什么是堰流?

[拼音]：yanliu

[外文]：flow over weir

明渠缓流溢过建筑在渠道中的障碍物的流动。障碍物称为堰，在工程中，障碍物为坝、桥涵、溢流设备等，它们使上游水位壅高，对堰流起侧向收缩和底坎约束的作用。明渠急流流过障碍物，产生不同于堰流的水力现象。当流经侧收缩段时，发生冲击波。

堰流主要研究水流流经堰的流量 Q与其他特征量的关系。表示堰流特征量，除流量外，尚有：堰宽b，即水流漫过堰顶宽度；堰顶水深H，即堰上游水位在堰顶上的最大超高；堰壁厚度δ和它的剖面形状；下游水深h及下游水位高出底坎的高度墹；H₁为堰高；h₁为堰下游坎高；ν₀为趋近流速。如图所示。

根据堰壁的相对厚度δ/H的大小分为：薄壁堰(δ/H<0.67)、实用断面堰(0.67<δ/H<2.5)和宽顶堰(2.5<δ/H<10)。按上游渠宽对过堰水流的收缩作用分为:上游渠宽B大于堰宽b的有侧收缩堰，B＝b时的无侧收缩堰。按下游水位对过堰水流的淹没作用分为：自由堰流和淹没堰流。当一定流量流经堰时，若下游水位较低（墹<0)，下游水位不影响上游水位，称为自由堰流；若下游水位较高(墹＞0)，下游水位影响上游水位，称为淹没堰流。

堰流流量公式为


或

式中H₀＝H＋v₀²/2ɡ；m为堰流流量系数，与堰的进口尺寸和δ／H有关，一般分别按薄壁堰、实用断面堰和宽顶堰通过实验求得经验公式或数据；m₀为计及趋近流速水头v₀²/2ɡ的流量系数；ε为侧收缩系数，与引水渠及堰的尺寸有关，亦由实验求得，当无侧收缩时，ε＝1；σ为淹没系数，一般分别按薄壁堰、实用断面堰和宽顶堰由实验求出σ与墹/H₀的关系，当为自由堰流时，σ＝1；ɡ为重力加速度。

主要用作量测流量的设备，在距离堰壁上游三倍以上水头的地方测出水头H，可直接计算流量。堰口为矩形的无侧收缩自由薄壁堰的流量公式为

堰口为直角三角形的流量公式为

Q＝1.4H_2.5

适用范围为H₁≥2H，B≥(3～4)H。

主要作为蓄水挡水构筑物的溢流坝和净水构筑物的溢流设备，用途较广，形式多样。低溢流堰的堰身断面常为折线形；而用混凝土修筑的中、高溢流堰的堰身则做成适合水流情况的曲线形。 流量系数m，根据堰顶剖面外形而采取不同值。沿用较广的克-奥曲线型剖面，适用于H₁/H≥3～5的高堰，流量系数m＝0.49。美国WES标准剖面，其设计水头的流量系数m＝0.502。实验流量计算也要考虑上游收缩和下游淹没条件。

在工程中是很常见的，如小桥涵过水构筑物，当闸门全开时的节制闸、分洪闸等均是。

当满足墹＝h－h₁＜0.8H₀时为自由式宽顶堰。无侧收缩自由式宽顶堰的流量系数m为H₁/H的经验函数关系，直角进口H₁/H>3时，m＝0.32；H₁/H<3时，m＝0.32+0.01


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