寬頂堰流的水力計算

1、寬頂堰流的水力計算如圖所示，水流進入有底坎的堰頂后，水流在垂直方向受到堰坎邊界的約束，堰頂上的過水斷面縮小，流速增大，勢能轉化為動能。同時堰坎前后產生的局部水頭損失，也導致堰頂上勢能減小。所以寬頂堰過堰水流的特征是進口處水面會發(fā)生明顯跌落。從水力學觀點看，過水斷面的縮小，可以是堰坎引起，也可以是兩側橫向約束引起。當明渠水流流經橋墩、渡槽、隧洞或涵洞)的進口等建筑物時，由于進口段的過水斷面在平面上收縮，使過水斷面減小，流速加大，部分勢能轉化為動能，也會形成水面跌落，這種流動現象稱為無坎寬頂堰流，仍按寬頂堰流的方法進行分析、計算。 （一）流量系數 寬頂堰的流量系數取決于堰的進口形狀和堰的相對高度，

2、不同的進口堰頭形狀，可按下列方法確定。1、進口堰頭為直角 (8-22)2、進口堰頭為圓角 (8-23)3、斜坡式進口 流量系數可根據及上游堰面傾角由表選取。 在公式（8-22）、（8-23）中為上游堰高。當3時，由堰高引起的水流垂向收縮已達到相當充分程度，故計算時將不考慮堰高變化的影響，按=3代入公式計算值。由公式可以看出，寬頂堰的流量系數的變化范圍在0.320.385之間，當=0時，=0.385，此時寬頂堰的流量系數值最大。 比較一下實用堰和寬頂堰的流量系數，我們可以看到前者比后者大，也就是說實用堰有較大的過水能力。對此，可以這樣來理解：實用堰頂水流是流線向上彎曲的急變流，其斷面上的動水壓強

3、小于按靜水壓強規(guī)律計算的值，即堰頂水流的壓強和勢能較小，動能和流速較大，故過水能力較大；寬頂堰則因堰頂水流是流線近似平行的漸變流，其斷面動水壓強近似按靜水壓強規(guī)律分布，堰頂水流壓強和勢能較大，動能和流速較小，故過水能力較小。 （二）側收縮系數 寬頂堰的側收縮系數仍可按公式（8-21）計算。（三）淹沒系數 當堰下游水位升高到影響寬頂堰的溢流能力時，就成為淹沒出流。試驗表明：當0.8時，形成淹沒出流。淹沒系數可根據由表查出。無坎寬頂堰流在計算流量時，仍可使用寬頂堰流的公式。但在計算中一般不單獨考慮側向收縮的影響，而是把它包含在流量系數中一并考慮，即 (8-24)式中為包含側收縮影響在內的流量系數。

4、可根據進口翼墻形式及平面收縮程度查得。表中為引水渠的寬度，為閘孔寬度，為圓角半徑。無坎寬頂堰流的淹沒系數可近似由表查得： ? 例：? 某進水閘，閘底坎為具有圓角進口的寬頂堰，堰頂高程為22.0m，渠底高程為21.0m。共10孔，每孔凈寬8m，閘墩頭部為半圓形，邊墩頭部為流線形。 當閘門全開， 上游水位為25.50m， 下游水位為23.20m，不考慮閘前行近流速的影響，求過閘流量。解： （1）判斷下游是否淹沒=22.0-21.0=1.0m=25.50-21.0=4.5m=0.340.8 為自由出流(2)求流量系數 =0.36+0.01=0.378(3)求側收縮系數查表8-6得邊墩形狀系數=0.4

5、，閘墩形狀系數=0.451-0.2（10-1）0.450.4=0.949=0.9490.378108= 1212.76m3/s例8-11? 某進水閘，具有直角形的前沿閘坎，坎前河底高程為100.0m，河水位高程為107.0m，坎頂高程為103.0m。閘分兩孔，閘墩頭部為半圓形，邊墩頭部為圓角形。下游水位很低，對溢流無影響。引水渠及閘后渠道均為矩形斷面。寬度均為20m，求下泄流量為200m3/s時所需閘孔寬度。解： （1）=107.0-103.04m, 103.0-100.03m總水頭 =+=4+=4.104m(2) 按公式（8-22）求流量系數 =0.32+0.01=0.32+0.01=0.342因值與閘孔寬度有關，此時未知，初步假定=0.95則 =16.71m查表得閘墩形狀系數=0.45，邊墩形狀系數=0.7=1-0.2(2-1)0.45+0.7=0.944此值