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1、堰 流1 1概 述 既能壅高水位又能从自身溢水的建筑物称为既能壅高水位又能从自身溢水的建筑物称为堰堰。通过堰顶溢流的水力现象，称为通过堰顶溢流的水力现象，称为堰流堰流。2 2工程中常根据堰顶厚度工程中常根据堰顶厚度 与堰上水头与堰上水头H H 的比值大小，的比值大小，将相应的堰流分为三类将相应的堰流分为三类 ：1 1）薄壁堰流薄壁堰流：当：当/H/H0.67 0.67 时，过堰的水流下泄完时，过堰的水流下泄完全不受堰顶厚度全不受堰顶厚度 的影响的影响 ，堰顶常被做成锐缘形，堰顶常被做成锐缘形 。2 2）实用堰流实用堰流：当：当0.670.67/H/H2.52.5时时 ，称为实用堰，称为实用堰流
2、流 ，纵剖面可以为曲线形或折线形。，纵剖面可以为曲线形或折线形。3 3）宽顶堰宽顶堰：当：当2.52.5/H/H1010时，称为宽顶堰时，称为宽顶堰 。3 3堰流的基本公式应用能量方程可推导出堰流水力计算的基本公式。应用能量方程可推导出堰流水力计算的基本公式。0 00 04 4 如图如图列列0 00 0和和1 11 1能量方程式为能量方程式为式中：式中：v v1 1为为1 11 1断面的平均流速；断面的平均流速；0 0、1 1是相应断面的动是相应断面的动能修正系数；能修正系数；为局部水头损失系数为局部水头损失系数 令令 ，称为堰上全水头，称为堰上全水头 令令 ，k k1 1为一修正系数，称为压
3、强系数。则为一修正系数，称为压强系数。则 能量方程可写为能量方程可写为 5 5即即其中其中 ，称为流速系数。，称为流速系数。因为因为1 11 1断面一般为矩形，设其宽度为断面一般为矩形，设其宽度为b b，水舌，水舌厚度为厚度为K K2 2H H0 0，K K2 2 为堰顶水流的水股收缩系数。则为堰顶水流的水股收缩系数。则1 11 1断面的面积为断面的面积为 ，通过的流量为，通过的流量为令令 ，称为堰的流量系数，则称为堰的流量系数，则 堰流的基本公式堰流的基本公式 6 6对于薄壁堰、实用堰可推导出一样形式的流量公对于薄壁堰、实用堰可推导出一样形式的流量公式，只是流量系数所代表的数值有所不同。式，
4、只是流量系数所代表的数值有所不同。7 7如果下游水位较高，影响到如果下游水位较高，影响到1 11 1断面的水流条件断面的水流条件时，则在相同水头时，则在相同水头H H时，其过流量时，其过流量Q Q将小于右式的将小于右式的计算值，这时称为计算值，这时称为淹没出流淹没出流。用淹没系数。用淹没系数 s s反映反映其影响其影响当堰顶存在当堰顶存在边墩或闸墩边墩或闸墩时时,即堰顶宽度小于上游即堰顶宽度小于上游河渠宽度时，过堰水流在平面上受到横向约束，河渠宽度时，过堰水流在平面上受到横向约束，流线将出现流线将出现横向收缩横向收缩，使水流的有效宽度小于实，使水流的有效宽度小于实际的堰顶净宽，局部水头损失际的
5、堰顶净宽，局部水头损失h hj j增大，过堰流量增大，过堰流量将有所减小。用侧收缩系数将有所减小。用侧收缩系数 1 1反映其影响反映其影响 8 8研究堰流的过水能力，关键在于基本公式中几个研究堰流的过水能力，关键在于基本公式中几个系数的确定，但影响流量系数、侧向收缩系数和系数的确定，但影响流量系数、侧向收缩系数和淹没系数的因素是很复杂的，不同类型的堰流，淹没系数的因素是很复杂的，不同类型的堰流，系数选取也是不同的，可参见相关资料。系数选取也是不同的，可参见相关资料。9 9薄壁堰溢流堰顶厚度堰顶厚度/H/H0.670.67时，属于时，属于薄壁堰流薄壁堰流。由于薄壁堰流具有稳定的水头流量关系，因此
6、，由于薄壁堰流具有稳定的水头流量关系，因此，常被作为水力模型实验和野外测量中的一种有效常被作为水力模型实验和野外测量中的一种有效易行的量水设备。易行的量水设备。根据其堰口形状，根据其堰口形状，薄壁堰又可分为矩形薄壁堰、薄壁堰又可分为矩形薄壁堰、三角形薄壁堰三角形薄壁堰、梯形薄壁堰和比例薄壁堰。、梯形薄壁堰和比例薄壁堰。10101111矩形薄壁堰流无侧收缩、自由出流时的流量计算公式为无侧收缩、自由出流时的流量计算公式为便于使用直接测得的堰上水头便于使用直接测得的堰上水头H H计算流量，可将计算流量，可将式中行近流速水头的影响归集于流量系数中一并式中行近流速水头的影响归集于流量系数中一并考虑，即改
7、写上式为考虑，即改写上式为 ，称为包含行近流速水头影响在内的，称为包含行近流速水头影响在内的流量系数，可按下列经验公式计算：流量系数，可按下列经验公式计算：巴赞（巴赞（BazinBazin）公式）公式1212适用范围为：适用范围为：H=0.1H=0.10.6 m0.6 m，堰宽，堰宽b=0.2b=0.22.0 m2.0 m及及H/PH/P1 12 2 其中：其中：H H为堰上水头，为堰上水头，P P1 1为上游堰高，均以为上游堰高，均以mm计。计。当下游水位超过堰顶、并在堰下游形成淹没水流当下游水位超过堰顶、并在堰下游形成淹没水流时，下游水位将影响过堰流量，形成淹没出流时，下游水位将影响过堰流
8、量，形成淹没出流 。淹没出流时，下游水位波动很大，使过堰流量不淹没出流时，下游水位波动很大，使过堰流量不稳定。因此，稳定。因此，用来测量流量的薄壁堰不宜在淹没用来测量流量的薄壁堰不宜在淹没情况下工作情况下工作。13131414直角三角形薄壁堰流 当所测流量较小时，若用矩形薄壁堰测量，则水当所测流量较小时，若用矩形薄壁堰测量，则水头过小，测量误差很大。改为三角形薄壁堰后，头过小，测量误差很大。改为三角形薄壁堰后，增大了堰上水头，故可提高小流量的测量精度。增大了堰上水头，故可提高小流量的测量精度。在流量小于在流量小于100l/s100l/s时，宜用三角薄壁堰作为量水堰。时，宜用三角薄壁堰作为量水堰
9、。常用的三角形薄壁堰多为直角三角形薄壁堰常用的三角形薄壁堰多为直角三角形薄壁堰 。其。其流量可按下式计算流量可按下式计算式中：式中：H H以以mm计，计，Q Q以以mm3 3/s/s计。计。适用范围为：适用范围为：H=0.050.25m H=0.050.25m 1515另一个较为精确的经验公式为另一个较为精确的经验公式为适用范围为：适用范围为：H=0.060.55m H=0.060.55m 建议建议：在：在H=0.050.25mH=0.050.25m时，采用前式，在时，采用前式，在H=0.250.55mH=0.250.55m时采用上式。时采用上式。1616说明说明：当上述薄壁堰作为量水设备时，测量水头：当上述薄壁堰作为量水设备时，测量水头H H 的位置应选在上游距堰板约为（的位置应选在上游距堰板约为（3 35 5）H H的距的距离处。此外，为了减小水面波动，提高量测精度，离处。此外，为了减小水面波动，提高量测精度，在上游水槽中应设置平水栅在上游水槽中应设置平水栅 。1717