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泄水建筑物概述

实际生活中有各种泄水建筑物。在装有液体的容器器壁上开设孔口，液体经孔口泄流的水力现象，称为孔口出流。若器壁较厚或在孔口上加设短管，且器壁厚度或加设短管的长度是孔口尺寸的3～4倍，则叫管嘴，液体经管嘴泄出的水流称为管嘴出流。

在水利工程中，为了泄洪、引水灌溉、发电、给水等目的，常修建各种泄水建筑物和挡水建筑物，以控制和调节河渠的流量和水位，如闸和堰。当闸门部分开启，水流受到闸门控制而从闸下孔口泄出的水流称为闸口出流,如图5-1(a)、(c)。闸孔出流实质上就是一种孔口出流，通常把孔口出流与闸孔出流统称为孔流。

凡对水流有局部约束，且顶部溢流的建筑物，称为堰。液体经堰顶下泄的水流称堰流，如图5-1(b)、(d)。

图5-1

在实际工程中，根据不同的使用要求和施工条件，常将堰做成不同的形状，如图（5-2）。

一般根据堰顶厚度与堰顶水头H（堰顶与上游水面之间的距离）的比值将堰流划分为三种类型。

图5-2

(1)薄壁堰：，此时过堰水流不受堰顶厚度的影响，水舌下缘与堰顶呈线性接触，水面呈单一降落曲线，这种堰流称为薄壁堰流，如图5-2(a)所示。

(2)实用堰：。过堰水流受到堰的约束和顶托作用，水舌与堰顶呈面的接触，但顶托力影响很小，溢流水面仍为单一的降水曲线，这种堰流称为实用堰流。工程中的实用堰分曲线型和折线型两种，如图5-2(b)、(c)所示。

(3)宽顶堰：。过堰水流受堰顶顶托力的约束明显，使得水流在进口处有第一次跌落，形成收缩断面，然后在堰顶形成与堰顶接近平行的水面，最后，出堰时形成第二次水面降落，如图5-2（d)所示。

当以后，水流的主要特征不再属于堰流，而变为明渠水流。

堰流与闸孔出流是两种不同的水力现象，但它们既有区别又有联系。堰流由于不受闸门的控制，水面线为一光滑连续的降水曲线；闸孔出流由于受闸门的控制，闸孔上、下游的水面是不连续的。也正是由于堰流及闸孔出流这种边界条件的差异，它们的水流特征及过水能力也各不相同。

堰流与闸孔出流的相同点：首先，堰流和闸孔出流都是建筑物对水流的局部阻碍，在上游壅高了水位，从能量的角度上看，出流的过程都是一种势能转化为动能的过程。其次，这两者都是在较短的距离内流线发生急剧弯曲的急变流，离心惯性力对建筑物表面的压强分布及建筑物的过水能力均有一定影响，能量损失主要是局部水头损失，沿程水头损失可忽略不计。

在实际工程中，装有闸门的堰上，可能发生堰流或闸孔出流，二者在一定条件下可以相互转化。例如，当闸门的开度（闸门底部边缘距堰顶的高度）增大到一定程度，水流可由闸孔出流转化为堰流；相反，当闸门的开度减小到一定程度，水流可由堰流转化为闸孔出流。工程上一般采用下列经验数值作为判别闸孔出流和堰流的界限条件：闸底坎为平顶坎时，,为闸孔出流；,为堰流。：闸底坎为曲线型坎时，,为闸孔出流；,为堰流。