第七节　堰流及闸孔出流的水力计算

单项选择题（每题的备选项中只有一个最符合题意）

1当实用堰堰顶水头大于设计水头时，其流量系数m与设计水头的流量系数m_d的关系是（　　）。[2014年真题]

A．m＝m_d

B．m＞m_d

C．m＜m_d

D．不能确定

【答案】B

【考点】实用堰堰流的流量系数特性

【解析】关于实用堰，当堰顶水头大于设计水头时，溢流水舌将偏离堰面并使堰面压力减小，流量系数相应增大；当堰顶水头小于设计水头时，溢流水舌将贴压堰面并使堰面压力增大，流量系数相应减小。

2某堰堰顶厚度δ＝5m，堰前水头H＝1.8m，则此堰属于（　　）。

A．薄壁堰

B．实用堰

C．宽顶堰

D．无法确定

【答案】C

【解析】堰流类型的判别标准为：

为薄壁堰流；

为实用堰流；

为宽顶堰流；

过渡为明渠流。此堰δ/H＝2.78，2.5＜δ/H＜10，属于宽顶堰。

3如图1-7-1所示的三个实用堰的堰型，堰上水头H、上游堰高P、堰宽B及上游条件均相同，而下游堰高P₁及下游水深h_t不同，则三者流量的关系是（　　）。

图1-7-1

A．Q_a＞Q_b＞Q_c

B．Q_a＜Q_b＜Q_c

C．Q_a＝Q_b＝Q_c

D．无法确定

【答案】C

【解析】流经实用堰后的水流一般为急流，和下游水流衔接时可能发生远驱式水跃、临界式水跃或淹没式水跃。试验表明，当下游发生远驱式或临界式水跃时，下游水位不影响堰的过水能力。当下游发生淹没式水跃，但下游水位尚未超过堰顶时，下游水位仍不影响堰的过水能力。当下游发生淹没式水跃，且下游水位已超过堰顶时，下游水位将影响堰的过水能力，当其他条件相同时，下游水位越高，过水能力越小。图（a）、（b）、（c）中下游水位均小于下游堰高，故都不受下游水位的影响，在其他条件相同的情况下，流量相等。

4闸孔出流的流量与闸前水头的（　　）成正比。

A．0.5次方

B．1次方

C．1.5次方

D．2次方

【答案】A

【解析】闸孔出流有宽顶堰上的闸孔出流和实用堰上的闸孔出流两种情况，而宽顶堰上的闸孔出流又有自由出流和淹没出流两种情况，实用堰上的闸孔出流亦有这两种情况。其流量方程形式相同，系数不同，取宽顶堰上的闸孔自由出流进行说明。闸孔单孔自由出流流量公式为：

式中，H₀为闸前总水头。由此可知，闸孔出流的流量与闸前水头的0.5次方成正比。

5堰流的流量与堰顶水头的（　　）成正比。

A．0.5次方

B．1次方

C．1.5次方

D．2次方

【答案】C

【解析】堰流是指水流在通过被建筑物缩小了的过水断面时流线收缩、流速增加、水位降落，但水流表面不受闸门约束而保持连续的自由水面的现象。堰流自由溢流时的基本公式为：

它对薄壁堰、实用堰均适用，只是对不同堰流，流量系数m的变化规律和表达式不同而已。由计算公式可知，堰流的流量与堰顶水头的1.5次方成正比。

6闸孔淹没出流的条件是（　　）。

A．h_c″＞h_t

B．h_c″＜h_t

C．h_c″＝h_t

D．与h_t无关

【答案】B

【解析】当下游水深h_t大于收缩断面水深h_c的共轭水深h_c″时，闸孔下游发生淹没水跃，下游水深影响闸孔流量，即为淹没出流。h_c″＜h_t时，则水跃发生在收缩断面上游，水跃旋滚覆盖了收缩断面，称为闸孔淹没出流；h_c″＞h_t时，则水跃发生在收缩断面处或收缩断面下游，称为闸孔自由出流。

7有一平底闸，共5孔，每孔宽度b＝3m。闸上设平板闸门，已知闸门上水头H＝3.5m，闸门开启高度e＝1.2m，自由出流。若不计行近流速，则通过水闸的流量为（　　）m³/s。

A．60.46

B．70.46

C．80.46

D．90.46

【答案】C

【解析】闸孔单孔自由出流流量公式为：

式中，

亦称流量系数，由试验确定。平板闸门流量系数μ₀可按下列经验公式确定：

由题意可知：

则流量系数：

故可知通过水闸的流量为：

8某实用堰共七孔，每孔宽度b＝5m，在实用堰堰顶最高点设平板闸门，已知闸上水头H＝5.6m，闸孔开启度e＝1.5m，下游水位在堰顶以下，若不计行近流速，则通过闸孔的单宽流量为（　　）m³/s。

A．9.56

B．10.56

C．11.56

D．12.56

【答案】B

【解析】实用堰式闸坝（闸门位于堰顶最高点处），当e/H＝0.268≤0.75时，为闸孔出流，下游水位在堰顶以下为自由出流，实用堰单孔闸孔自由出流流量计算公式为：

单宽流量为：

式中，μ₀为实用堰闸孔自由出流流量系数。

平板闸门μ₀的经验计算公式为：

代入数据计算得：

9某曲线型实用堰，当流量Q＝200m³/s时，相应的水头H＝1.37m，溢流堰高P＝P₁＝8m，坝前行近流速v₀＝1.5m/s，取流量系数m＝0.46，若不计侧收缩，且下游水深h_t＝4.5m，则该溢流堰的溢流宽度应为（　　）m。

A．34.28

B．44.28

C．54.28

D．64.28

【答案】C

【解析】该实用堰下游水深小于溢流堰高，为自由溢流。实用堰自由溢流流量计算公式为：

由题意可知，堰前总水头为：

对于单孔不考虑侧收缩，根据流量公式，可求得溢流宽度为：