堰流

　　明渠緩流溢過建築在管道中的障礙物的流動。障礙物稱為堰，在工程中，障礙物為壩、橋涵、溢流設備等，它們使上遊水位壅高，對堰流起側向收縮和底坎約束的作用。明渠急流流過障礙物，產生不同於堰流的水力現象。當流經側收縮段時，發生衝擊波。

　　堰流主要研究水流流經堰的流量Q與其他特徵量的關係。表示堰流特徵量，除流量外，尚有：堰寬b，即水流漫過堰頂寬度；堰頂水深深H，即堰上遊水位在堰頂上的最大超高；堰壁厚度δ和它的剖面形狀；下遊水深h及下遊水位高出底坎的高度Δ；H₁為堰高；h₁為堰下遊坎高；ν₀為趨近流速。如圖所示。

　　堰的分類　根據堰壁的相對厚度δ/H的大小分為：薄壁堰(δ/H＜0.67)、實用斷面堰(0.67＜δ/H＜2.5)和寬頂堰(2.5＜δ/H＜10)。按上遊渠寬對過堰水流的收縮作用分為：上遊渠寬B大於堰寬b的有側收縮堰，B＝b時的無側收縮堰。按下遊水位對過堰水流的淹沒作用分為：自由堰流和淹沒堰流。當一定流量流經堰時，若下遊水位較低（Δ＜0)，下遊水位不影響上遊水位，稱為自由堰流；若下遊水位較高(Δ＞0)，下遊水位影響上遊水位，稱為淹沒堰流。

　　流量計算　堰流流量公式為

或　　　　　　

式中 H ₀＝ H＋ v ₀ ²/ 2 ɡ； m為堰流流量系數，與堰的進口尺寸和 δ／ H有關，一般分別按薄壁堰、實用斷面堰和寬頂堰通過實驗求得經驗公式或數據； m ₀為計及趨近流速水頭 v ₀ ²/ 2 ɡ的流量系數； ε為側收縮系數，與引水渠及堰的尺寸有關，亦由實驗求得，當無側收縮時， ε＝1； σ為淹沒系數，一般分別按薄壁堰、實用斷面堰和寬頂堰由實驗求出 σ與Δ/ H ₀的關系，當為自由堰流時， σ＝1； ɡ為重力加速度。

　　薄壁堰　主要用作量測流量的設備，在距離堰壁上遊三倍以上水頭的地方測出水頭H，可直接計算流量。堰口為矩形的無側收縮自由薄壁堰的流量公式為　

　　堰口為直角三角形的流量公式為

　　　　　　　　 　

Q＝1.4H_2.5

適用范圍為 H ₁≥ 2 H， B≥(3～4) H。

　　實用斷面堰　主要作為蓄水擋水構築物的溢流壩和凈水構築物的溢流設備，用途較廣，形式多樣。低溢流堰的堰身斷面常為折線形；而用混凝土修築的中、高溢流堰的堰身則做成適合水流情況的曲線形。流量系數m，根據堰頂剖面外形而采取不同值。沿用較廣的克-奧曲線型剖面，適用於H₁/H≥3～5的高堰，流量系數m＝0.49。美國WES標準剖面，其設計水頭的流量系數m＝0.502。實驗流量計算也要考慮上遊收縮和下遊淹沒條件。

　　寬頂堰　在工程中是很常見的，如小橋涵過水構築物，當閘門全開時的節制閘、分洪閘等均是。

　　當滿足Δ＝h－h₁＜0.8H₀時為自由式寬頂堰。無側收縮自由式寬頂堰的流量系數m為H₁/H的經驗函數關系，直角進口H₁/H＞3時，m＝0.32；H₁/H＜3時，m＝0.32+0.01

。