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1、第八章第八章 堰流及闸孔出流堰流及闸孔出流 8-1 8-1 概概 述述 8-2 8-2 堰流的基本公式堰流的基本公式 8-3 8-3 闸口出流的基本公式闸口出流的基本公式 8-1 8-1 概概 述述通过堰的水流称为堰流；通过堰的水流称为堰流； 从顶部溢流而水面不受约束的壅水建筑物。从顶部溢流而水面不受约束的壅水建筑物。堰堰 由闸门控制水流的泄水建筑物。由闸门控制水流的泄水建筑物。闸闸通过闸孔的水流称为闸孔出流。通过闸孔的水流称为闸孔出流。 堰流、闸孔出流的特点堰流、闸孔出流的特点 从水流现象来看从水流现象来看1 1）堰、闸的存在使得河渠中的水位被壅高，上堰、闸的存在使得河渠中的水位被壅高，上游
2、水流是缓流；游水流是缓流； 2 2）堰流的水流表面不受闸门约束而保持连续的堰流的水流表面不受闸门约束而保持连续的自由水面；自由水面； 3 3）闸孔出流）闸孔出流的水流表面受闸门下缘的约束而没的水流表面受闸门下缘的约束而没有连续降落的自由水面；有连续降落的自由水面； 从能量方程来看从能量方程来看1 1） 过堰、闸时，能量的转换形式主要是从位过堰、闸时，能量的转换形式主要是从位能转换为动能。能转换为动能。 2 2） 两过水断面间水流的能量耗损主要是局部两过水断面间水流的能量耗损主要是局部水头损失，沿程水头损失是次要的。水头损失，沿程水头损失是次要的。 有压管流和明渠流的沿程水头损失往往是主要有压管
3、流和明渠流的沿程水头损失往往是主要的。的。 堰流的主要特征量堰流的主要特征量 堰宽堰宽b b：水流漫过堰顶的宽度；水流漫过堰顶的宽度； 堰上水头堰上水头H H：堰上游水位与堰顶高程之差；堰上游水位与堰顶高程之差； 堰壁厚度堰壁厚度及它的剖面形状；下游深度及它的剖面形状；下游深度h ht t等。等。研究堰流和闸孔出流的主要目的研究堰流和闸孔出流的主要目的建立过堰、闸的流量建立过堰、闸的流量Q Q与其特征量之间的关系。与其特征量之间的关系。 按照堰壁厚度按照堰壁厚度对堰流的影响，将堰分为薄壁堰、对堰流的影响，将堰分为薄壁堰、实用堰和宽顶堰三种。实用堰和宽顶堰三种。 堰流的分类堰流的分类 薄壁堰薄壁
4、堰堰壁厚度很薄，不影响水舌堰壁厚度很薄，不影响水舌形状，堰壁对自由水舌没有形状，堰壁对自由水舌没有顶托的作用。顶托的作用。常用作实验室和灌溉渠道中量测流量的设备。常用作实验室和灌溉渠道中量测流量的设备。 水流过堰的能量损失主要是水流过堰的能量损失主要是过水断面缩小而引起的局部过水断面缩小而引起的局部水头损失。水头损失。 实用堰实用堰 堰壁厚度对水舌有一定的影响，从而对过水能力堰壁厚度对水舌有一定的影响，从而对过水能力产生影响。这时水流过堰的能量损失仍为收缩型产生影响。这时水流过堰的能量损失仍为收缩型局部损失。局部损失。 实用堰有折线型和曲线型两种。实用堰有折线型和曲线型两种。 宽顶堰宽顶堰 堰
5、壁厚度较大，水舌受到堰顶堰壁厚度较大，水舌受到堰顶的顶托作用加大，水流表面出的顶托作用加大，水流表面出现下凹的形状，堰壁对过水能现下凹的形状，堰壁对过水能力的影响也相应加大。力的影响也相应加大。水流过堰的能量损失仍以局部水流过堰的能量损失仍以局部水头损失为主，但沿程水头损水头损失为主，但沿程水头损失已占一定比重。失已占一定比重。 根据堰的形状分类根据堰的形状分类根据堰与渠道水流的相对位置分类根据堰与渠道水流的相对位置分类 矩形堰矩形堰 三角堰三角堰 梯形堰梯形堰 正交堰（堰与渠道水流方向正交）正交堰（堰与渠道水流方向正交） 斜堰（堰与渠道水流方向不正交）斜堰（堰与渠道水流方向不正交） 侧堰（堰
6、与渠道水流方向平行）侧堰（堰与渠道水流方向平行）堰流的判别标准堰流的判别标准 对于堰流来讲即使是同一个堰，当堰前水头对于堰流来讲即使是同一个堰，当堰前水头H H变化时，堰流类型也会相应变化。变化时，堰流类型也会相应变化。堰流类型取决于堰宽与堰前水头之比堰流类型取决于堰宽与堰前水头之比/H/H。闸孔出流的主要特征量闸孔出流的主要特征量 闸宽闸宽b b、闸门开度闸门开度e e、闸前水头闸前水头H H、闸底板及闸闸底板及闸墩结构、下游水深墩结构、下游水深h ht t等。等。 常见的闸孔有实用堰上闸孔和宽顶堰上闸孔两常见的闸孔有实用堰上闸孔和宽顶堰上闸孔两种。种。堰流和闸口出流的判别标准堰流和闸口出流
7、的判别标准 宽顶堰式闸坝宽顶堰式闸坝 实用堰式闸坝实用堰式闸坝同一个建筑物上，在不同运行工况下有时会形同一个建筑物上，在不同运行工况下有时会形成堰流，有时则会形成闸孔出流。成堰流，有时则会形成闸孔出流。 自由溢流和淹没溢流自由溢流和淹没溢流 水流通过堰、闸时，在堰下游和闸后形成急流和水流通过堰、闸时，在堰下游和闸后形成急流和水跃。水跃。 下游水深下游水深h ht t足够大时形成淹没式水跃，也即形成足够大时形成淹没式水跃，也即形成淹没溢流淹没溢流。此时下游水深此时下游水深h ht t对对堰、闸的过水能力产生影响。堰、闸的过水能力产生影响。下游水深不影响堰、闸过水能力时的堰流和闸孔下游水深不影响堰
8、、闸过水能力时的堰流和闸孔出流称为出流称为自由溢流自由溢流。 在相同的上游水头作用和闸门开度情况下，在相同的上游水头作用和闸门开度情况下，淹没淹没溢流的流量比自由溢流的流量小溢流的流量比自由溢流的流量小。 侧收缩影响侧收缩影响 上游来流的水面宽度上游来流的水面宽度和堰的净宽是不相等和堰的净宽是不相等的。边墩和闸墩将迫的。边墩和闸墩将迫使过堰水流产生横向使过堰水流产生横向收缩。收缩。 有无侧收缩影响的判别标准：有无侧收缩影响的判别标准： 8-2 8-2 堰流的基本公式堰流的基本公式无侧收缩影响和淹没影响的宽顶堰为例推导堰流无侧收缩影响和淹没影响的宽顶堰为例推导堰流的基本公式的基本公式 对无侧收缩
9、影响的单孔宽顶堰流，堰宽为对无侧收缩影响的单孔宽顶堰流，堰宽为b b，则流量为则流量为 对薄壁堰、实用堰均适用，对不同堰流，流量系数对薄壁堰、实用堰均适用，对不同堰流，流量系数m m的的变化规律和表达式不同。变化规律和表达式不同。 堰流自由溢流的基本公式堰流自由溢流的基本公式直角三角形薄壁堰流量公式直角三角形薄壁堰流量公式 H H以以m m计，计，Q Q以以m m3 3/s/s计，该式适用范围为计，该式适用范围为H=0.06-H=0.06-0.55m0.55m。 考虑侧收缩影响和淹没影响的堰流基本公式考虑侧收缩影响和淹没影响的堰流基本公式当堰宽小于上游来流宽度或堰顶设有边墩或闸当堰宽小于上游来
10、流宽度或堰顶设有边墩或闸墩时，应考虑侧收缩影响：墩时，应考虑侧收缩影响： 当下游水深较大以致形成淹没溢流时，还应考当下游水深较大以致形成淹没溢流时，还应考虑淹没影响：虑淹没影响： 流量系数、侧收缩系数和淹没系数的变化规律流量系数、侧收缩系数和淹没系数的变化规律 薄壁堰流薄壁堰流 对有侧收缩影响但无淹没影响的矩形薄壁堰对有侧收缩影响但无淹没影响的矩形薄壁堰 B B0 0为引水渠宽，为引水渠宽，b b为堰宽，为堰宽，P P为堰顶高程与上游为堰顶高程与上游堰底高程之差。堰底高程之差。 矩形薄壁堰在自由溢流时，流量系数矩形薄壁堰在自由溢流时，流量系数m m0 0大体上为大体上为0.420.42左右。左
11、右。 在形成淹没溢流时，下游水面波动较大，溢流很在形成淹没溢流时，下游水面波动较大，溢流很不稳定，一般情况下量水用的薄壁堰不宜在淹没不稳定，一般情况下量水用的薄壁堰不宜在淹没条件下工作。条件下工作。 对于无测收缩的单孔矩形薄壁堰对于无测收缩的单孔矩形薄壁堰 实用堰流实用堰流 曲线型实用堰和折线型实用堰曲线型实用堰和折线型实用堰 曲线型实用堰堰顶曲线的设计依据曲线型实用堰堰顶曲线的设计依据：根据矩形薄：根据矩形薄壁堰在设计水头壁堰在设计水头H Hd d时自由溢流水舌的下缘形状来时自由溢流水舌的下缘形状来确定。确定。实际水头大于设计水头，水舌将偏离堰面与堰面实际水头大于设计水头，水舌将偏离堰面与堰
12、面间形成一定程度的真空，流量系数会相应增加；间形成一定程度的真空，流量系数会相应增加； 实际水头小于设计水头，水舌将贴压堰面使堰面实际水头小于设计水头，水舌将贴压堰面使堰面压力增大，流量系数相应减小；压力增大，流量系数相应减小； 对上游面垂直的对上游面垂直的WESWES剖面堰：剖面堰： 对克对克- -奥剖面堰：奥剖面堰： 克克- -奥剖面堰：奥剖面堰：m=0.49m=0.49 WESWES剖面堰剖面堰: m=0.502: m=0.502 折线型实用堰折线型实用堰 梯形实用堰的流量系数梯形实用堰的流量系数m m与与P/HP/H（相对堰高）、相对堰高）、/H/H（相对堰宽）以及上下游堰面倾斜角相对
13、堰宽）以及上下游堰面倾斜角1 1、2 2有关。有关。 根据表根据表8.2.18.2.1可以查出梯形实用堰的流量系数可以查出梯形实用堰的流量系数m m。实用堰的侧收缩系数实用堰的侧收缩系数有侧收缩影响时实用堰自由出流的流量公式有侧收缩影响时实用堰自由出流的流量公式 crcr和和0 0是根据边墩和中敦形状决定的系数。由图是根据边墩和中敦形状决定的系数。由图8.2.58.2.5及表及表8.2.28.2.2查得。查得。 适用条件适用条件 h hs s为下游水位超过堰顶的高度为下游水位超过堰顶的高度 实用堰淹没溢流的判别及淹没系数实用堰淹没溢流的判别及淹没系数实用堰发生淹没溢流的条件实用堰发生淹没溢流的
14、条件 下游水位超过堰顶下游水位超过堰顶 下游发生淹没式水跃下游发生淹没式水跃 实用堰下游发生淹没式水跃的条件实用堰下游发生淹没式水跃的条件 z z为上下游水位差，为上下游水位差，P P2 2为堰顶与堰下游底板的高为堰顶与堰下游底板的高程差。程差。 临界值临界值(z/P(z/P2 2) )crcr与相对水头与相对水头H/PH/P2 2和流量系数和流量系数m m有有关。可由图关。可由图8.2.78.2.7查得。查得。实用堰的淹没系数实用堰的淹没系数s s可由表可由表8.2.38.2.3查得。查得。h hs s为下游水面超过堰顶的高度为下游水面超过堰顶的高度 宽顶堰流宽顶堰流 流量系数流量系数m m
15、与堰的进口形式以及堰的相对高度与堰的进口形式以及堰的相对高度P P1 1/H/H有关。有关。 对矩形有直角前沿进口的宽顶堰，别列津斯基公式对矩形有直角前沿进口的宽顶堰，别列津斯基公式 对矩形带圆角前沿进口的宽顶堰对矩形带圆角前沿进口的宽顶堰，别列津斯基公式，别列津斯基公式 当当P P1 1/H=3.0/H=3.0时，时，m m值最小，值最小，m m分别为分别为0.320.32和和0.36;0.36; 当当P P1 1=0=0时，时，m m值最大，都为值最大，都为0.3850.385； 适用范围均为适用范围均为 当当P P1 1/H3.0/H3.0时，带直角前沿进口的宽顶堰，流量系时，带直角前沿
16、进口的宽顶堰，流量系数用数用m=0.32m=0.32；带圆角前沿进口的宽顶堰带圆角前沿进口的宽顶堰，流量系数用，流量系数用m=0.36m=0.36。有直角前沿进口有直角前沿进口带圆角前沿进口带圆角前沿进口宽顶堰的侧收缩系数宽顶堰的侧收缩系数宽顶堰的淹没溢流的判别宽顶堰的淹没溢流的判别 当下游水位较低时当下游水位较低时( (低于低于K-KK-K线线) )，堰顶收缩水，堰顶收缩水深深h hc c小于临界水深小于临界水深h hcrcr，堰顶水流为急流，下游堰顶水流为急流，下游水深不影响堰的过水能力，为自由溢流。水深不影响堰的过水能力，为自由溢流。 与实用堰相同与实用堰相同 当下游水位稍高于当下游水位
17、稍高于k-kk-k线时，堰顶出现波状水跃，线时，堰顶出现波状水跃，此时此时h hc c仍小于仍小于h hcrcr，下游水深仍不影响堰的过水能下游水深仍不影响堰的过水能力。力。 当下游水位再升高，以至收缩断面被淹没，当下游水位再升高，以至收缩断面被淹没，收缩断面处水深收缩断面处水深h hc c已大于临界水深已大于临界水深h hcrcr，堰顶水堰顶水流为缓流，这时，下游的干涉波能向上传播，流为缓流，这时，下游的干涉波能向上传播，下游水位已对过堰流量产生影响，形成宽顶堰下游水位已对过堰流量产生影响，形成宽顶堰淹没出流。淹没出流。 形成宽顶堰淹没溢流的条件形成宽顶堰淹没溢流的条件 h hs s为下游水
18、位超过堰顶的高度。为下游水位超过堰顶的高度。 淹没系数与淹没系数与h hs s/H/H0 0有关，可由表有关，可由表8.2.48.2.4查得。查得。 无坎宽顶堰流无坎宽顶堰流 对于多孔无坎宽顶堰流对于多孔无坎宽顶堰流, ,流量系数流量系数m m按下式计算按下式计算: : n n为堰孔数目；为堰孔数目；m mm m中孔的流量系数；中孔的流量系数；m ms s边孔的流量系数。边孔的流量系数。流量系数流量系数m mm m和和m ms s由表由表8.2.58.2.5中查出。中查出。表表8.2.58.2.5中的流量系数已包括侧收缩影响在内中的流量系数已包括侧收缩影响在内。无坎宽顶堰淹没溢流的判别标准与宽
19、顶堰流相同；淹没无坎宽顶堰淹没溢流的判别标准与宽顶堰流相同；淹没系数的取值也由表系数的取值也由表8.2.48.2.4确定。确定。例例8.2.1 8.2.1 某河进水闸底板高程与上游河床高程某河进水闸底板高程与上游河床高程相同，均为相同，均为5.0m5.0m，闸孔共闸孔共2828个，孔宽个，孔宽10.0m,10.0m,闸闸墩厚墩厚d=1.6m,d=1.6m,墩头为半圆形，边墩为墩头为半圆形，边墩为1/41/4圆弧，圆弧，圆弧半径圆弧半径r=1.9mr=1.9m，闸上游河宽闸上游河宽B B0 0=327.0m=327.0m，闸全闸全开，上游水位开，上游水位9.0m9.0m，当下游水位为当下游水位为
20、5.0m5.0m时，求时，求过闸流量。过闸流量。( (含侧收缩的流量系数含侧收缩的流量系数m=0.3688m=0.3688。) ) 用用H H代替代替H H0 0下游水位与堰顶齐平，故过闸水流为无坎宽顶堰自由下游水位与堰顶齐平，故过闸水流为无坎宽顶堰自由溢流，无溢流，无坎宽顶堰侧收缩系数已计入在流量系数内。坎宽顶堰侧收缩系数已计入在流量系数内。例例8.2.2 8.2.2 某河进水闸底板高程与上游河床高程某河进水闸底板高程与上游河床高程相同，均为相同，均为5.0m5.0m，闸孔共闸孔共2828个，孔宽个，孔宽10.0m,10.0m,闸闸墩厚墩厚d=1.6m,d=1.6m,墩头为半圆形，边墩为墩头
21、为半圆形，边墩为1/41/4圆弧，圆弧，圆弧半径圆弧半径r=1.9mr=1.9m，闸上游河宽闸上游河宽B B0 0=327.0m=327.0m，闸全闸全开，上游水位开，上游水位9.0m9.0m，求下游水位升至求下游水位升至8.6m8.6m时流时流量为多少？量为多少？宽顶堰淹没溢流宽顶堰淹没溢流由表由表8.2.38.2.3查得查得淹没系数淹没系数8-3 8-3 闸孔出流的基本公式闸孔出流的基本公式 当下游水位较低，使闸孔下游发生远驱式水跃，当下游水位较低，使闸孔下游发生远驱式水跃，下游水位不影响闸孔流量为下游水位不影响闸孔流量为自由出流自由出流。宽顶堰上的闸孔出流宽顶堰上的闸孔出流 当下游水位较
22、高，使闸孔下游发生淹没式水跃，当下游水位较高，使闸孔下游发生淹没式水跃，以至影响闸孔出流时，为以至影响闸孔出流时，为淹没出流淹没出流。 自由出流自由出流对断面对断面1-11-1和收缩断面和收缩断面c-cc-c列能量方程列能量方程宽顶堰式闸孔出流的流速系数宽顶堰式闸孔出流的流速系数值可查表值可查表8.3.18.3.1 收缩断面水深收缩断面水深1 1为垂向收缩系数，过闸水流垂向收缩的程度。为垂向收缩系数，过闸水流垂向收缩的程度。 令流量系数令流量系数 闸孔自由出流流量公式闸孔自由出流流量公式 0 0也为流量系数，由试验确定。也为流量系数，由试验确定。 平板闸门的流量系数平板闸门的流量系数 流速系数
23、流速系数和垂向收缩系数和垂向收缩系数1 1由查表确定。由查表确定。 0 0按下列经验公式确定：按下列经验公式确定： 弧形闸门的流量系数弧形闸门的流量系数 流速系数流速系数和垂向收缩系数和垂向收缩系数1 1由查表确定。由查表确定。 0 0按下列经验公式确定：按下列经验公式确定： 淹没出流淹没出流当下游水深当下游水深h ht t大于收缩断面水深大于收缩断面水深h hc c的共轭水深的共轭水深h hc c时，闸孔下游发生淹没水跃，下游水深影响闸孔时，闸孔下游发生淹没水跃，下游水深影响闸孔流量，即为淹没出流。流量，即为淹没出流。 宽顶堰闸孔淹没出流的条件宽顶堰闸孔淹没出流的条件明渠水跃共轭水深公式明渠
24、水跃共轭水深公式 s s为宽顶堰闸孔出流的淹没系数为宽顶堰闸孔出流的淹没系数 闸孔淹没出流流量公式闸孔淹没出流流量公式 淹没系数淹没系数s s例例8.3.1 8.3.1 有一渠道上的节制闸，装有平板闸门，有一渠道上的节制闸，装有平板闸门，闸前水深闸前水深H H3.0m3.0m，闸孔净宽闸孔净宽b b3.0m3.0m，闸门开闸门开启高度启高度e e0.60m0.60m，下游渠道水深下游渠道水深h ht t2.50m2.50m，流流速系数速系数0.950.95，求过闸流量（不计行近流速）求过闸流量（不计行近流速）。 闸孔出流闸孔出流查表查表8.3.28.3.2得垂向收缩系数得垂向收缩系数 闸孔淹没
25、出流闸孔淹没出流实用堰上的闸孔出流实用堰上的闸孔出流 自由出流自由出流当下游水位低于堰顶，不影响闸孔出流。当下游水位低于堰顶，不影响闸孔出流。 实用堰上的闸孔自由出流无收缩断面。实用堰上的闸孔自由出流无收缩断面。 实用堰闸孔自由出流流量公式实用堰闸孔自由出流流量公式 流量系数流量系数0 0 按经验公式计算按经验公式计算平板闸门：平板闸门： 弧形闸门：弧形闸门： 适用范围：适用范围： 淹没出流淹没出流当下游水位超过实用堰的堰顶时，下游水位将影当下游水位超过实用堰的堰顶时，下游水位将影响闸孔的泄流量响闸孔的泄流量，为淹没出流。，为淹没出流。 实用堰上闸孔淹没出流流量公式实用堰上闸孔淹没出流流量公式
26、 例例8.3.2 8.3.2 某水库溢流坝采用实用堰，堰顶设平板某水库溢流坝采用实用堰，堰顶设平板闸门，共闸门，共7 7孔，每孔宽孔，每孔宽b=10mb=10m，闸门开启高度闸门开启高度e=2.5me=2.5m，堰顶高程为堰顶高程为43.36m43.36m，水库水位水库水位50.00m50.00m，下游水位低于堰顶，求通过溢流坝的流量（不计下游水位低于堰顶，求通过溢流坝的流量（不计行近流速水头）。行近流速水头）。 闸孔出流闸孔出流下游水位低于堰顶，为自由出流下游水位低于堰顶，为自由出流 闸前水深闸前水深实用堰上闸孔自由出流流量公式实用堰上闸孔自由出流流量公式 8-4 8-4 堰流、闸孔出流的典
27、型问题堰流、闸孔出流的典型问题 已知水工建筑物的形状、尺寸已知水工建筑物的形状、尺寸, ,在一定的上游在一定的上游水位情况下水位情况下, ,求堰、闸的过水能力。求堰、闸的过水能力。 已知堰、闸的形状及尺寸已知堰、闸的形状及尺寸, ,当当Q Q一定时一定时, ,求相应求相应的上游水头。的上游水头。 已知堰、闸的上游水位已知堰、闸的上游水位, ,在要求通过一定流量在要求通过一定流量Q Q的情况下的情况下, ,对堰、闸形状和尺寸进行设计对堰、闸形状和尺寸进行设计( (孔数孔数n n及净宽及净宽b b等等) )。 例例8.4.1 8.4.1 某灌溉渠道进水闸如图所示。进水闸某灌溉渠道进水闸如图所示。进
28、水闸共共2 2孔孔, ,每孔每孔3.0m,3.0m,闸后接一引水渠闸后接一引水渠, ,渠底坡渠底坡i=0.0008,i=0.0008,梯形断面的底宽梯形断面的底宽7.0m,7.0m,边坡系数边坡系数1.5,1.5,粗糙系数粗糙系数n=0.03,n=0.03,若考虑侧收缩影响后的流量若考虑侧收缩影响后的流量系数为系数为0.32,0.32,求上游水位为求上游水位为6.5m6.5m时引入渠中的时引入渠中的流量流量Q Q。 1.1.按图所示按图所示, ,闸门开度闸门开度e=1.35m,e=1.35m,水头水头H=(6.5-H=(6.5-5.0)=1.5m,5.0)=1.5m,则则e/H=0.90.65
29、,e/H=0.90.65,故为堰流；故为堰流； 2.2.由于由于/H=10.5/1.5=7,/H=10.5/1.5=7,故为宽顶堰流；故为宽顶堰流； 3.3.考虑侧收缩影响后的流量系数为考虑侧收缩影响后的流量系数为0.320.32；4.4.按宽顶堰自由溢流公式计算流量按宽顶堰自由溢流公式计算流量( (忽略行近流速水头忽略行近流速水头的影响的影响) ) 。 由由明渠均匀流公式明渠均匀流公式正常水深正常水深h h0 0=1.6m =1.6m 下游水位下游水位 需考虑淹没影响。需考虑淹没影响。 宽顶堰淹没出流公式与明渠均匀流公式联立求解下游宽顶堰淹没出流公式与明渠均匀流公式联立求解下游水位，然后再计
30、算流量。水位，然后再计算流量。例例8.4.2 8.4.2 某水库的泄洪闸如图所示。共某水库的泄洪闸如图所示。共4 4孔每孔每孔宽孔宽6.0m,6.0m,闸底板高程为闸底板高程为20m,20m,设计流量为设计流量为845m845m3 3/s,/s,相应的下游水位为相应的下游水位为25.78m,25.78m,设上游水位设上游水位已定为已定为35.0m,35.0m,问胸墙下缘的高程应为多少问胸墙下缘的高程应为多少? ? 1.1.判别是堰流还是闸孔出流判别是堰流还是闸孔出流, ,首先假定首先假定e=3.5m, 4.0m, e=3.5m, 4.0m, 4.5m,4.5m,注意到闸前水头注意到闸前水头H=
31、35.0-20.0=15.0m,H=35.0-20.0=15.0m,则有则有 闸孔开度闸孔开度 e=3.5m, 4.0m, 4.5me=3.5m, 4.0m, 4.5m闸孔相对开度闸孔相对开度e/H=0.233, 0.267, 0.30e/H=0.233, 0.267, 0.30因为因为e/He/H均小于均小于0.65,0.65,故均为闸孔出流。故均为闸孔出流。 2.2.按宽顶堰上闸孔出流选用相应的公式以及系数。按宽顶堰上闸孔出流选用相应的公式以及系数。 垂向收缩系数垂向收缩系数1 1及流速系数及流速系数可分别由表可分别由表8.3.28.3.2和表和表8.318.31查得。查得。当当e=3.5
32、m,4.0m,4.5me=3.5m,4.0m,4.5m时时,1 1=0.621,0.623,0.625=0.621,0.623,0.625。流速系数均取流速系数均取=0.9=0.9。 3.3.判别属于自由出流还是淹没出流。判别属于自由出流还是淹没出流。 闸孔开度闸孔开度e=3.5m,4.0m,4.5m e=3.5m,4.0m,4.5m 收缩水深收缩水深 单宽流量单宽流量 下游水深下游水深 共轭水深共轭水深 共轭水深均大于下游水深共轭水深均大于下游水深, ,故均为闸孔自由出流。故均为闸孔自由出流。 4.4.按宽顶堰上闸孔自由出流相应流量计算公式计算各种按宽顶堰上闸孔自由出流相应流量计算公式计算各
33、种闸孔开度情况下的过闸流量闸孔开度情况下的过闸流量( (忽略行近流速的影响忽略行近流速的影响) )。 闸孔开度闸孔开度e=3.5m,4.0m,4.5m e=3.5m,4.0m,4.5m 流量流量 5.5.闸门开度应为闸门开度应为e=4.0m,e=4.0m,此时过闸流量与要求的此时过闸流量与要求的845m845m3 3/s/s几乎一致。几乎一致。 相应的胸墙下缘高程应为相应的胸墙下缘高程应为20.00+4.0=24.0m20.00+4.0=24.0m。 堰流、闸孔出流问题的求解步骤堰流、闸孔出流问题的求解步骤是否有侧收缩影响是否有侧收缩影响堰流堰流闸孔出流闸孔出流 判别堰流和判别堰流和闸孔出流闸
34、孔出流是否有淹没影响是否有淹没影响是否有淹没影响是否有淹没影响通过以上的判断通过以上的判断, , 选择相应的公式和系数。选择相应的公式和系数。 8-7 8-7 某梯形渠道上建一水闸，建闸处渠道为矩某梯形渠道上建一水闸，建闸处渠道为矩形断面，宽度形断面，宽度B=12mB=12m，已知渠道底宽已知渠道底宽b=10mb=10m，边边坡系数坡系数m=1.5m=1.5，粗糙系数粗糙系数n=0.0225n=0.0225，底坡底坡i= i= 0.00020.0002，每个闸孔宽度每个闸孔宽度b=3mb=3m，共三孔，闸前水共三孔，闸前水深深H=4mH=4m，闸前上游渠道的过水断面积闸前上游渠道的过水断面积A
35、=64mA=64m2 2，闸门开度闸门开度e=1me=1m，设收缩断面设收缩断面c-cc-c发生在闸墩后面发生在闸墩后面, ,试求通过该闸的泄流量试求通过该闸的泄流量Q Q。1.1.判别是堰流还是闸孔出流判别是堰流还是闸孔出流闸孔出流闸孔出流2.2.按宽顶堰上闸孔出流选用相应的公式以及系数按宽顶堰上闸孔出流选用相应的公式以及系数3.3.判别属于自由出流还是淹没出流判别属于自由出流还是淹没出流 淹没出流淹没出流4.4.闸孔淹没出流流量计算闸孔淹没出流流量计算 8-8 8-8 某矩形断面排水渠道上有一单孔弧形闸门，某矩形断面排水渠道上有一单孔弧形闸门，闸下游同一陡坡渠道相联接，已知上游水深闸下游同
36、一陡坡渠道相联接，已知上游水深H=3mH=3m，弧形闸门门轴高弧形闸门门轴高C=4mC=4m，闸门半径闸门半径R=5mR=5m，闸门开度闸门开度e=1me=1m时，下泄流量时，下泄流量Q=19.2mQ=19.2m3 3s s，试求闸试求闸孔宽度孔宽度b b。1.1.判别是堰流还是闸孔出流判别是堰流还是闸孔出流闸孔出流闸孔出流2.2.按宽顶堰上闸孔出流选用相应的公式以及系数按宽顶堰上闸孔出流选用相应的公式以及系数下游为陡坡，必为自由出流下游为陡坡，必为自由出流习题习题1 1：如图所示为一带底坎的宽顶堰上的单孔进水闸，：如图所示为一带底坎的宽顶堰上的单孔进水闸，已知上游水深已知上游水深H H1 1
37、=3.1m=3.1m，下游水深下游水深h ht t=2.125m=2.125m，上游坎高上游坎高P P1 1=0.6m=0.6m，闸孔宽闸孔宽b=6mb=6m，前渠宽度前渠宽度B B0 0=9.6m=9.6m，求求: :(1)(1)当闸孔当闸孔开度开度e=1.0me=1.0m时，通过的流量为多少？时，通过的流量为多少？(2)(2)当闸孔开度当闸孔开度e=1.75me=1.75m时，通过的流量为多少？（只做两次近似计算）时，通过的流量为多少？（只做两次近似计算）注：宽顶堰的侧收缩系数注：宽顶堰的侧收缩系数取取0.8470.847流量系数流量系数共轭水深共轭水深1.1.判别是堰流还是闸孔出流判别是
38、堰流还是闸孔出流闸孔出流闸孔出流2.2.按宽顶堰上闸孔出流选用相应的公式以及系数按宽顶堰上闸孔出流选用相应的公式以及系数（1 1）当闸孔开度当闸孔开度e=1.0me=1.0m时，通过的流量为多少？时，通过的流量为多少？3.3.判别属于自由出流还是淹没出流判别属于自由出流还是淹没出流 淹没出流淹没出流4.4.闸孔淹没出流流量计算闸孔淹没出流流量计算 1.1.判别是堰流还是闸孔出流判别是堰流还是闸孔出流堰流堰流2.2.按宽顶堰流选用相应的公式以及系数按宽顶堰流选用相应的公式以及系数（2 2）当闸孔开度当闸孔开度e=1.75me=1.75m时，通过的流量为多少？时，通过的流量为多少？淹没溢流淹没溢流
39、习题习题2 2：某节制闸工程是建筑在河床宽：某节制闸工程是建筑在河床宽B=76mB=76m的矩形河道的矩形河道上，一共有八个孔，平板闸门开度上，一共有八个孔，平板闸门开度e=4.8me=4.8m，每孔净宽每孔净宽b=8mb=8m，上下游堰高上下游堰高p p1 1=p=p2 2=0=0，如图所示。已知下游水深如图所示。已知下游水深h ht t=6.0m=6.0m，节制闸前壅高的水深节制闸前壅高的水深H=6.56mH=6.56m，求下泄流量。求下泄流量。参考表及公式：参考表及公式：1.1.判别是堰流还是闸孔出流判别是堰流还是闸孔出流宽顶堰流宽顶堰流2.2.按无坎宽顶堰流选用相应的公式以及系数按无坎
40、宽顶堰流选用相应的公式以及系数淹没溢流淹没溢流宽顶堰宽顶堰习题习题3 3：一平板闸门位于宽阔的矩形槽中，如图所示，今：一平板闸门位于宽阔的矩形槽中，如图所示，今已知：闸前水深已知：闸前水深H=5mH=5m；闸下收缩水深闸下收缩水深h hc c=0.6m=0.6m；闸下出流闸下出流的流速系数的流速系数=0.98=0.98；闸下游渠道的底坡坡度闸下游渠道的底坡坡度i i及糙率及糙率n n分分别为别为i=0.001i=0.001及及n=0.014n=0.014，如略去闸前行进流速不计，试如略去闸前行进流速不计，试计算闸下出流的单宽流量、临界水深、正常水深并绘出计算闸下出流的单宽流量、临界水深、正常水
41、深并绘出闸下游水面曲线的示意图。闸下游水面曲线的示意图。参考公式：参考公式：1.1.单宽流量单宽流量2.2.临界水深临界水深3.3.正常水深正常水深4.4.水跃类型判断水跃类型判断远驱式远驱式水跃水跃习题习题4 4：有一矩形断面变底坡长渠道，底宽：有一矩形断面变底坡长渠道，底宽b=3mb=3m，通过流量通过流量Q=17mQ=17m3 3/s/s，渠段渠段1 1的正常水深的正常水深h h0101=0.9m=0.9m，渠段渠段2 2的正常水深的正常水深h h0202=2.5m=2.5m，渠段渠段3 3的正常水深的正常水深h h0303=1.2m=1.2m，试分析渠道中可能产生的水面曲线。试分析渠道中可能产生的水面曲线。
