低堰体型与泄流能力关系的初步研究

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1、低堰体型与泄流能力关系的初步研究童海鸿，李梦成，丁新求(长沙理工大学水利工程学院，长沙410114)摘要:低堰广泛应用于平原闸坝枢纽，其泄流能力直接决定了低水头枢纽工程的建筑物布置形式和工程效益的大小，而实际工程中，影响低堰泄流能力的因素很多。通过对多种数据的整理、分析，从各种不同堰型、上下游堰高、上下游堰面坡度等方面，对低堰体型与泄流能力的关系进行了研究，并结合工程实例提出了实际工程运用过程中，不同条件下低堰选型和设计应注意的有关问题。关键词:低水头;泄水建筑物;体型;泄流能力中图分类号:TV135．2文献标识码:An1n低堰广泛应用于平原闸坝枢纽以及各类中小型水利

2、工程中。特别是，目前某些大型航电枢纽工程一般位于河流中下游经济发达地区，工程上游沿岸土地利用价值极高，不允许过多壅高河道水位，因此，同样只能采用低堰泄流。为了减少上游淹没或为了缩短溢流前缘长度，低堰在堰型选择和设计过程中，应尽可能从提高低堰的泄流能力着手，对低堰体型及相关影响因素进行调整和优选。本文主要探讨了低堰的体型与泄流能力之间的关系，以期为实际工程设计和运用提供参考。y=k1(x)－B(x)线则为，其中Hw专指薄壁HwHwHw堰堰顶水头。关于其流量系数m，山东省水利科学研究所曾对我国工程上应用较多的WESI型低堰进行了大量的试验研究工作。在下游堰高P2相对上游堰

3、高P1足够大，对堰的泄流能力无影响时，堰()，如图1所示。P1，0H的流量系数可表征为m=fHdHd在设计水头Hd作用下，其相应的设计流量系数md=0．44～0．49。而WESV型堰的设计流量系数则介于0．47～0．5［2］。1堰型对泄流能力的影响低堰的水力特性主要受堰型、堰上水头、上下游堰高、下游水深等诸多因素的影响，问题较复杂，故研究成果尚不成熟。一般工程应用较多、较为著名的低堰主要有WES型、折线型、驼峰型等实用堰及有坎(或无坎)宽顶堰。不同堰型的低堰，设计流量系数md差异较为明显，其中WES型堰的泄流能力在同等条件下最大。(P1H0)图1WESⅠ型低堰的m=f

4、，的曲线族HdHd1．1WES型低堰WES低堰通常按照其上游挡水面形状及堰面Familyofm=f(P1，)curvesofH0Fig．1HdHd曲线方程的差异，分成Ⅰ，V两种堰型。WESⅠ型堰具有直立的上游面，其堰顶曲线形式是直接将高堰堰顶移用于低堰，上游堰顶为3段圆弧，堰顶下游曲WESⅠlowweir1．2驼峰堰驼峰堰是工程实践中发展出的、目前应用较好线以堰顶为原点，满足曲线方程x1．85=2H0．85y［1］。的一种低堰堰型，其底部应力分布均匀，适合修建在软弱地基上。我国许多中小型溢洪道的进口，摈弃过去常用的宽顶堰，而采用驼峰堰，主要是考虑驼峰dWESV型堰上游

5、具有45°斜坡，其堰顶下游段堰面n=k(x)曲线仍采用y的幂曲线，而其堰顶上游曲HdHd收稿日期:2010-04-21基金项目:湖南省教育厅科学研究项目(04C0117)作者简介:童海鸿(1968-)，男，湖南桃源人，副教授，主要从事水工水力学研究，(电话)0731-85258438(电子信箱)tonghh1001@163．com。堰的泄流能力一般较宽顶堰大，可提高泄水建筑物的流量系数，从而减少其进口宽度，进一步减少开挖量和工程投资。但是，驼峰堰尚无标准的定型剖面，一般来说，由堰顶凸圆弧和上、下游凹圆弧连接。在水头(流量)较大时，驼峰堰的流量系数一般大致为0．387～

6、0．444［3］。1．3折线型堰折线型一般应用于中小型水利工程，其剖面形式主要有矩形和梯形，梯形剖面又常见上游面直立和上游面有一定坡度2种形式。梯形剖面的堰，其流量系数与上游相对堰高、相对堰顶厚度、堰上下游坡度有关;其设计流量系数通常为0．35～0．43，介于宽顶堰和曲线型实用堰之间。如果将堰进口顶角修圆，流量系数会增加约5%左右。笔者曾在有关文献中对折线型实用堰流量系数的研究和计算做过较为详细的论述。1．4宽顶堰宽顶堰在宽河谷的航电枢纽以及河床径流式电站中应用较多，一般分有底坎和无底坎2种形式。其流量系数与宽顶堰的进口形式、堰顶水头、上游堰高等因素有关，自由泄流状态

7、下，设计流量系数介于0．32～0．385之间。在所有低堰中，同等条件下宽顶堰的泄流能力最低。定的影响。当下游堰高P2值较小时，过堰水流受堰下游护坦的阻挡、顶托作用，使其水舌弯曲程度减小，并进而影响流量系数的减小。图2揭示:自由泄流的情况下，一般在P2/Hd≥1．0时，WES型堰的下游堰高P2对泄流能力几乎没有影响。而当P＜0．6以后，流量折减系数m/m/H20d开始急速下降，说明此时下游堰高对泄流能力产生较大影响。这一规律也近似地适用于其他的标准堰型。因此，在进行堰型选择过程中，一般以P2/H0不小于0．6～0．7为宜。图2下游堰高与流量折减系数关系