中国地质大学武汉水力学

'堰流1 概述既能壅高水位又能从自身溢水的建筑物称为堰。通过堰顶溢流的水力现象，称为堰流。2 工程中常根据堰顶厚度δ与堰上水头H的比值大小，将相应的堰流分为三类：1）薄壁堰流：当δ/H＜0.67时，过堰的水流下泄完全不受堰顶厚度δ的影响，堰顶常被做成锐缘形。2）实用堰流：当0.67＜δ/H＜2.5时，称为实用堰流，纵剖面可以为曲线形或折线形。3）宽顶堰：当2.5＜δ/H＜10时，称为宽顶堰。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。004 如图列0－0和1－1能量方程式为式中：v1为1－1断面的平均流速；α0、α1是相应断面的动能修正系数；ζ为局部水头损失系数令，称为堰上全水头令，k1为一修正系数，称为压强系数。则能量方程可写为5 即其中，称为流速系数。因为1－1断面一般为矩形，设其宽度为b，水舌厚度为K2H0，K2为堰顶水流的水股收缩系数。则1－1断面的面积为，通过的流量为令，称为堰的流量系数，则堰流的基本公式6 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。7 如果下游水位较高，影响到1－1断面的水流条件时，则在相同水头H时，其过流量Q将小于右式的计算值，这时称为淹没出流。用淹没系数σs反映其影响当堰顶存在边墩或闸墩时,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，流线将出现横向收缩，使水流的有效宽度小于实际的堰顶净宽，局部水头损失hj增大，过堰流量将有所减小。用侧收缩系数ε1反映其影响8 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。9 薄壁堰溢流堰顶厚度δ/H＜0.67时，属于薄壁堰流。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易行的量水设备。根据其堰口形状，薄壁堰又可分为矩形薄壁堰、三角形薄壁堰、梯形薄壁堰和比例薄壁堰。10 11 矩形薄壁堰流无侧收缩、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H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考虑，即改写上式为，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：　　　　　　　　　　　　　　　　巴赞（Bazin）公式12 适用范围为：H=0.1～0.6m，堰宽b=0.2～2.0m及H/P1≤2其中：H为堰上水头，P1为上游堰高，均以m计。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。淹没出流时，下游水位波动很大，使过堰流量不稳定。因此，用来测量流量的薄壁堰不宜在淹没情况下工作。13 14 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。在流量小于100l/s时，宜用三角薄壁堰作为量水堰。常用的三角形薄壁堰多为直角三角形薄壁堰。其流量可按下式计算式中：H以m计，Q以m3/s计。适用范围为：H=0.05~0.25m15 另一个较为精确的经验公式为适用范围为：H=0.06~0.55m建议：在H=0.05~0.25m时，采用前式，在H=0.25~0.55m时采用上式。16 说明：当上述薄壁堰作为量水设备时，测量水头H的位置应选在上游距堰板约为（3－5）H的距离处。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。17'