第7章堰堰流和和閘孔出出流學(xué)習(xí)重點點§7-1概述述§7-2薄壁壁堰§7-3實用用堰§7-4寬頂頂堰※§7-5小橋橋橋孔過過流的水水力計算算※§7-6無壓壓涵洞的的水力計計算※§7-7閘孔孔出流※§7-8泄水水建筑物物下游的的消能與與銜接第7章堰堰流和和閘孔出出流學(xué)習(xí)重點點：1.堰流流及閘孔孔出流的的概念，，堰的分分類。2.堰流流過流能能力的基基本公式式。3.寬頂頂堰流的的水力計計算。§7-1概述述堰流明渠水流流受障礙礙物或建建筑物的的影響，，上游水水位雍高高，然后后水面降降落，這這種水流流從障礙礙物上溢溢流至下下游的水水流現(xiàn)象象稱為堰堰流。上述建筑筑物或障障礙物稱稱為堰。堰流：頂部閘門門完全開開啟，閘閘門下緣緣脫離水水面，閘閘門對水水流不起起控制作作用，水水流從建建筑物頂頂部自由由下泄。。閘孔出流流：頂部閘閘門部分分開啟，，水流受受閘門控一、堰流流及閘孔孔出流的的概念1、堰流流和閘孔孔出流的的區(qū)別：堰流的的水面線線是光滑滑的降落落曲線；；閘孔出出流的上上下游水水面是不不連續(xù)的的。由于于邊界條條件的這這種差異異，它們們的水流流特征及及過水能能力也不不相同。。2、堰流流和閘孔孔出流的的相同點：引起壅壅水，然然后水面面降落，，是在重重力作用用下形成成的一種種水流運(yùn)運(yùn)動，都都是從勢勢能轉(zhuǎn)化化為動能能的過程程。都屬屬于明渠渠急變流流，主要要是局部部水頭損損失。3、堰流流和閘孔孔出流的的轉(zhuǎn)化：閘底坎為為平頂堰堰時：閘孔出流流堰流閘底坎為為曲線型型堰時閘孔出流流堰流二、堰流流及閘孔孔出流的的特征三、堰流流的基本本特征量量堰的幾何要素素：b：堰寬B：渠寬：堰頂厚度度P1：上游堰高高P2：下游堰高高水流的幾幾何要素素：H：堰上水頭頭v0：行近流速速：堰上總水水頭h：下游水深深（一）按δ與H的相對對大小分分類薄壁堰：：實用堰：：寬頂堰：：四、堰流流的分類類（二）按堰下游游水位h對堰的影影響分類類自由堰：下游水位位較低，，不影響響堰的出出流條件件。淹沒堰：下游水位位較高或或下游堰堰高較小小，堰頂頂出流受受到頂托托作用，，影響了了堰的過過流能力力，使流流量減小小。（三）按B和b的變化化分類有側(cè)收縮縮堰：B>b。無側(cè)收收縮堰堰：B=b。四、堰堰流的的分類類（四））其他分分類按堰孔孔形狀狀可將將堰分分為矩矩形堰堰、三三角形形堰、、梯形形堰、、曲線線形堰堰等。。列堰前前斷面面與堰堰頂斷斷面的的能量量方程程：hc0=kH0。堰流流流量公公式：：五、堰堰流過過流能能力的的基本本公式式令m為流量量系數(shù)數(shù)，與與堰頂頂水頭頭和堰堰的邊邊界條條件有有關(guān)。。Q＝εσmb（2g）1/2H03/2一、矩矩形薄薄壁堰堰流1、定定義：堰口形形狀為為矩形形的薄薄壁堰堰。2、薄薄壁堰堰用于于量測測設(shè)備備時的的要求求：矩形薄薄壁堰堰無側(cè)側(cè)收縮縮，自自由出出流上游渠渠寬與與堰寬寬相同同下游水水位低低于堰堰頂堰上水水頭H不宜宜過小小，一一般H>2.5cm水舌下下面的的空間間應(yīng)§7-2薄壁壁堰3、計計算公公式m0包含行行近流流速影影響在在內(nèi)的的流量量系數(shù)數(shù)一、矩矩形薄薄壁堰堰流1、定義：堰口形形狀為為三角角形的的薄壁壁堰。。2、應(yīng)用當(dāng)測量量的流流量較較小一一般用用三角角形薄薄壁堰堰。3、計算公公式二、三三角形形薄壁壁堰流流H≤25cmH>25cm當(dāng)Q較大而而又不不能用用無側(cè)側(cè)收縮縮矩形形堰時時，常常采用用梯形形堰。。三、梯梯形薄薄壁堰堰流令，，得得實驗研研究表表明，，當(dāng)時時，流流量系系數(shù)mt不隨隨H及b變化，，且約約為0.42。。§7-3實實用堰堰一、剖剖面形形狀折線形形曲線形形二、曲曲線形形實用用堰（一））曲線型型實用用堰的的剖面面形狀狀合理的的剖面面形狀狀應(yīng)當(dāng)當(dāng)具有有下列列優(yōu)點點：過水能能力大大堰面不不出現(xiàn)現(xiàn)過大大的負(fù)負(fù)壓經(jīng)濟(jì)、、穩(wěn)定定（一））曲線型型實用用堰的的剖面面形狀狀組成：1.上游堰堰面AB，可垂垂直或或傾斜斜：2.堰頂溢溢流段段BC：3.下游堰堰面直直線段段CD:4.堰面與與下游游河床床相切切的反反弧段段DE:堰頂曲曲線BC對對水流流特性性的影影響最最大，，是設(shè)設(shè)計曲曲線實實用堰堰剖面面形狀狀的關(guān)關(guān)鍵。。國內(nèi)內(nèi)外設(shè)設(shè)計堰堰剖面面形狀狀有許許多方方法，，主要要區(qū)別別在于于曲線線段BC如如何確確定。。實際采采用的的剖面面形狀狀都是是按薄薄壁堰堰水舌舌下緣緣曲線線稍加加修改改而成成。（一））曲線型型實用用堰的的剖面面形狀狀實驗研研究表表明，，曲線線型適適用堰堰的流流量系系數(shù)主主要決決定于于上游游堰高高與設(shè)設(shè)計水水頭之之比P1/Hd、堰頂頂全水水頭與與設(shè)計計水頭頭之比比0/Hd以及上上游面面的坡坡度。。（二））曲線型型實用用堰的的流量量系數(shù)數(shù)側(cè)收縮縮系數(shù)數(shù)就是是用來來考慮慮邊墩墩及閘閘墩對對過水水能力力的影影響。。可由由下面面經(jīng)驗驗公式式計算算：式中：：n為堰堰孔數(shù)數(shù)；H0為堰頂頂全水水頭；；為邊墩墩形狀狀系數(shù)數(shù)；為閘墩墩形態(tài)態(tài)系數(shù)數(shù)。（三））側(cè)收縮縮系數(shù)數(shù)實用堰堰的淹淹沒條條件也也是下下游水水面高高出堰堰頂和和堰下下形成成淹沒沒式水水躍。。淹沒沒系數(shù)數(shù)反映映下游游水位位及護(hù)護(hù)坦高高程對對過水水能力力的影影響，，當(dāng)實實用堰堰形成成淹沒沒出流流時，，其淹淹沒系系數(shù)σσs與與堰的的相對對淹沒沒深度度hs/H有關(guān)關(guān)（其其中hs為為堰的的下游游水位位高出出堰頂頂?shù)母吒叨龋＃ㄋ模┣€型型實用用堰的的淹沒沒系數(shù)數(shù)§7-4寬寬頂堰堰一.無無側(cè)收收縮自自由式式寬頂頂堰工程中中，堰堰口形形狀一一般為為矩形形直角進(jìn)進(jìn)口：：當(dāng)0≤≤P/H≤3當(dāng)P/H＞3,m=0.32圓角進(jìn)進(jìn)口(r/H≥0.2)當(dāng)0≤≤P/H≤3當(dāng)P/H＞3，，m=0.36二、無無側(cè)收收縮淹淹沒式式寬頂頂堰水流特特點淹沒標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)hs≥0.8H0計算公公式三、側(cè)收收縮寬寬頂堰堰自由式式側(cè)收收縮寬寬頂堰堰的流流量公公式為為淹沒式式側(cè)收收縮寬寬頂堰堰※§7-5小小橋橋橋孔過過流的的水力力計算算（一））自由出出流若h≦1.3hc，下下游水水位不不影響響橋孔孔過流流，稱稱為橋橋孔自自由出出流。。一、小小橋橋橋孔過過流的的水力力特征征（二）淹沒出流若h>1.3hc，下游水位位影響橋孔孔過流，此此時為橋孔孔淹沒出流流。二、小橋橋孔過過流的水力力計算1.計算臨臨界水深2.計算小小橋孔徑自由出流，，橋下河槽槽水深淹沒出流，，橋下河槽槽水深hc0=h，3.按采用用的標(biāo)準(zhǔn)孔孔徑驗算橋孔過過流情況按采用的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)孔徑B，重新計算算hc，判別橋橋孔出流形形式并計算算橋下河槽槽的流速v。v應(yīng)小于vmax自由出流淹沒出流二、小橋橋橋孔過流的的水力計算算4.計算橋橋梁雍水橋梁壅水水水深要控制制在規(guī)范允允許的范圍圍內(nèi)。自由出流淹沒出流橋前壅水水水深※§7-6無壓涵洞洞的水力計計算一、無壓涵涵洞的分類類按涵洞進(jìn)水水口建筑形形式不同與與涵前水頭頭的高低，，水流通過過涵洞時可可分為無壓壓力流、半半壓力流和和壓力流三三種狀態(tài)，，相應(yīng)地將將涵洞分為為無壓涵洞、、半壓力涵涵洞與全壓壓力涵洞。。二、無壓涵涵洞的水力力條件設(shè)涵前水深深為H，下下游水深為為h,涵涵洞洞身凈凈高為hT，實驗驗得知，要要保證為無無壓涵洞，，需滿足以以下水力條條件：①下游水深深小于涵洞洞凈高，即即h<hT；②涵洞的進(jìn)進(jìn)水口建筑筑為普通型型（端墻式式、八字式式、不抬高高式），涵涵前水深（（為洞身身凈高）；；進(jìn)水口建建筑為流線線形（喇叭叭形、抬高高式），涵涵前水深三、無壓涵涵洞的過流流能力計算算（一）水力現(xiàn)象的的分析無壓涵洞底底坡一般為為正坡（i>0）。平坡涵洞使使用中易在在涵洞內(nèi)積積水，影響響路基穩(wěn)定定性，工程程中一般盡盡量避免采采用。對于正坡無無壓涵洞，，根據(jù)底坡坡大小和長長度不同，，分以下三三種情況對對水力現(xiàn)象象進(jìn)行分析析。（1）緩坡坡無壓涵洞洞（i<ic）（2）臨界界坡涵洞（（i=ic）（3）陡坡坡無壓涵洞洞（i>ic）當(dāng)涵洞坡度度過小時，，易使收縮縮斷面淹沒沒，為了避避免這種情情況，工程程上通常將將涵洞底坡坡增大到等等于或略大大于臨界坡坡來解決，，坡度過小小的緩坡涵涵洞盡量少少采用。（二）水力計算短涵的過流流能力可按按寬頂堰計計算長涵的過流流能力按明明渠水流計計算。※§7-7閘孔出出流一、底坎為為寬頂堰型型的閘孔出出流1.底坎為為寬頂堰型型閘孔自由由出流的水水力計算2.底坎為為寬頂堰型型閘孔淹沒沒出流的水水力計算二、底坎為為曲線型實實用堰的閘閘孔出流一、消能類類型（一）面流式消能能當(dāng)下游水深深較大而且且比較穩(wěn)定定時，可采采取一定的的工程措施施，將下泄泄的高速水水流導(dǎo)向下下游水流的的上層，主主流與河床床之間由巨巨大的底部部旋滾隔開開，可避免免高速主流流對河床的的沖刷。余余能主要通通過水舌擴(kuò)擴(kuò)散，流速速分布調(diào)整整及底部旋旋滾與主流流的相互作作用而消除除。※§7-8泄水建建筑物下游