登录| 注册    
收藏  点赞 

堰流

从明槽量水建筑物或控制建筑物上部溢过的水流。过堰的流动不仅与堰本身的几何形状有关,而且与上游平面布置是否形成水流的侧收缩和上下游水位是否形成水流的淹没有关。堰流有淹没堰流与非淹没堰流之分,还有侧收缩堰流与无侧收缩堰流之分。堰墙厚度与堰上水头的比值小于0.67的堰称为薄壁堰(图1)。薄壁堰溢流具有稳定的水头和流量关系,常用于量测试验室和野外的流量。

从明槽量水建筑物或控制建筑物上部溢过的水流。过堰的流动不仅与堰本身的几何形状有关,而且与上游平面布置是否形成水流的侧收缩和上下游水位是否形成水流的淹没有关。堰流有淹没堰流与非淹没堰流之分,还有侧收缩堰流与无侧收缩堰流之分。

堰墙厚度与堰上水头的比值小于0.67的堰称为薄壁堰(图1)。薄壁堰溢流具有稳定的水头和流量关系,常用于量测试验室和野外的流量。根据堰口的形状,又分为矩形薄壁堰和三角形薄壁堰等;如图1所示。

图1 薄壁堰

对于矩形薄壁堰,当无侧收缩且为自由出流时,流量计算公式为:

堰流

式中 m为流量系数;b为堰宽;H0为堰上水头,其值等于直接测出的水头加上趋近流速水头α/2g。也有如下形式的流量公式:

堰流

上两式中m及m0均用经验公式确定。如果槽宽B大于堰宽b,则堰顶出流有侧向收缩,此时m0应用考虑侧收缩的经验公式确定。对于三角形薄壁堰,计算公式为:

堰流

式中 θ为三角形的夹角,根据试验m0=0.396,实用上θ常为直角,因而流量公式为

Q=1.4H5/2

式中 H的单位以米计,Q的单位为米3/秒。

堰墙厚度与堰上水头比值在0.67~2.5之间的堰,称为实用剖面堰。实用剖面堰常在水利工程中用来作为兼起挡水和泄水作用的建筑物。堰顶剖面有折线形和曲线形的。曲线型实用堰的堰顶曲线多按薄壁堰溢流水股的下缘面再略加修正构制。在中国应用较广的实用剖面堰剖面曲线有克里格尔—奥菲采洛夫曲线(简称克—奥曲线)、美国WES标准剖面曲线等。实用剖面堰的流量公式与薄壁堰相同,为

堰流

当有侧收缩时,计算公式为

堰流

式中 ε为侧收缩系数;B为全部闸孔净宽度。当下游水位高过堰顶,并在下游发生淹没水跃时,称为淹没堰流,此时过流能力降低,计算中用淹没系数σ反映淹没的影响,流量计算公式为

堰流

流量系数m的大小与剖面形状、堰高与堰上水头的比值等有关。

堰墙厚度与堰上水头比值在2.5~10之间的堰,称为宽顶堰(图2)。水利工程中,过水闸的水流、过施工围堰的水流等均属宽顶堰流。非淹没宽顶堰溢流的特征是水面有两次跌落,如图2所示,堰上收缩断面处发生最大跌落;并在出口前产生第二次水面跌落。非淹没宽顶堰的流量公式为

图2 宽顶堰

堰流

式中流量系数m的值可按经验公式计算。根据理论推导,宽顶堰的流量系数m值最大不超过0.385。当下游水位高过宽顶堰堰顶,且下游水位在堰顶以上的高度大于与收缩水深相应的共轭水深时,宽顶堰为淹没出流,此时过流量与淹没程度有关。

溢流前沿与引渠水流方向平行或接近平行的称为侧堰(图3)。侧堰常设置在渠道上用以宣泄多余水量,山区及丘陵地区的水库也常顺着岸坡的等高线方向设置侧槽式溢洪道,如图3所示。经过侧堰的水流与堰轴方向斜交;堰顶水头及单宽流量沿堰轴方向也是变化的。侧堰的水力计算,仍采用与一般堰形式相同的公式,即:

图3 侧堰

堰流

式中 q为单宽流量;ms为侧堰流量系数。