第二节堰流的类型及水力计算公式
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：
1．薄壁堰流： ，水舌形状不受堰坎厚度的影响，与堰顶呈线接触，水面呈单一的降落曲线。此时堰顶常为锐缘形。
2．实用堰流： ，水舌下缘与堰顶呈面接触，水舌受堰顶的压缩与顶托，但影响不大，水流还是在重力作用下的自由跌落。常用曲线形或折线形。
，n为孔数， 为中孔侧收缩系数（ ）； 为边孔侧收缩系数（ ），d为闸墩厚度， 为边墩计算厚度。
3、宽顶堰的淹没条件及淹没系数
下游水位较低时，自由出流，水流进入堰顶后，产生水面跌落，在进口后约2H处形成收缩断面，并在出口后产生第二次跌落，在堰顶上的水流为急流状态。
当下游水位与K—K线齐平时，产生波状水跃，收缩断面保持急流状态。
第八章堰流和闸孔出流
第一节概述
一、堰流及闸孔出流的概念
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。
二、堰流及闸孔出流的水流状态比较
1、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。
3．宽顶堰流： ，堰坎厚度对水流的顶托非常明显，进口处水面形成跌落，堰顶有一段水面与堰顶几乎平行，在出口处形成第二次水面跌落。但仍以局部水头损失为主。
当 时，沿程水头损失不能忽略，水流不属于堰流，而是明渠水流。
二、堰流的基本公式
用能量方程求解。列堰前断面与堰顶断面的能量方程：
，令 为堰上全水头。
则： ，即：
3、确定堰顶下游曲线段与直线段的切点C的坐标，按下式计算：
4、确定下游直线段与反弧段的切点D的坐标
5、反弧段与河床的切点E的坐标：
6、反弧段圆心O’的坐标：
四、WES堰的水力计算
1、流量系数
（1） 时，称为高堰
，
， ； ， ；m具体由图8-8中的a线确定。
（1） 时，称为低堰
m由图8-8中的b、c、d、e线确定。
2、堰流和闸孔出流的相同点：引起壅水，然后水面降落，是在重力作用下形成的一种水流运动，都是从势能转化为动能的过程。都属于明渠急变流，主要是局部水头损失。
3、堰流和闸孔出流的转化：
闸底坎为平顶堰时： 时为闸孔出流； 时为堰流。
闸底坎为曲线型堰时： 时为闸孔出流； 时为堰流。
式中，e为闸孔开度；H为从堰顶算起的闸前水深。
下游直线段CD：其坡度也是由坝体的稳定和强度要求选定。
反弧段DE：使直线段CD与下游河底平滑连接，避免水流直冲河床；并有利于下游的消能。
反弧半径：H较大 ;H较小
堰顶曲线段BC：对水流特性的影响最大，是设计曲线型实用堰剖面的关键。
曲线BC与薄壁堰自由出流的水舌下缘吻合，水舌不受堰面形状影响，堰面压强为大气压；
第六节其他堰流的水力计算
自学
第七节闸孔出流的水力计算
闸底坎分为宽顶堰（包含无坎宽顶堰）及曲线型实用堰；闸门型式分为平板闸门及弧形闸门。
一、底坎为宽顶堰型的闸孔出流
H为闸前水头，e为闸孔开度。出闸后流线继续收缩，在闸门下游(0.5~1)e处形成收缩断面。收缩断面的水深 小于临界水深，水流呈急流状态。在下游发生水跃。
在下游水位上升至高于K—K线时，宽顶堰形成淹没出流。且下游水面要高于堰顶水深。
淹没条件：
淹没系数： 查表8-2。
二、无坎宽顶堰流的水力计算
将侧收缩系数包含在流量系数内一起考虑，
流量公式：
流量系数m’据进口翼墙的形式及平面收缩程度，查表8-3。多孔时，取边孔及中孔的加权平均值。淹没系数与有坎宽顶堰一样。
流量公式为： ， 为包含行近流速影响在内的流量系数，
，单位全部用米， 为上游堰高。适用条件为： ， 。
二、直角三角形薄壁堰流
用于流量较小时。流量公式：
，流量以 计，其余以米计。
适用范围： 。
粗略计算时取： 。
第四节实用堰流的水力计算
一、曲线形实用堰的剖面组成及其设计
由四段组成：图8-5
上游直线段AB：常是垂直的，有时也是倾斜的。其坡度由坝体的稳定和强度要求选定。
2、侧收缩系数
式中 ——边墩形状系数；
——中墩形状系数。
3、淹没系数
淹没系数反映下游水位及护坦高程对过水能力的影响， ，查图8-10。
式中 为从堰顶算起的下游水深； 为下游堰高。
第五节宽顶堰的水力计算
宽顶堰流（垂向收缩）/无坎宽顶堰流（侧向收缩）。
流量公式：
一、有坎宽顶堰流的水力计算
1、流量系数
流量系数m取决于堰顶进口形式和堰的相对高度 。
设计水头： ，其原则是有较大的流量系数，又没有过大的负压。
三、WES堰的剖面设计
1、首先确定剖面设计水头Hd，堰高P1，P2，堰下游的坡比mc，及其夹角 ，反弧半径R。
2、以堰顶最高点为坐标原点O，Ox水平轴以指向下游为正，Oy铅垂轴以向下为正。由 计算出堰顶曲线OC段的坐标，可以点绘出堰面曲线；根据图8-7的数据，绘出堰顶上游段BO的三段复合圆弧及垂直堰墙。
堰顶宽度为b，水舌厚度为 （k为堰顶水流垂向收缩系数），则：
式中 为流速系数；m为流量系数。 。
流量系数： ，还与堰的边界条件有关。
自由出流/淹没出流；有侧收缩堰/无侧收缩堰。
则：
第三节薄壁堰流的水力计算
一般用作量水工具。
一、矩形薄壁堰流
矩形薄壁堰无侧收缩自由堰流时，水流稳定，测量精度最高。
要满足：A堰宽与上游渠宽相同；B下游水位低于堰顶（保证自由出流）；C堰上水头不能太小，一般H>2.5cm（以免除表面张力的影响）；D水舌下面与大气相通（避免形成真空）。
直角进口： ；适用于： 。当 3时，m=0.32。
圆角进口： ；适用于： 。当 3时，m=0.36。
宽顶堰流量系数的最大值 。
2、侧收缩系数
对单孔宽顶堰（有边墩，无闸墩）：
；b为闸孔净宽；B为上游渠道宽度；若 取 。
对于多孔宽顶堰（有边墩及闸墩）：取边孔及中孔的加权平均值：
曲线BC突出于水舌下缘，堰面将顶托水流，水舌不能保持原有形状，堰面压强大于大气压，过水能力降低；
曲线BC低于水舌下缘，脱离处空气被水流带走，堰面形成负压区，过水能力增大。
二、工程中常用的曲线型实用堰
1、克-奥堰
2、WES堰（图8-7）
WES堰的标准剖面
WES堰的堰顶下游： ， 为设计水头。
堰顶上游由三段复合圆弧组成。