实用堰水力计算

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1、实用堰水力计算实用堰水力计算实用堰流的水力计算日期:06/21/200620:09:00来源:作者:字体:url二javascript:C onten tSize(16)大/urlurl二javascript:Co nten tSize(14)中/urlurl=javascript:C on te ntSize(12)小/url(一) 实用堰的剖面形状 实用堰是工程中既可挡水又可泄水的水工建筑物，根据修筑的材 料，实用堰可分为两大类型:一是用当地材料修筑的中、低溢流堰，堰顶剖 面常做成折线型，称为折线形实用堰。一是用混凝土修筑的中、高溢 流堰，堰顶制成适合水流情况的曲线形，称为曲线形实用堰。曲

2、线型实用堰又可分为真空和非真空两种剖面型式。水流溢过堰 面时，堰顶表面不出现真空现象的剖面，称为非真空剖面堰 ;反之，称为真 空剖面堰。真空剖面堰在溢流时，溢流水舌部分脱离堰面，脱离部分 的空气不断地被水流带走，压强降低，从而造成真空。由于真空现象 的存在，堰面出现负压，势能减少，过堰水流的动能和流速增大，流 量也相应增大，所以真空堰具有过水能力较大的优点。但另一方面，堰面发生真空，使堰面可能受到正负 压力的交替作用，造成水流不稳定。当真空达到一定程度时，堰面还 可能发生气蚀而遭到破坏。所以，真空剖面堰一般较少使用。一般曲线型实用堰的剖面系由以下几个部分组成 :上游直线段，堰 顶曲线段，下游直

3、线段及反弧段，如图所示。上游段常作成垂直的;下游直线段的坡度由堰的稳定和强度要求而 定，一般取1:0.651:0.75;圆弧半径可根据下游堰高和设计水头由表查 得。当10m时，可采用=0.5;当 9m 时，近似用下式计算，式中为设计水头。在工 程设计中，一般选用=(0.75-0.95)(为相应于最高洪水位的堰顶水头)，这样可以 保证在等于或小于的大部分水头时堰面不会出现真空。当然水头大于时，堰 面仍可能出现真空，但因这种水头出现的机会少，所以堰面出现暂时的、在允 许范围内的真空值是可以的。堰顶曲线段是设计曲线型实用堰的关键。国内外对堰面形状有不 同的设计方法，其轮廓线可用坐标或方程来确定。目前

4、国内外采用较多的 是 WES 剖面，因为该剖面与其它形式的剖面相比，在过水能力、堰面压强分布 和节省材料等方面要优越一些。WES 剖面如图所示，其堰顶上游部分曲线用两段圆弧连接，堰顶 下游的曲线用下列方程表示:式中、是与上游迎水面坡度有关的参数对上游面垂直的WES型实用堰，后人通过试验，又将原堰顶上游 的两段圆弧改为三段圆弧，即在上游面增加了一个半径为的圆弧，这样就 避免了原有的上游面边界上存在的折角，改善了堰面压力条件，增加了堰的安 全度,如图所示。(二) 流量系数 曲线型实用堰的流量系数主要取决于上游堰高与设计水头之比()、 堰顶全水头与设计水头之比()以及堰上游面的坡度。在堰的运用过程中

5、，常不等于。当时，过水能力减小，;当时，过水能力增大，。对堰上游面垂直，且1.33,即高堰时，不考虑行近流速水头，在 这种情况下，若，即实际工作全水头刚好等于设计水头时，流量系数 =0.502;若工时，值查出。在 1.33，即低堰时，行近流速加大，流量系数随值的减小而减小。 同时，在相同的情况下，还随总水头与设计水头的比值而变化。（三）侧收缩系数 试验证明，侧收缩系数与边墩、闸墩头部型式、堰孔数目、堰孔 尺寸以及总水头有关。可按下面的经验公式计算（8-21）式中?溢流孔数；-每孔的净宽;堰顶全水头;闸墩形状系数。-边墩形状系数。上式在应用中，若 1 时，不管数值多少，仍用=1 代入计算。（四）

6、淹没系数对 WES 剖面，当下游水位超过堰顶一定数值，即 0.15 时（为下游 水面超过堰顶的高度） ，堰下游形成淹没水跃，过堰水流受到下游水位顶托， 过水能力减小，形成淹没出流。如果下游堰高较小，即 2 时，即使下游水位低于堰顶，过堰水流 受下游护坦的影响，也会产生类似淹没的效果而使过水能力减小。淹没系 数可根据及由图查得。中、小型水利工程，常用当地材料，如条石、砖或木材做成折线 型低堰。断面形状一般有梯形、矩形、多边形等。折线型实用堰中又以梯 形实用堰用得较多。梯形实用堰流量仍可按堰流的基本公式计算，其流量系数 m 与堰顶厚度、相对堰高和前后坡度有关。侧收缩系数、淹没系数可 近似按曲线型实

7、用堰的方法来确定。例某水力枢纽的溢流坝采用WES标准剖面实用堰，闸墩的头部为 半圆形，过墩头部为圆角形，共16孔，每孔净宽15.0m。已知堰顶高 程为110.0m,下游河床高程为30.0m。当上游设计水位高程为125.0m时，相应下 游水位高程为52.0m，流量系数=0.502，求过堰流量。？解:因下游水位比堰顶低得多，应为自由出流,=1.0。因= = 5.331.33，为高堰，取 = 15m 查表8-6得圆角形边墩的形状状系数=0.7,闸墩形状系数=0.45， 侧收缩系数？=0.4656=1.00.46560.5021516=28123m3/s例某河道宽160m，设有WES型实用堰，堰上游面

8、垂直。闸墩头 部为圆弧形，边墩头部为半圆形。共7孔，每孔净宽10m。当设计流 量=5500m3/s时相应的上游水位为55.0m，下游水位为39.2m，河 床高程为20.0m，确定该实用堰堰顶高程。解:因堰顶高程决定于上游设计水位和堰的设计水头，应先计算设计 水头，再算堰顶高程。堰上全水头？已知=5500m3/s;=7x10=70m;对WES型实用堰，在设计水头下 (=时)，流量系数=0.502;侧收缩系数与有关，应先假定，求出，再求。 现假定=0.9 ，因堰顶高程和未知，无法判定堰的出流情况，可先按自 由出流计算，即取淹没系数=1.0，然后再校核。=11.60m用求得的近似值代入公式(8-20

9、)，求值查表 8-6得边墩形状系数= 0.7 ，闸墩形状系数= 0.45 因=1.161，应按=1 代入计算。=1-0.2(7-1)0.45+0.70=0.903用求得近似值代入公式重新计算。=11.53m因=1.1531，应仍按=1 计算，则所求不变，这说明以上所求 =11.53 是正确的。已知上游河道宽为160m，上游设计水位为55.0m，河床高程为 22.0m，近似按矩形计算上游过水断面面积=160(55.0-22.0)=5280m2?,?=1.04m/s则堰的设计水头=- = 11.53-0.06=11.47m。堰顶高程二上游设计水位- = 55.0-11.47=43.53m。最后校核出流条件:下游堰高=43.53-20.00=23.53m，=2.042，因下游水面比堰顶 低，0.15，满足自由出流条件，以上按自由出流计算的结果正确。例:某滚水坝采用曲线形实用堰，当流量=200m3/s时，相应的水头=1.37m。滚水坝高8m坝前行近流速=1.5m/s，流量系数取0.46，下游水深=4.5m,试确定滚水坝溢流宽度。(不计侧收缩)解:因=4.5m8m，为自由出流由=?得滚水坝溢流宽度?二=66m