第八章孔口(管嘴)出流、堰顶溢流和闸孔出流
第八章 孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸孔出流
δ ( )
( ) 3、只要下游 水位超过宽顶堰堰顶，一定是淹没出流。 ( ) 4、两个WES 型实用堰，堰高大于三倍水头，它们的设计水头不等，即d2d1H H ≠，但泄水时d11H H =，d22H H =，则它们的流量系数 m 1=m 2。 ( )
5、无侧收缩与收缩的实用堰，当水头、堰型及其它条件相同时，后者通过的流量比前者大。 ( )
6、锐缘平面闸门的垂向收综系数 'ε 随相对开度 H
e
的增大而 ( )
(1) 增大 (2) 减小 (3) 不变 (4) 不定
7、当实用堰水头 H 大于设计水头 H d 时，其流量系数 m 与设计流量系数 m d 的关系是 ( ) (1) m =m d (2) m > m d (3) m < m d (4) 不能确定
8、平底渠道中弧形闸门的闸孔出流，其闸下收缩断面水深 h c0 小于下游水跃的跃前水深 h 1，则下游水跃的型式为 ( )
(1) 远离式水跃 (2) 临界式水跃 (3) 淹没式水跃 (4)无法判断
9、有两个 WES 型实用堰(高堰)，它们的设计水头分别为 H 1=H d1，H 2=H d2，则它们的流量系数 m 1 与 m 2 之间的关系为 ( ) (1) m 1 > m 2 (2) m 1 < m 2 (3) m 1=m 2 (4)无法确定
10、WES 型实用堰 (高堰)，当水头等于设计水头 H d 时，其流量系数 m 等于 ( ) (1) 0.385 (2) 0.49 (3) 0.502 (4) 0.65
11、闸孔自由出流的流量公式为 ( ) (1) 2
30
v 2H
g mnb q ε= (2) 2
30
v 2H g mnb
q σε=
(3) )(20
v e H
g nbe
q εμ'-= (4) )(20
v e H
g mnbe
q ε'-=
12、宽顶堰的总水头 H 0=2 m ，下游水位超过堰高度 h a =1.0 m ，此种堰流为_______________出流。 13、图示 4 种管嘴出流中，出口流速最大的是________，流量系数最大的是_______。
14、影响宽顶堰流量系数 m 值的主要因素为_________________________和________________________。
15、当堰的溢流宽度与上游渠道宽度相等时，称为_______________的堰流，当堰的溢流宽度小于上游渠道宽度时，称为________________的堰流。
16、对于宽顶堰式闸孔出流，当下游水深 t < h c02时，发生________________水跃；当 t > h c02 时，发生____ ___________水跃；当 t =h c02 时，发生_________________水跃。 17、闸孔出流和堰流的水流特征的不同点是
___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
20、某溢流坝，共4 孔，每孔宽度b=8 m，各部分高程如图所示。上游设计水位为210.0 m，下游水位为168.0 m。当闸门开启高度e=5 m时，求通过溢流坝的流量。( 968.18m3/s )
21、某宽顶堰式水闸闸门全部开启时，上游水位为0.6 m，闸底坂高程为0.4 m，河底高程为0，下游水位为0.5 m，流量系数m=0.35。不计侧收缩影响。求水闸的单宽流量q。( 0.141m3/sm )
22、某水库的溢洪道断面为WES 实用剖面。溢洪道共五孔，每孔净宽b=10 m。堰顶高程为343 m。上游水位
为358.7 m，下游水位为303.1 m。流量系数m=0.45，侧收缩系数95
ε。忽略行近流速v0。求通过溢洪道
.0
=
的流量q v。( 5886.9m3/s )
23、在宽度B=1 m 的矩形明渠中，前后各装设一矩形薄壁堰(堰高a1=1 m)和三角形薄壁堰(堰高a2=0.5 m)，如图所示。水流为恒定流时，测得矩形薄壁堰前水头H1=0.13 m，下游水深t=0.4 m。试求：(1)通过明渠的流量q v；(2) 三角堰前水头H2。( 0.0861m3/s; 0.328m )
24，堰上水头H=2 m，下游水位在堰顶以下，如图所示。如上、下游水位及堰高、堰宽均不变、堰宽均不变，当δ分别增大至 4 m 及8 m 时，堰的过水能力有无变化？为什么？
25、在堰上水头 H 相同的条件下，为何实用堰的流量系数大于宽顶堰的流量系数？
26、图示的三个溢流坝，作用水头不同，而其其它条件完全相同，试比较其流系数 m 的大小，并说明理由。
σ 和水跃淹没系数σ'的物理意义。
28、某矩形断面渠道中，设一弧形闸门，如图所示。已知闸前水深 H =14 m ，闸门开度 e =1 m ，闸孔净宽与渠道宽度 b 相等，且 b =3 m ，闸孔垂向收缩系数='ε0.72。流量系数=μ0.732。通过设计流量时，渠中正常水深h 0=3 m 。不计闸前行近流速。要求：(1)计算闸孔的流量 q v ；(2)判别闸下游水流衔接形式；(3)定性绘出闸上、下的水面曲线，并标明曲线类型。 ( 36.38m 3/s; )
29、某 WES 剖面溢流坝位于宽顶矩形渠道中，如图所示。坝高 a =15 m ，坝顶水头 H =2.5 m ，流量系数 m =0.502。不计侧收缩影响。坝下游收缩水深 h c0=0.5 m ，下游渠道底坡 i =0.02，糙率 n =0.014，下游水深 t 为均匀流水深。要求：(1)计算溢流坝的单宽流量 q ；(2)分析坝下游是否发生水跃，说明其水流是缓流还是急流；(3)定性绘出坝下游水面曲线，标明曲线类型。 ( 8.79 m 3/sm; c c0h t h ??)
30、图示为矩形断面棱柱体渠道中设一平面闸门，已知闸门开度 e =0.3 m ，闸孔流量系数 m=0.98，垂向收缩系数='ε0.615，渠道宽度 b =4 m ，糙率 n =0.02，底坡 i 1=0，i 2=0.02，i 3=0.001。长度 l 1 很短，l 2、l 3充分长。临界水深 h c =0.6 m 。不计闸前行近流速。要求：(1)判别渠道底坡类型，定性绘出渠中的水面曲线，注明曲线类型；(2)计算闸前水深 H 。 ( m 45.3H =)
31、图示为一无侧收缩的薄壁堰，其水头为 H 其水舌下缘曲线最高点高出薄壁堰顶 0.112 H 。若有一实用堰其堰顶曲线与薄壁堰水下缘完全吻合。若不计行近流速的影响，试证明实用堰流量系数 m 1 与薄壁堰流量系数m 2 之间的关系为 m =1.195 m 。
32、如下图，在矩形明槽中安装一与槽宽相同的矩形薄壁堰，为防止水舌下面形成局部真空，你认为应采取怎样的措施。
33、有一薄壁圆形孔口，其直径mm 10d =，水头m 2H =。现测得射流收缩断面的直径mm 8d c =，在32.8s 时间内，经孔口流出的水量为0.01m 3，试求该孔口的收缩系数ε、流量系数μ、流速系数?及孔口局部阻力系数0ζ。 (ε=0.64,μ=0.62,φ=0.97,ζ=0.0655 )
34、薄壁孔口出流如图所示，直径cm 2d =，水箱水位恒定m 2H =。试求：（1）孔口流量Q ；（2）此孔口外接圆柱形管嘴的流量c Q ；（3）管嘴收缩断面的真空度。 ((1)Q=1.22l/s,(2)Q=1.61l/s, (3)h v =1.5m)
35、水箱用隔板分A 、B 两室如图所示，隔板上开一孔口，其直径cm 4d 1=；在B 室底部装有圆柱形外管嘴，其直径cm 3d 2=，已知m 5.0h ,m 3H 3==，水流恒定出流，试求：（1）21h ,h ；（2）流出水箱的流量Q 。 ((1)h 1=1.07m, h 2=1.43m; (2)Q=4 l/s)
36、如管路的锐缘进口也发生水流收缩现象。如64.0~62.0=ε，水池至收缩断面的局部阻力系数06.0=ζ，试证明锐缘进口的局部阻力系数约为0.5。
37、有一平底空船（见图示），其水平面积2
m 8=Ω，船舷高m 5.0h =，船自重kN 8.9G =。现船底有一直径为10cm 的破孔，水自圆孔漏入船中，试问经过多少时间后船将沉没。 (T=393.6s=6.56min )
38、为了使水均匀地进入水平沉淀池，在沉淀池进口处设置穿孔墙如图所示，穿孔墙上开有边长为10cm 的方形孔14个，所通过的总流量为122（l/s ），试求穿孔墙前后的水位差（墙厚及孔间相互影响不计）。 (H=0.826m )
39、沉淀池长m 10L =，宽m 4B =，孔口形心处水深m 8.2H =，孔口直径mm 300d =（见图示），试问放空（水面降至孔口顶）所需时间。提示：可按小孔口出流计算。 (T=8.83min=530.3s )
40、油槽车（见图示）的油槽长度为l ，直径为D 。油槽底部设有卸油孔，孔口面积为ω，流量系数为μ。试求该车充满油后卸空所需的卸空时间。 (g
lD
T 234
2
3μ
=
)
41、如图左面为恒定水位的大水池，问右面水池水位上升2m 需多长时间？已知
83.0,250,5,3====μmm d m D m H 。 (T=213.35s=3.56min )
42、在混凝土坝中设置一泄水管如图所示，管长m 4l =，管轴处的水头m 6H =，现需通过流量s /m 10Q 3
=，若流量系数82.0=μ，试确定所需管径d ，并求管中水流收缩断面处的真空度。 (d=1.2m,h v =4.5m )
43、试用孔口出流的基本公式，推导堰流的基本公式。
44、已知顶角为直角的三角形薄壁堰顶的水头为m m H 30.0~1.0=，试绘制水头流量关系曲线。
45、已知矩形薄壁堰的水头m b m H 10.1,75.0~10.0==，堰高m P 95.0=，使用雷伯克公式绘制水头流量关系曲线。
46、已知WES 堰的流量系数1.4)BH /(Q C 2/3d ==，式中Q 以s /ft 3
计，B 和H 以ft 计；试用量纲和谐原则，将d C 换算为国际单位制时的数值，并求出流量系数m 的值。
47、已知矩形薄壁堰建在m 0.5B 0=的矩形水槽中，堰高m 95.0P =，堰宽m 45.1b =，堰顶水头m 45.0H =，下游水深m 45.0h t =，求过堰的流量。 ( Q=0.76m 3
/s )
48、有一种建在岩石河床上的桩板坝，由埋入河床的钢筋混凝土桩柱和固定于两桩柱之间的松木面板构成，桩柱之间跨度不超过3m ，每米坝宽通过流量不超过s /m 303
。已知上下游坝区河段两岸是直立的块石浆砌挡土墙，河床上游宽m 40B 0=，坝宽m 30b =，通过流量s /m 150Q 3=，坝高m 3P =，（1）当下游水深m 2h t =，试求坝上水头H ；（2）若洪水期上下游水位差m 65.1z =，下游水深m 0.4h t =，求通过流量为若干？ ( (1)H=1.941m, m 0=0.418 ;(2)m 0=0.4256,Q=243.9m 3/s )
49、WES 堰型高坝，坝高m 0.107P =，最大水头m 0.11H max =，设计水头取max d H 85.0H =，下游坝面直线段坡度75.0m t =。决定采用垂直的上游坝面。试绘制堰顶曲线及坝的全部剖面，并求出曲线长度c L 及直线段长度t L 。
50、采用上题中的有关数据，若通过的最大流量s /m 3100Q 3max =，堰孔总净宽B 为多少？若每孔定为m 10b =，应设多少孔？已知闸门为弧形，闸墩和边墩头部都是圆形，墩厚m 0.2d =，上游引渠宽m 410B 0=。 (B=37.5m , 5孔)
51、卧虎山水闸溢洪道，采用低WES 堰。上下游堰高相同，m 0.3P P 1==，堰顶高程21.0m ，设计水头m 15H d =，在正常库水位时，采用宽m 14b =的弧形闸门控制泄洪，墩厚m 0.2d =，边墩和中墩的的头部都是圆形的，要求保坝洪水流量s m Q /87703=时，库内非常洪水位不超过37.5m 。设溢洪道上游引水渠与溢洪道同样宽。溢洪道低WES 堰下游接矩形陡槽。问此闸应设几孔？ (B=63m , 5孔 )
52、已知堰高m 50P =，上游堰面垂直，设计水头m 0.8H d =，堰面下游直线段坡65.0m 1=，若最大工作水头为10m ，孔闸有12孔，每孔净宽m 15b =，闸墩和边墩的头部为尖圆形，堰上游的引水渠总宽m 220B 0=，闸墩厚
m 5.2d =，采用WES 堰型，求通过流量应为多少？ (Q=12606m 3
/s )
53、水库的正常高水位为72.0m ，非常洪水位为75.6m ，溢洪道为无闸控制的宽顶堰进口，下接陡槽和消能池。宽顶
堰宽60m ，堰坎高m 2P =，坎顶高程70.6m ，坎顶进口修圆。若堰与上游的引水渠同宽，问上述两种水位时，通过的流量为多少？ (Q 1=160.6m 3/s , Q 2=1110.7 m 3/s )
54、水库的平底闸溢洪道，底板高程为122.0m ，要求在水库非常水位为130.4m 时下泄洪峰流量s /m 1150Q 3=。设溢洪道总宽与上游引水渠一样，每孔净宽b 不超过6.0m ，墩厚不超过1.5m ，边墩和闸墩头部为圆形，闸室后接一陡槽，问此闸应设几孔？ (n=5)
55、有一水库的平底溢洪道，有四孔，每孔宽m 0.13b =，墩厚m 0.3d =，边墩头为半径m 0.6r =的1/4圆弧，弧与下游引渠垂直挡土墙联接。中墩头为尖圆形，通过最大流量时，闸门全开，已知溢洪道底坎高程为272.0m ，溢洪道闸室末端接陡槽。问通过特大洪水流量s /m 6000Q 3=时，库内洪水位将为多少？ (库内洪水位=287.8m )
56、矩形宽顶堰底坎进口边缘为直角，堰壁厚m 5.6=δ，堰高m 5.1P =，堰宽m 0.4b =，上下游渠道渠底同高，上游引渠宽m 0.8B 0=，下游水深m 4.2h t =。试求通过流量s /m 0.4Q 3
=时堰顶水头H 。 (H=0.956m )
57、平底闸闸底高程为8.5m ，闸前水位为32.5m ，闸门开度m 0.1e =时，闸下游渠水位为30.0m ，下游渠底与闸上
游渠底同高。闸宽m 5b =，流速系数95.0=?。求通过平板闸门的流量。 (Q=24.6 m 3
/s )
58、同上题，如闸门开度m 6.1e =，下游水位为31.5m ，其它条件不变，过闸流量应为多少？ (Q=29.9 m 3/s )
59、弧形闸门四孔，每孔宽m 0.13b =，弧半径m 0.20R =，闸门转动轴高m 9.14C =。闸前水头m 14H =，闸门
开度m 0.6e =，弧形闸门的底坎为平底，底坎末端紧接跌坎，求通过的流量。 (Q=2925 m 3
/s )
60、弧形闸门位于有坎宽顶堰上，闸前水头m 60.4H =，闸门开度m 2.1e =时，为自由出流，闸门净宽m 3.18b =，闸门弧面半径m 60.7R =，闸门转动轴位于堰顶以上，m 10.6C =，求通过的流量。 (Q=137.2 m 3/s )
61、岳庄坝泄洪闸，共9孔，孔宽m 0.5b =，闸墩厚m 7.0d =，墩头圆形，上游引水渠宽约m 0.55B 0=，与边墩以m 0.40r =的圆弧相接，闸底板与上游渠底同高，高程为45.50m ，通过最大洪水流量时，闸前水位为50.59m ，闸下游水位为48.79m ，下游渠底高程为44.40m 。试求最大洪水流量为多少？ (Q=1016.5 m 3/s )
62、梯形渠道流量s /m 0.2Q 3
=，边坡5.1m =，正常水深m h i 2.1=，底宽m 6.1b c =，因要穿过公路底下，拟建一矩形涵洞，洞底宽m 8.0b =，洞长m 7=δ，洞高为1.40m ，涵洞进口平顺，采用八字翼墙，求涵洞进口前渠道水深H 为多少？ (H=1.39 m )
63、泄洪闸采用低WES 堰，堰前河床高程26.5m ，堰顶高程29.0m ，堰下游河床高程27.0m ，宣泄最大洪水流量
s /m 4000Q 3
=时，上游水位33.59m ，下游水位32.55m ，设计水头max d H 9.0H =，堰顶装有弧形闸门，每孔宽m 0.12b =，闸墩头为圆形，墩厚m 60.1d =，闸前行进流速s /m 0.1v 0=，边墩7.0k =ξ。试确定闸孔总宽及孔
数。 (B=202.5 m, 取18孔 )
64、有一双孔平底闸，孔宽m 0.3b =，闸前水深m 20.2H =，下游水深m 80.1h t =，97.0=?，求闸前开启m
60.0e =时的流量。 (Q=7.41 m 3/s )
65、有一3孔节制闸，闸前水深m 5.2H =，使用3孔一起开启。闸墩厚m 60.0d =，孔宽m 4.3b =，上游渠宽和闸室同宽，上下游渠底高程和闸底同样，当通过流量s /m 6.19Q 3=时，闸下游水深m 75.1h t =，流速系数95.0=?，求闸门开启高度e 。 (e=0.6 m )
66、矩形平底渠道中有一闸门，闸前水头m 05.3H =，闸门开启高度m 22.1e =，假定95.0=?，问闸下游水深
m 28.2h t =，及1.98m 时，过闸单宽流量为若干？ ((1)Q=3.98 m 3
/s ,(2)Q=4.98 m 3
/s )
堰流和闸孔出流能力计算
第七章 堰流和闸孔出流能力计算 一、选择题 1、作用水头相同时，孔口的过流量要比相同直径的管咀过流量 （1）大 （2）小 （3）相同 （4）无法确定 。 2、堰流的流量与堰顶水头的（ ）成正比。 （1）1/2次 （2）3/2次方 （3）2次方 （4）1次方 3、闸孔出流的流量与闸前水头（ ）成正比 （1）1次方 （2）2次方 （3）0.5次方 4、对WES 曲线型实用堰来说，当实际水头小于设计水头时，实用堰的实际过水能力（ ）设计过水能力。 （1）大于 （2）小于 （3）等于 （4）不一定 5、发生水跃是水流由 （1）缓流过渡到急流 （2）临界流过渡到急流 （3）急流过渡到急流 （4）急流过渡到缓流 6、当堰厚为δ，堰上水头为H ，那么0.67 2、何谓堰流，堰流的类型有哪些？如何判别？ 3、下图中的溢流坝只是作用水头不同，其它条件完全相同，试问：流量系数哪个大？哪个小？为什么？ 四、计算题 1、如图所示曲线型实用堰上的单孔平板闸孔泄流，闸门底缘斜面朝向下游，当闸门开 度e=1m 时，其泄流量Q = 24.33m /s ，闸孔宽b= 4m ，试求：堰上水头H 。 2、一曲线型实用堰，堰顶设有弧型闸门，如下图所示。已知堰顶宽度b=10m ，堰顶水头H=6m ，闸门开度e=2m ，不计行近流速，闸下游为自由出流。试求闸孔泄流量Q 。 （流量系数H e 19.0685.0-=μ） 3、有一三角形薄壁堰，堰口夹角090=θ，夹角顶高程来0.6m,溢流时上游水位为0.82m, 下游水位为0.4m ，求流量。 4、为了灌溉需要，在某河修建拦河溢流坝一座，如图所示。溢流坝采用堰顶上游为三圆弧段的WES 型 实用堰剖面。（单孔边墩为圆弧形）坝的设计洪水流量为540s m /3 ,相应上、下游设计 洪水位分别为50.7m 和48.1m 。坝址处河床高为38.5m ，坝前河道过水断面面积为5242m .根据灌溉水位要求，已确定坝顶高程为48.0m ，求：坝的溢流宽度B 。 第八章 堰流及闸孔出流 第一节 概 述 水利工程中为了宣泄洪水以及引水灌溉、发电、给水等目的，常需要修建堰闸等泄水建筑物，以控制水库或渠道中的水位和流量。堰、闸等泄水建筑物水力设计的主要任务是研究其水流状态和过流能力。 一.堰流及闸孔出流的概念 既能壅高上游水位，又能从自身溢水的建筑物称为堰。 水流由于受到堰坎或两侧边墙的束窄阻碍，上游水位壅高，水流经过溢流堰顶下泄，其溢流水面上缘不受任何约束，而成为光滑连续的自由降落水面，这种水流现象称为堰流。 水流受到闸门或胸墙的控制，闸前水位壅高，水流由闸门底缘与闸底板之间孔口流出，过水断面受闸门开启尺寸的限制，其水面是不连续的，这种水流现象称为闸孔出流。 二.堰流与闸孔出流的水流状态比较 堰流与闸孔出流是两种不同的水流现象：堰流时，水流不受闸门或胸墙控制，水面曲线是一条光滑连续的降落曲线。而闸孔出流时，水流要受到闸门的控制，闸孔上下游水面是不连续的。 对明渠中具有闸门控制的同一过流建筑物而言，在一定边界条件下，堰流与闸孔出流是可以相互转化的，即在某一条件下为堰流，而在另一条件下可能是闸 孔出流。堰流与闸孔出流两种流态相互转化的条件除与闸门相对开度H e 有关外，还与闸底坎形式或闸门（或胸墙）的形式有关，另外，还与上游来水是涨水还是落水有关。经过大量的试验研究，一般可采用如下关系式来判别堰流及闸孔出流。 闸底坎为平顶堰 65 .0≤H e 为闸孔出流， 65 .0>H e 为堰流。 闸底坎为曲线堰 75 .0≤H e 为闸孔出流， 75 .0>H e 为堰流。 式中，H为从堰顶或闸底坎算起的闸前水深，e为闸门开度。 堰流与闸孔出流又有许多共同点：①堰流及闸孔出流都是由于堰或闸壅高了上游水位，形成了一定的作用水头，即水流具有了一定的势能。泄水过程中，都是在重力作用下将势能转化为动能的过程。②堰和闸都是局部控制性建筑物，其控制水位和流量的作用。③堰流及闸孔出流都属于明渠急变流，在较短距离内流线发生急剧弯曲，离心惯性力对建筑物表面的动水压强分布及过流能力均有一定的影响；④流动过程中的水头损失也主要是局部水头损失。 第二节堰流的类型及水力计算公式 一、堰流的类型 常见的有薄壁堰、曲线型实用堰、折线型实用堰、宽顶堰等。堰的形式不同，其水流特征也不相同。在水力计算时，并不按堰的用途分类，而是按堰坎厚度δ与堰上水头H的比值大小来划分堰流类型，即按堰的相对厚度对堰流进行分类。 （1）薄壁堰流： 67 .0 < H δ 。此时越过堰顶的水舌形状不受堰坎厚度的影响，水 舌下缘与堰顶只呈线的接触，水面为单一的降落曲线。由于薄壁堰常将堰顶做成锐缘，故薄壁堰也称为锐缘堰。 （2）实用堰流： 5.2 67 .0< ≤ H δ 。水舌下缘与堰顶呈面的接触，水舌受到堰顶的 约束和顶托，但这种影响还不是很大，越过堰顶的水流主要还是在重力作用下的自由跌落。 （3）宽顶堰流： 10 5.2< ≤ H δ 。此时堰顶厚度对水流的顶托作用已经非常明显， 进入堰顶的水流受到堰顶垂直方向的约束，过水断面减小，流速增大，加之水流进入堰顶时存在局部水头损失，因此，在进口处形成了水面跌落。然后水面几乎与堰顶保持平行，当下游水位较低时，流出堰顶的水流又会产生第二次水面跌落。 当 10 > H δ 时，沿程水头损失已不能忽略，此时的水流特性不再属于堰流， 而应该按明渠水流处理。对同一个堰而言，堰坎厚度δ是一定的，但堰上水头H 却是随水流状况变化的。 堰流的类型虽然有以上几种，但其水流的运动却有着共同的规律。比如，水流在趋近堰顶时，由于流线收缩，流速增大，溢流自由水面均有明显的降落；从作用力方面来讲，重力作用是主要的；从水流的流线变化情况来看，堰流都属于明渠急变流，离心惯性力的影响比较显著，有时还存在表面张力的影响；从能量方面讲，都是势能转换为动能，而且水流运动过程中以局部水头损失为主。既然如此，堰流问题就可以用同一个公式来描述。 第十章 明渠流和闸孔出流及堰流 10—1某梯形断面粉质粘土渠道中的均匀流动，如图所示。已知渠底宽度b =2.0m ，水深h 0=1.2m ，边坡系数m =1.0，渠道底坡度i =0.0008，粗糙系数n =0.025，试求渠中流量Q 和断面平均流速v ，并校核渠道是否会被冲刷或淤积. 解: A =222200(2 1.21 1.2m 3.84m )bh mh +=?+?= Q 1 22 3 53 i A n χ - = v = 3.46 m/s 0.90m/s 3.84 Q A == 校核:由表10-3查得粉质粘土最大允许流速为1m/s ，因h 0=1.2m>1.0m ，需乘以系数k =1.25，所以v m ax =1?1.25 m/s =1.25m/s ，最小允许流速v m in =0.4m/s ，满足v max >v >v min 条件。 10—2 设有半正方形和半圆形两种过流断面形状的渠道，具有相同的n =0.02，A =1.0m 2，i =0.001，试比较它们在均匀流时的流量Q 的大小。 解:设正方形渠道流量为Q 1，半圆形渠道流量为Q 2， Q 1 =152 21 3 31111 i AC A n χ-= 其中 A A A n n i i ====212121,,，2 12321 ()Q Q χχ= 由于 212A h = ，1h = 114h χ===又 22222π,π2r A r r χ===== 210.89χχ== ， 2232 193.0)89.0(Q Q Q == 10—3 某梯形断面渠道中的均匀流动，流量Q =20m 3/s ，渠道底宽b =5.0m ，水深h 0=2.5m ，边坡系数m =1.0，粗糙系数n =0.025，试求渠道底坡i 。 解：1522 233523 3 ()i Qn Q A i n A χχ--==由知 可保证正常的排水条件，且不必人工加固。 10—4为测定某梯形断面渠道的粗糙系数n 值，选取L =1500m 长的均匀流段进行测量。已知渠底宽度b =10m ，边坡系数m =1.5，水深h 0=3.0m 。两断面的水面高差z ?=0.3m ，流量Q =50m 3/s ，试计算n 值。 解：12f z z z h -=?=，0.30.00021500 f f h i J J L === == 由均匀流基本方程可得15 22 33i n A Q c -=，式中22 2(10 3.0 1.5 3.0)m 43.5m A =?? 第八章 孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸孔出流 1、当 H =2 m ，δ=0.6 m ，如图所示的的建筑物为实用堰。 ( ) 2、当水头及其它条件相同时，薄壁堰的流量大于实用堰的流量。 ( ) 3、只要下游 水位超过宽顶堰堰顶，一定是淹没出流。 ( ) 4、两个WES 型实用堰，堰高大于三倍水头，它们的设计水头不等，即d2d1H H ≠，但泄水时d11H H =，d22H H =，则它们的流量系数 m 1=m 2。 ( ) 5、无侧收缩与收缩的实用堰，当水头、堰型及其它条件相同时，后者通过的流量比前者大。 ( ) 6、锐缘平面闸门的垂向收综系数 'ε 随相对开度 H e 的增大而 ( ) (1) 增大 (2) 减小 (3) 不变 (4) 不定 7、当实用堰水头 H 大于设计水头 H d 时，其流量系数 m 与设计流量系数 m d 的关系是 ( ) (1) m =m d (2) m > m d (3) m < m d (4) 不能确定 8、平底渠道中弧形闸门的闸孔出流，其闸下收缩断面水深 h c0 小于下游水跃的跃前水深 h 1，则下游水跃的型式为 ( ) (1) 远离式水跃 (2) 临界式水跃 (3) 淹没式水跃 (4)无法判断 9、有两个 WES 型实用堰(高堰)，它们的设计水头分别为 H 1=H d1，H 2=H d2，则它们的流量系数 m 1 与 m 2 之间的关系为 ( ) (1) m 1 > m 2 (2) m 1 < m 2 (3) m 1=m 2 (4)无法确定 10、WES 型实用堰 (高堰)，当水头等于设计水头 H d 时，其流量系数 m 等于 ( ) (1) 0.385 (2) 0.49 (3) 0.502 (4) 0.65 11、闸孔自由出流的流量公式为 ( ) (1) 2 30 v 2H g mnb q ε= (2) 2 3 v 2H g mnb q σε= (3) )(20v e H g nbe q εμ'-= (4) )(20v e H g mnbe q ε'-= 12、宽顶堰的总水头 H 0=2 m ，下游水位超过堰高度 h a =1.0 m ，此种堰流为_______________出流。 13、图示 4 种管嘴出流中，出口流速最大的是________，流量系数最大的是_______。 14、影响宽顶堰流量系数 m 值的主要因素为_________________________和________________________。 15、当堰的溢流宽度与上游渠道宽度相等时，称为_______________的堰流，当堰的溢流宽度小于上游渠道宽度时，称为________________的堰流。 16、对于宽顶堰式闸孔出流，当下游水深 t < h c02时，发生________________水跃；当 t > h c02 时，发生____ ___________水跃；当 t =h c02 时，发生_________________水跃。 17、闸孔出流和堰流的水流特征的不同点是 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 18、在下图中绘出宽顶堰淹没出流时的水面曲线示意图。 19、薄壁堰的水流阻力小于实用堰的水流阻力，为何其流量系数却小于后者？ 20、某溢流坝，共 4 孔，每孔宽度 b =8 m ，各部分高程如图所示。上游设计水位为 210.0 m ，下游水位为 168.0 m 。当闸门开启高度 e =5 m 时，求通过溢流坝的流量。 ( 968.18m 3/s ) 21、某宽顶堰式水闸闸门全部开启时，上游水位为 0.6 m ，闸底坂高程为 0.4 m ，河底高程为 0，下游水位为 0.5 m ，流量系数 m =0.35。不计侧收缩影响。求水闸的单宽流量 q 。 ( 0.141m 3/sm ) 22、某水库的溢洪道断面为 WES 实用剖面。溢洪道共五孔，每孔净宽 b =10 m 。堰顶高程为 343 m 。上游水位 为 358.7 m ，下游水位为 303.1 m 。流量系数 m =0.45，侧收缩系数 95.0=ε。忽略行近流速 v 0。求通过溢洪道 的流量 q v 。 ( 5886.9m 3/s ) 23、在宽度 B =1 m 的矩形明渠中，前后各装设一矩形薄壁堰(堰高 a 1=1 m)和三角形薄壁堰(堰高 a 2=0.5 m)，如图所示。水流为恒定流时，测得矩形薄壁堰前水头 H 1=0.13 m ，下游水深 t =0.4 m 。试求：(1)通过明渠的流量 q v ；(2) 三角堰前水头 H 2。 ( 0.0861m 3/s; 0.328m ) 24、有一溢流堰，堰顶厚度 δ=2 m ，堰上水头 H =2 m ，下游水位在堰顶以下，如图所示。如上、下游水位及堰高、堰宽均不变、堰宽均不变，当 δ 分别增大至 4 m 及 8 m 时，堰的过水能力有无变化？为什么？ 25、在堰上水头 H 相同的条件下，为何实用堰的流量系数大于宽顶堰的流量系数？ 26、图示的三个溢流坝，作用水头不同，而其其它条件完全相同，试比较其流系数 m 的大小，并说明理由。 27、简述堰流淹没和水跃淹没的概念，并说明堰流淹没系数σ 和水跃淹没系数σ'的物理意义。 28、某矩形断面渠道中，设一弧形闸门，如图所示。已知闸前水深 H =14 m ，闸门开度 e =1 m ，闸孔净宽与渠道宽度 b 相等，且 b =3 m ，闸孔垂向收缩系数='ε0.72。流量系数=μ0.732。通过设计流量时，渠中正常水深h 0=3 m 。不计闸前行近流速。要求：(1)计算闸孔的流量 q v ；(2)判别闸下游水流衔接形式；(3)定性绘出闸上、下的水面曲线，并标明曲线类型。 ( 36.38m 3/s; ) 10第十章明渠流和闸孔出流及堰流 第十章 明渠流和闸孔出流及堰流 10—1某梯形断面粉质粘土渠道中的均匀流动，如图所示。已知渠底宽度b =2.0m ，水深h 0=1.2m ，边坡系数m =1.0，渠道底坡度i =0.0008，粗糙系数n =0.025，试求渠中流量Q 和断面平均流速v ，并校核渠道是否会被冲刷或淤积. 解: A =22 2 2 (2 1.21 1.2m 3.84m )bh mh +=?+?= 22 21(22 1.211m 5.39m )o b h m χ=++=+?+= Q =AC 1 223 53 i Ri A n χ - = 1 5 2 2 33330.0008 3.84 5.39m /s 3.46m /s 0.025- = ??= v = 3.46m/s 0.90m/s 3.84 Q A == 校核:由表10-3查得粉质粘土最大允许流速为1m/s ，因h 0=1.2m>1.0m ，需乘以系数k =1.25，所以v m ax =1?1.25 m/s =1.25m/s ，最小允许流速v m in =0.4m/s ，满足v max >v >v min 条件。 10—2 设有半正方形和半圆形两种过流断面形状的渠道，具有相同的n =0.02，A =1.0m 2，i =0.001，试比较它们在均匀流时的流量Q 的大小。 解:设正方形渠道流量为Q 1，半圆形渠道流量为Q 2， Q 1 =152 21 3 3 11 1111 i AC R i A n χ-= 1 52 2 233 2222 2 i Q A C A n χ- == 其中A A A n n i i= = = = 2 1 2 1 2 1 , ,，2 123 21 () Q Q χ χ = 由于2 1 2 A h = ，1h= 11 4h χ=== 又 2 2 222 π ,π 2 r A r r χ ===== 2 1 0.89 χ χ ==，2 2 3 2 1 93 .0 ) 89 .0(Q Q Q= = 1 1 5252 2 233 13333 11 1 0.001 1m/s0.8m/s 0.02 i Q A n χ-- ==??= 33 2 0.8 m/s0.86m/s 0.93 Q== 10—3 某梯形断面渠道中的均匀流动，流量Q=20m3/s，渠道底宽b=5.0m，水深h0=2.5m，边坡系数m=1.0，粗糙系数n=0.025，试求渠道底坡i。 解：152 2 2 33 52 33 () i Qn Q A i n A χ χ - - == 由知 2222 00 (5 2.51 2.5)m18.75m A bh mh =+=?+?= 2(5212.07m b h χ=+=+?= 2 52 33 200.025 ()0.0004 18.7512.07 i - ? == ? 0.00030.01 i<< 可保证正常的排水条件，且不必人工加固。 10—4为测定某梯形断面渠道的粗糙系数n 值，选取L=1500m长的均匀流段进行测量。已知渠底宽度b=10m，边坡系数m=1.5，水深h0=3.0m。两断面的水面高差z?=0.3m，流量Q=50m3/s，试计算n值。 水力学（堰流及闸孔出流）-试卷1 (总分：94.00，做题时间：90分钟) 一、单项选择题(总题数：6，分数：12.00) 1.单项选择题下列各题的备选答案中，只有一个是符合题意的。（分数： 2.00） __________________________________________________________________________________________ 解析： 2.两个WES型实用堰，都属于高堰，它们的设计水头H d1＞H d2，但堰顶水头H 1 =H d1，H 2 =H d2，两者的流量系数关系是_____。 ( ) （分数：2.00） A.m 1 =m 2√ B.m 1＞m 2 C.m 1＜m 2 D.不能确定 解析： 3.锐缘平面闸门的垂向收综系数ε’随相对开度e／H的增大而_______。 ( ) （分数：2.00） A.增大√ B.减小 C.不变 D.不能确定 解析： 4.当实用堰堰顶水头大于设计水头时，其流量系数m与设计水头的流量系数m d的关系是____。 ( ) （分数：2.00） A.m=m d B.m＞m d√ C.m＜m d D.不能确定 解析： 5.平底渠道中弧形闸门的闸孔出流，其闸下收缩断面水深h c小于下游水深对应的水跃跃前水深，则下游水跃的型式为_______。 ( ) （分数：2.00） A.远离式水跃√ B.临界式水跃 C.淹没式水跃 D.无法判断 解析： 6.当水头等于设计水头H d时，WES型实用堰(高堰)的流量系数m等于______。 ( ) （分数：2.00） A.0．385 B.0．36 C.0．502 √ D.0．32 解析： 二、填空题(总题数：6，分数：12.00) 7.填空题请完成下列各题，在各题的空处填入恰当的答案。（分数：2.00） __________________________________________________________________________________________ 堰流及闸孔出流 第一节 概述 水利工程中为了宣泄洪水以及引水灌溉、发电、给水等目的，常需要修建堰闸等泄水建筑物，以控制水库或渠道中的水位和流量。堰、闸等泄水建筑物水力设计的主要任务是研究其水流状态和过流能力。 一.堰流及闸孔出流的概念 既能壅高上游水位，又能从自身溢水的建筑物称为堰。 水流由于受到堰坎或两侧边墙的束窄阻碍，上游水位壅高，水流经过溢流堰顶下泄，其溢流水面上缘不受任何约束，而成为光滑连续的自由降落水面，这种水流现象称为堰流。 水流受到闸门或胸墙的控制，闸前水位壅高，水流由闸门底缘与闸底板之间孔口流出，过水断面受闸门开启尺寸的限制，其水面是不连续的，这种水流现象称为闸孔出流。 二.堰流与闸孔出流的水流状态比较 堰流与闸孔出流是两种不同的水流现象：堰流时，水流不受闸门或胸墙控制，水面曲线是一条光滑连续的降落曲线。而闸孔出流时，水流要受到闸门的控制，闸孔上下游水面是不连续的。 对明渠中具有闸门控制的同一过流建筑物而言，在一定边界条件下，堰流与闸孔出流是可以相互转化的，即在某一条件下为堰流，而在另一条件下可能是闸 孔出流。堰流与闸孔出流两种流态相互转化的条件除与闸门相对开度H e 有关外，还与闸底坎形式或闸门（或胸墙）的形式有关，另外，还与上游来水是涨水还是落水有关。经过大量的试验研究，一般可采用如下关系式来判别堰流及闸孔出流。 闸底坎为平顶堰65.0≤H e 为闸孔出流，65.0>H e 为堰流。 闸底坎为曲线堰75.0≤H e 为闸孔出流，75.0>H e 为堰流。 式中，H 为从堰顶或闸底坎算起的闸前水深，e 为闸门开度。 堰流与闸孔出流又有许多共同点：①堰流及闸孔出流都是由于堰或闸壅高了上游水位，形成了一定的作用水头，即水流具有了一定的势能。泄水过程中，都是在重力作用下将势能转化为动能的过程。②堰和闸都是局部控制性建筑物，其控制水位和流量的作用。③堰流及闸孔出流都属于明渠急变流，在较短距离内流线发生急剧弯曲，离心惯性力对建筑物表面的动水压强分布及过流能力均有一定的影响；④流动过程中的水头损失也主要是局部水头损失。 第二节堰流的类型及水力计算公式 一、堰流的类型 常见的有薄壁堰、曲线型实用堰、折线型实用堰、宽顶堰等。堰的形式不同，其水流特征也不相同。在水力计算时，并不按堰的用途分类，而是按堰坎厚度δ与堰上水头H 的比值大小来划分堰流类型，即按堰的相对厚度对堰流进行分类。 第九章 堰流与闸孔出流 9.1堰流的类型有哪些？它们有哪些特点？ 答：堰流分作薄壁堰流、实用堰流、宽顶堰流三种类型。 薄壁堰流的特点：当水流趋向堰壁时，堰顶下泄的水流形如舌状，不受堰顶厚度的影响，水舌下缘与堰顶只有线接触，水面呈单一的降落曲线。 实用堰流的特点：由于堰顶加厚，水舌下缘与堰顶呈面接触，水舌受到堰顶的约束和顶托，越过堰顶的水流主要还是在重力作用下自由跌落。 宽顶堰流的特点：堰顶厚度对水流的顶托作用已经非常明显。进入堰顶的水流，受到堰顶垂直方向的约束，过流断面逐渐减小，流速增大，在进口处形成水面跌落。此后，由于堰顶对水流的顶托作用，有一段水面与堰顶几乎平行。 9.2堰流计算的基本公式及适用条件？影响流量系数的主要因素有哪些？ 答：堰流计算的基本公式为23 s H g 2mb Q εσ=，适用于矩形薄壁堰流、实用堰流和宽顶堰流。影响流量系数m 的主要因素有局部水头损失、堰顶水流垂向收缩的程度、堰顶断面的平均测压管水头与堰上总水头之间的比例关系。 9.3 用矩形薄壁堰测量过堰流量，如何保证较高的测量精度？ 答：（1）上游渠宽与堰宽相同，下游水位低于堰顶； （2）堰顶水头不宜过小，一般应使H>2.5m ，否则溢流水舌受表面张力作用，使得出流不稳定； （3）水舌下面的空气应与大气相通，否则溢流水舌把空气带走，压强降低，水舌下面形成局部真空，会导致出流不稳。 9.4 基本的衔接与消能措施有哪几种？各自的特点是什么？ 答：基本的衔接与消能措施有底流消能，挑流消能，面流消能。 底流消能：底流消能就是在建筑物下游采取一定的工程措施，控制水跃的发生位置，通过水跃产生的表面旋滚的强烈紊动以达到消能的目的。 挑流消能：在泄水建筑物末端设置挑流坎，因势利导将水股挑射入空气中，使水流扩散并与空气摩擦，消耗部分动能，然后当水股落入水中时，又在下游水垫中冲击、扩散，进一步消耗能量。 面流消能：当下游水深较大而且比较稳定时，可将下泄的高速水流导向下游水流的表层，主 第八章 堰流及闸孔出流 堰流：顶部闸门完全开启，闸门下缘脱离水面，水流从建筑物顶部自由下泄。 闸孔出流：顶部闸门部分开启，水流受闸门控制而从建筑物顶部与闸门下缘间的孔口流出。 堰流和闸孔出流的区别：堰流的水面线是光滑的降落曲线；闸孔出流的上下游水面是不连续的。由于边界条件的这种差异，它们的水流特征及过水能力也不相同。 堰流和闸孔出流的共同点：A 都是在重力作用下形成的水流运动，都是势能转化为动能的过程；B 流线急剧弯曲，离心惯性力对压强分布及过水能力有一定影响，都是急变流，局部水头损失占主导地位。 堰流和闸孔出流的转化： 闸底坎为平顶堰时： 65.0≤H e 时为闸孔出流； 65.0>H e 时为堰流。 闸底坎为曲线型堰时： 75.0≤H e 时为闸孔出流；75.0>H e 时为堰流。 式中，e 为闸孔开度；H 为从堰顶算起的闸前水深。 8-1 堰流的类型及计算公式 一、堰流的类型 定义：堰前断面，堰顶水深，行近流速。堰前断面距上游壁面的距离：H l )5~3(= 1．薄壁堰流： 67.0闸孔出流计算
第十章明渠流和闸孔出流及堰流
孔口(管嘴)出流、堰顶溢流和闸孔出流_水力学
10第十章明渠流和闸孔出流及堰流
水力学(堰流及闸孔出流)-试卷1
堰流及闸孔出流
第九章堰流与闸孔出流
堰流及闸孔出流