在水利工程中,宽顶堰流现象是很多的,例如水库溢洪道进口,各种水闸、桥孔、无压涵管、施工围堰等过流时都会出现宽顶堰流现象,如图8.2.8所示。
图8.2.8
1.流量系数
宽顶堰自由溢流时的流量仍用式(8.2.3)计算,其中流量系数m和堰的进口形式以及堰的相对高度P1/H有关,如图8.2.9所示,不同进口形式应运用不同的经验公式计算。
图8.2.9
对矩形有直角前沿进口的宽顶堰,如图8.2.9 (a)所示,别列津斯基公式为:
对矩形带圆角前沿进口的宽顶堰,如图8.2.9 (b)所示,别列津斯基公式为:
式中 P1——上游坎高。
由以上两式可知,当P1/H=3.0时,m 值最小,m 分别为0.32和0.36;当P1=0时 (侧向收缩影响另计),m 值最大,都为0.385。式 (8.2.15)和式 (8.2.16)的适用范围均为0≤P1/H≤3.0。当P1/H>3.0时,带直角前沿进口的宽顶堰,流量系数仍用m=0.36。(www.daowen.com)
2.侧收缩系数
若宽顶堰堰顶设有边墩和闸墩时,则有侧收缩影响,当没有淹没影响时,计算自由溢流的流量公式为式 (8.2.7),式中侧收缩系数ε的计算方法和实用堰相同,为式(8.2.12)。
3.淹没溢流判别及淹没系数
宽顶堰的淹没过程如图8.2.10所示。当下游水位较低时,堰顶收缩水深hc小于临界水深hcr,堰顶水流为急流,下游水深不影响堰的过水能力,为自由溢流,如图8.2.10 (a)所示。当下游水位稍高于k k线时,堰顶出现波状水跃,如图8.2.10 (b)所示,此时hc仍小于hcr,下游水深仍不影响堰的过水能力。当下游水位再升高,以致收缩断面被淹没,如图8.2.10 (c)所示,收缩断面处水深hc已大于临界水深hcr,堰顶水流为缓流,这时,下游的干涉波能向上传播,下游水位已对过堰流量产生影响,形成宽顶堰淹没出流。根据实验,形成宽顶堰淹没溢流的条件近似为:
图8.2.10
式中 hs——下游水位超过堰顶的高度。
宽顶堰淹没溢流时的公式仍为式 (8.2.8),式中淹没系数σs可根据与下游水位相应的hs/H0值,由表8.2.4查得。
表8.2.4
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