 5 H 10宽顶堰流 曲线形 折线形 有坎 无坎 按下游水位是否对过堰水流有顶托阻水的影响 自由堰流 淹没堰流 按有无侧向收缩 无侧收缩堰流b B 有侧收缩堰流b B 堰流的基本公式 应用能量方程式可推得 水力计算类型 计算过堰流量Q 计算堰上水头H 设计堰宽b 薄壁堰流的水力计算 薄壁堰流具有稳定的水头和流量的关系 常作为水力模型或野外测量中一种有效的量水工具 当矩形薄壁堰无侧收缩 自由出流时 水流最为稳定 测量精度也较高 堰上水头不宜过小 应大于2 5m 水舌下面的空间通气良好 三角形薄壁堰适用于小流量的量测 直角三角形薄壁堰的计算公式可简化为 实用堰流的水力计算 剖面形状设计 克里格 奥菲采洛夫剖面 WES剖面 渥奇剖面 实用堰系数确定 WES堰md 0 502 克 奥堰md 0 49 宽顶堰流的水力计算 流量系数 淹没条件 侧收缩系数 例题1 如图所示直角进口堰 堰顶厚度 5m 堰宽与上游矩形渠道宽度相同 b 1 28m 求过堰流量 解 1 判别堰型 所以该堰为宽顶堰 2 确定系数 3 第一次近似计算流量 设H01 H 0 85m 4 第二次近似计算流量 5 第三次近似计算流量 符合要求 6 验证出流形式 仍为自由出流 故所求流量为1 68m3 s 例题2 如图所示直角进口堰 堰顶厚度 5m 堰宽与上游矩形渠道宽度相同 b 1 28m 求过堰流量 解 1 判别堰型 所以该堰为宽顶堰 2 确定系数 3 第一次近似计算流量 设H01 H 0 85m 查表8 2得 s1 0 70 4 第二次近似计算流量 查表8 2得 s2 0 78 5 第三次近似计算流量 查表8 2得 s3 0 82 6 第四次近似计算流量 查表8 2得 s4 0 82 符合要求 故所求流量为1 33m3 s 闸孔出流的基本公式 取决于闸底坎的形式 闸门的类型和闸孔的相对开度e H值 底坎为宽顶堰型的闸孔出流 自由出流 水跃在临界式或远离式位置处 淹没出流 水跃在淹没式位置处 流量系数 平板闸门 弧形闸门 淹没系数 查图8 34 例题 矩形渠道中修建一水闸 采用平板闸门 闸底板与渠底齐平 闸孔宽等于3m 已知行近流速v0 0 8m s 闸前水深H 5m 闸门开启高度e 1 0m 下游水深ht 3 5m 求过闸流量 解 1 判别是堰闸出流 故为闸孔出流 2 确定流量系数 3 设下游为自由出流 计算过闸流量 4 判别出流是否淹没 则收缩断面水深 hc的共轭水深 因ht 3 5m 故 闸孔为淹没出流 由潜流比 查图8 34得 所以通过闸孔的流量为 底坎为曲线型实用堰的闸孔出流 流量系数 平板闸门 弧形闸门查表8 9 例1 某水库溢流坝 采用曲线型堰 堰顶厚度为5m 共5孔 每孔净宽为7m 坝顶设弧形闸门 试求坝顶水头H为5m 各孔均匀开启 开度为1m时 通过闸孔的流量 不计行近流速水头 下游为自由出流 解 1 判别堰型 所以该堰为实用堰 2 判别堰闸出流 所以为闸孔出流 3 确定系数 由表8 9查得闸孔流量系数 4 计算过闸孔流量 所以该工况下 通过闸孔的流量为231m3 s 水库调度图 水库放水时间计算 水库调度图 水库放水时间的计算 水库是用来蓄洪水的 在洪水到达之前有时需将水库中的水放掉 这就需要计算放水所需要的时间 库水位不变时 库水位下降 H时 依水量平衡 水库的水面面积 随水库水位而变