各种堰流水力学计算说明书Ddoc.docx

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D-4各种堰流水力学计算序

作者陈靖齐（水电部天津勘测设计院）

校核潘东海（水电部天津勘测设计院）

一、分类和判据

（一）薄壁堰，3/HV0.67;

（二）实用堰，0.67V3/HV2.5;

（三）宽顶堰，2.5V3/HV10。

式中：

3—堰的厚度；H—堰上作用水头。

、薄壁堰

（一）流量公式：

Qm0b2gH3/2

（0.4050.0027/H）10.55（」）2

HP

（二）流量系数，用巴赞（Bazin）公式：

适用范围H=0.1—0.6m,q=0.2-

-2.0m,HW2P

式中：

H—堰上水头（

m，不包括

2

V0/2g;P—堰高（

m）o

考虑侧收缩时,

0.0027

b小

2

Hc

2

b

m00.405

0.031?

1

0.55

?

H

B

HP

B

式中：

b—堰宽（m）;

b—引水渠宽（m。

mo

（三）因为作为量测流量的薄壁堰不宜在淹没条件下工作，故本程序不包括薄壁堰的淹没问题。

三、宽顶堰

（一）流量公式

QmB.2gH；/2

式中：

H=H+V2/2g（m,B—堰宽，其他：

0.94

0.95

0.96

0.97

0.98

（T

0.84

0.82

0.78

0.74

0.70

0.65

0.59

0.50

0.40

本程序已把他们存入数据库中，可供插值用。

（三）侧收缩系数

10.2kn10H0/nb

式中：

Ek—边墩形状系数。

直角形

八字形

圆弧形

流线形

Ek

P1.00.7

0.7

0.4

Eo—闸墩形状系数，并受淹没（hs/H0）影响已存入数据库中，可供插值用。

E-0-...hs/H0

形状

<0.750.800.850.900.95

矩形

0.800.860.920.981.00

尖角形

0.450.860.570.630.69

半圆形

0.450.510.570.630.69

尖圆形

0.250.320.390.460.53

流线型

0

（四）流量系数m因前沿形式而异:

直坎：

圆坎:

八字形翼墙，ctg0=0,0.5,1.0,2.0,圆角形翼墙r/b=0,0.2,0.3,0.5,分别对B/B°=0,0.1,0.2，…，1.0之m值。

（五）根据设计流量和水头计算堰宽时，本程序从流量公式中，经过适当变换，直接求出B。

这比试算法、迭代法精度都高。

四、实用堰

（一）堰形WES剖面

y/Hd=0.5（X/Hd）1.85X>0

上游三圆弧

大圆狐

x

222

1+y1=R

-b

1

中圆弧

x

222

2+y2=F2

-b

2

小圆弧

x

222

3+y3=F3

-b

3

式中参数值:

R

1=0.5Hd

R

2=0.2Hd

R

3=0.04Hd

b

1=0.175Hd

b

2=0.276Hd

b

3=0.2818Hd

（二）流〕

量公式

Q

m

B、2gH°2/3

式中：

m—流量系数；m—f（Ho/Hd），为实验曲线。

=0.1的m值，可供自动插值用。

本程序数据库中存有H/Hd=0〜1.6,△（Ho/Hd）

（三）淹没系数=^（hs/H。

），为数表，本程序存有hs/H0=0.00〜1.00,

△（hs/H0）=0.05之b值数据。

（四）侧收缩系数&，计算公式同宽顶堰，并用同一段程序。

五、程序功能

校核流量Q设计水头Hd;计算溢流宽度B。

用字符变量A$=“Q',“H',“B”控制。

计算Hd用逐次迭代法，〔△H|V0.001。

六、变量说明表变量名

TY

堰型号：

薄壁堰1,实用堰2，宽顶堰3

Ml

宽顶堰型号：

直坎1，圆坎2，无坎3

TZ

薄壁堰类型号：

矩形堰1,三角堰2

X1

边墩形状号：

直角1，折角2，圆角3，流线型4

SP

闸墩形状号：

矩形1，尖角2，圆角3,尖圆角4，流线型5

P

坎高

MJ

无坎宽顶堰翼墙形式号：

直角形1;八字形2;圆弧形3

H

水头

HS

先为淹没水深hs，后为hs/H

Q

流量Q

Bo

上游渠宽B0

N

闸孔数n

M

流量系数m

SG

淹没系数b

XK

边墩形状系数Ek

X0

闸墩形状系数E0

EP

侧收缩系数£

B

堰宽

七、操作实例

例1某宽顶堰、直坎，已知n=1,B=2.5m,H=2m不计淹没，八字形边墙出口，计算流量。

（武水，《小水利》，P141—142，例4-1），答案Q=10.1m3/s）

操作如下：

按

键

显示

DEF

C

薄壁堰，实用堰，宽顶堰=1,2,3,TY=?

3

回车

直坎，圆坎，无坎=1,2,3MI=?

1

回车

A$=Q,H,B?

Q

回车

B0=?

回

车

N=?

1

回车

B=?

2.5

回车

P=?

0.5

回车

H=?

2

回车

Hs=?

回

车

直角，折角，圆角，流线型=1,2,3,4X仁？

2

回车

3

（Q=10.081m/s）

例2，宽顶堰，圆坎，Q=15m3/s,P=0.5m,上游水位44m,底板高程42m,圆弧形边墙,计算闸孔尺寸（同前，P141—142，例4-2）,（答案b=3.44m，选3.5m）。

操作如下：

按键

显示

DEF

薄壁

C

堰，

3

实用

回车

堰，

2

宽顶

回车

堰

B

=1，

回车

2,3，

回

TY=

车

？

1

直坎,

15

圆

回车

坎,

0.5

无坎

回

=1，

车

2，3

44—

MI=

42

？

回车

A

回

$=C

车

H

3

B?

Bo=

?

3.5

N=?

回车

Q=?

P=?

H=?

Hs=

?

直角

1，折角

2，圆角

3，流线型

4=1，

2,3，

4

X1=

？

（Lprint

B=3.

451m

）

B=?

（Q=

15.2

3

27m

/s）

例3梯形排水渠，闸室为平顶堰溢流，上游水位26.4m，闸底高程20.87m，下游水

26.29m，Q=72n3/s，梯形底宽40m边坡1.1，边墙八字形，半圆形墩头。

求闸孔数及闸孔尺寸。

（同前P144—146，例4-3），（n=3，B=10.5m）

操作如下：

DEF

薄壁:

c

堰，

3

实用

回车

堰，

3

宽顶

回车

堰

B

=1,

回车

2,3,

40+2

TY=

6.4-

?

20.8

直

7回

坎,

车

圆

3

坎,

回车

无坎

72

=1,

2,3

26.4

MI=

-20.

?

87

A

回车

$=Q

26.2

H

9-20

B?

.87

B0=

回车

？

3

N=?

回车

P=?

2

H=？

Hs=

1

？

回车

矩

1/3

形,

回车

尖、

角，

回

圆

车

角，尖圆形,流线型

=1，2,3，

4，5

sp=

？

直角

形，八字形，圆弧形

=1，2,3，MJ=

？

ctgo=？

B/B。

=？

（B=

10.1

85m）

B=？

（Q=

72.0m/s

）

例4，宽顶堰式进水闸，尖圆形闸墩，45°边墙，Bo=3Om底板高程100.0m，坎高程

101.5m，圆坎，Q=120rr/s，上游水位105.5m，下游105.2m，求Q和n。

（华水，水力学，下册第二版P31—33,例9.3），大；答案B=12.39m,n=2）

操作如下：

按

键

显

示

DEF

C

薄壁堰，实用堰，宽顶堰

=1,2,3,TY=?

3

回车

直坎，圆坎，无坎=1，2，

3MI=?

2

回车

A$=QH,B?

B

回车

B）=?

29

回车

N=?

2

回车

Q=?

120

回车

P=?

101.5-100回车

H=?

105.5-101.5回车

Hs=?

105.2-101.5回车

直角，折角，圆角，流线型

=1,2,3,4X1=?

2

回车

矩形，尖角，圆角，尖圆形,

流线型=1,2,3,4,5sp=?

4

回车

（B=12.335m）

B=?

回

车

3

（Q=119.999m/s）

例5,某进水闸直角形前沿闸坎，坎底高程100m,坎高程103m,两孔，上游水位107m,

半圆形闸墩，半圆形边墩，无淹没，B0=20m,Q=200n^s,求闸孔宽度（清华，水力学下册,

P171-172，例13-4）（答案16.8m）

操作如下:

按键

显示

DEF

薄壁

C

堰,

3

实用

回车

堰,

1

宽顶

回车

堰

B

=1，

回车

2，3，

20

TY=

回

？

车

直

2

坎,

回车

圆

200

坎,

回车

无坎

103-

=1，

100

2，3

回车

MI=

107-

？

103

A

回车

$=C

回

H

车

B?

3

B0=

回车

?

3

N=?

回车

Q=?

P=?

回

H=?

车

Hs=

?

直角，折角，圆角，流线

型=1,

2,3,

4X仁

?

矩形,尖、角，圆角，尖圆形,流线型

=1,2,3,4,5sp=?

（B=

16.823m）B=?

（Q=200.0ni/s）

例6，某溢流坝，WES堰剖面，半圆形闸墩，圆弧形边墩，设计流量Q=5500寿s，上、

下游水位分别为55.0与39.2m,河床高程22.0m,挑坎高程29m,Bo=160m单宽流量q=80mf/s。

求

（1）溢流宽度，溢流孔数；

（2）坝高（华水，水力学，下册，第二版P23-25，例9.2）

（答案B=68.8m,n=7,Hd=11.47m，坝顶高程43.53m）

操作如下:

DEF

薄壁

C

堰，

2

实用

回车

堰，

H

宽顶

回车

堰

160

=1,

回车

2,3,

7

TY=

回车

?

5500

A

/80

$=Q

回车

H

5500

B?

回车

B0=

55-2

?

2

N=?

回车

（试

39.2

选

-22

7,

回车

Q/9）

3

B=?

回车

Q=?

3

H1=

回车

？

H2=

回

？

车

直

回

角，

车

折角，圆角，流线型

=1，2,3，4X仁

？

矩形,尖、角，圆角，

尖圆形,流线型

=1，

2,3，4，5sp=

？

（He

=11.

786m

P=21

.213m）H1=

？

H2=

?

（Q=

5504

.076mi/s

）

例7,某溢流坝，WES标准剖面，Qd=28000rm/s，上游水位125m下游50m,河床30m,弧

形闸门,单宽15m,16孔，

（1）求坝顶高程（Hd=15mP=80n）,

（2）校核流量,上游水位127.2m,下游56m,（Q=34676r^s），（3）校核流量，上游水位121.6m，下游51m（Q=18906^s

（清华，水力学，下册，P163-166，例13-3）。

半圆形闸墩，圆角形边墩。

操作如下:

按

显

键

示

DEF

薄壁:

c

堰，

2

实用

回车

堰，

H

宽顶

回车

堰

回

=1,

车

2,3,

16

TY=

回车

?

15*1

A

6

$=Q

回车

H

2800

B?

0

B0=

回车

?

125-

N=?

30

B=?

回车

Q=?

50-3

H1=

0

?

回车

H2=

3

?

回车

直

3

角，

回车

折角，

127.

圆

2-30

角，

回车

流线

56-3（

型

=1，

GOT

2，3，

“H1

4

”回

X1=

车

？

121.

矩

6-30

形，

回车

尖、

51-3

角，

0

圆

回车

角，尖圆形，流线型

=1，2,3,4,5sp=?

（He=14.955m

P=80

.044m）H1=?

H2=

?

（Q=34629.638m/s）H1=

?

（校核第二个流量）

H2=

?

（Q=18709.02001/s）

例8,薄壁堰，矩形，B=0.5m,堰高P=0.5m,H=0.2。

求流量（选自华水，水力学,

3

下册P11,例9-1），答案（Q=0.0847m/s）

操作如下：

DEF

C

1

回车

1

回车

0.2

回车

0.5

回车

0.5

回车

薄壁堰,实用堰,宽顶堰

=1，2,3，TY=

？

矩形堰,三角堰

=1,2

Tz=

？

H=?

B=?

Bo=

？

P=？

Lprint

H,P，B

M=0.4370

Q=0.

0866mf/s

（注：

清华用公式与华水不同，本程序用清华书）

例1的计算结果文件为D-4.0UT:

********************************************************************

一、基本资料与计算假定宽顶堰

）））））（米（米（米（米（米.550000012020.0.

闸孔数n:

堰宽B:

坎高P:

堰上水头H:

堰上设计水头Hd:

淹没水深hs:

二、计算简图

见附图一。

三、公式与算法（宽顶堰）

（1）流量公式

Q=a*£*m*B*SQR（2*g）*HoA（3/2）

式中SQR---开方号

Ho=H+Vo*Vo/2/g（米）;

B---堰宽（米）

m---流量系数

a---淹没系数

e---侧收缩系数

（2）淹没系数a,其值依赖于淹没高度与水头之比值hs/H0,关系如下表:

|hs/Ho|0.80|0.81|0.82|0.83|0.84|0.85|0.86|0.87|

|a|1.00|0.995|0.99|0.98|0.97|0.96|0.95|0.93|

|hs/Ho|0.88|0.89|0.90|0.91|0.92|0.92|0.94|0.95|

|a|0.90|0.87|0.84|0.82|0.78|0.74|0.70|0.65|

|hs/Ho|0.96|0.97|0.98|

|a|0.59|0.50|0.40|

（3）侧收缩系数

e=1-0.2*（Zk+（n-1）*Zo）*Ho/（n*b）

式中Zk---边墩形状系数，其值如下:

||直角形|八字形|园弧形|流线形|

|Zk|1.0|0.7|0.7|0.4|

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

Z0---闸墩形状系数，受淹没（hs/Ho）影响，其

值如下:

|\\hs/Ho||||||

|\Zo\|<=0.75|0.80|0.85|0.90|0.95|

|形状\\||||||

矩形

|0.80

|0.86|0.92|0.98|1.00|

尖角形

|0.45

|0.51|0.57|0.63|0.69|

半园形

|0.45

|0.51|0.57|0.63|0.69|

尖园形

|0.25

|0.32|0.39|0.46|0.53|

流线形

|

||0|

（4）流量系数m因前沿形式而异：

直坎m=0.33+0.01*（3-P/H）/（0.46+0.75*P/H）

园坎m=0.36+0.01*（3-P/H）/（1.2+1.5*P/H）

无坎宽顶堰m值已包括翼墙影响，计算侧收缩系数时，不计Zk。

本程

序中已备有直角形翼墙；八字形翼墙，ctg9=0,0.5,1.0,2.0,园角形

翼墙r/b=0,0.2,0.3,0.5,分别对B/Bo=0,0.1,0.2,•••1.0之m值。

（5）根据设计水头和水头计算堰宽时，本程序从流量公式变换直接求出B.

四、计算结果

行进流速Vo:

0.00

（米/秒）

H0=H+V0*V0/2/G：

2.00

（米）

淹没高度/水头

hs/Ho:

0.0000

===系数===

淹没系数b:

1.0000

边墩形状系数

Ek：

0.7000

闸墩形状系数

Eo:

0.0000

流量系数m:

0.3625

===校核===

堰宽B:

2.50

（米）

侧收缩系数£:

0.8880

流量Q:

10.08

（立方米/秒）

校核者计算者计算单位

计算时间年___月___日

****堰流水力学计算书****

********************************************************************

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计算书