【正文】 1249279583010200238306957607301500?，F(xiàn)因在測站4下游建橋。試用圖解法確定修橋后河道在多年平均流量下的水面線。表711 實測斷面資料表測站1測站2Z(m)A（m2）B（m）Z（m）A（m2）B（m）132821504576296320540128419293922262283455測站3測站4Z(m)A（m2）B（m）Z（m）A（m2）B（m）124017803268228245370149021564036380406440解：按原河道的四個水文測站斷面，采用艾斯考夫圖解法進行計算如下：（1）根據(jù)各斷面資料，分別求出各測站不同水位時的斷面函數(shù)值F（Z），河道按寬淺式處理即取，故 （2）按一定的縱橫比例，繪制各測站的F（Z）～Z關系曲線。將偶數(shù)斷面曲線繪于縱坐標左側(cè)，奇數(shù)斷面曲線繪于右側(cè)，見例77（a）圖。本例取。（3）確定各工作直線的斜率。按 將各直線斜率計算見表712。（2）由測站4的已知水位Z4=+=,在Z軸上取Z4并作水平線交于F4（Z）～Z曲線，即得相應的a點。（5）過a點以的斜率作直線交于F3（Z）～Z曲線于b點，過b點作水平線交縱軸于Z3=，即為測站3的水位。表712流段n122334350003350031500110811081108(6)過b點以的斜率作直線交于F2（Z）～Z曲線于c點，c點對應的水位即為測站2的水位，得到Z2=。（7）過c點以的斜率作直線交于F1（Z）～Z曲線于d點，d點對應的水位即為測站1的水位，得到Z1=。最后繪出河道水面曲線圖，并將各斷水位標于圖中，見例77（b）圖。 第八章Ⅰ 解題指導孔流和堰流都是局部流段內(nèi)流線急劇彎曲的急變流，其水力計算的共同特點是能量損失以局部損失為主，沿程損失可以忽略。由于邊界條件、水流條件的差異，其水力計算公式及式中各系數(shù)的確定方法各不相同。它們反映了孔流和堰流流態(tài)下，水流條件和邊界條件對建筑物過水能力的影響。解題時，首先要分析水流特征、弄清邊界條件并判別流態(tài)及出流方式，然后根據(jù)問題的類型采用相應公式求解?，F(xiàn)將各種流態(tài)及淹沒界限的判別標準、問題類型等歸納于表81，表81 孔流、堰流流態(tài)判別及問題類型水流流態(tài)判別標準淹沒出流判別方法問題類型薄壁小孔口出流在液面下出流 已知（或Z），求；已知，求H（或Z）；已知（或Z），求d；已知。H（或Z），求管嘴出流H＜在液面下出流已知（或Z），求；已知，求H（或Z）；已知（或Z），求d；已知。H（或Z），求閘孔出流底坎為平頂堰＜說明： 已知條件中帶括號者與待求量有關，計算中往往先假定該值，用試算法求解底孔為曲線型堰＞0（一般為自由出流情況）矩形薄壁堰和無坎寬頂堰公式形成與式（87）略有不同；直角三角形薄壁堰常用Q=[適用于P≥2H，B≥（3～4）H]；梯形薄壁堰常用Q=[適用于]。水流流態(tài)判別標準淹沒出流判別方法堰流底坎為平頂堰＞薄壁堰＜對矩形、梯形有 hs＞0 ＜實用堰＜＜ 不同剖面形狀，判別界限不同，可查有關冊克奧 hs＞0剖面 ＜（）k底坎為曲線型堰＞寬頂堰＜＜10＞應該指出的是，由于本章各種系數(shù)計算的經(jīng)驗公式較多，在進行水力計算時應特主意其適用條件是否相符，以免出錯。Ⅱ 典型例題[例81] 甲、乙兩水箱如例81圖。甲箱側(cè)壁開有一直徑為100mm的圓孔與乙箱相通。當為恒定流時，問：①乙箱無水時，孔口的泄流量為多少？②乙箱水深H2=，孔口泄流量為多少？③在甲箱外側(cè)裝一與孔口等徑的35cm長圓柱形短管時，泄流量又為多少？若管長為10cm，流量有何變化？當為管嘴出流時，管嘴內(nèi)真空高度為若干？解：（1）求乙箱無水時孔口的泄流量?？卓诘淖饔盟^為 ＜乙箱無水，故為薄壁恒定小孔口自由出流。孔口邊緣距最近的邊界距離h=，故h＞3d=3=，為完全完善收縮，取，則 因 故可忽略行近流速水頭，即H0≈H，得 （2）求當H2=。因此時為淹沒出流，且Z=H1－H2==?？卓谖恢?、直徑、邊緣情況均未變，則不變，故 （3）求甲箱外側(cè)短管長的泄流量及管嘴出流時的管內(nèi)真寬度。當時，其長度在（3～4）d=30～40cm之間，為管嘴出流，而于是自由出流時 淹沒出流時 當時，故仍為孔口出流，泄流量與以上問題（1）、（2）中的結(jié)果完全相同。以箱底為基準面，列1cc斷面的能量方程，得 令整理上式得 ①而 所以 ②以②代①，有 將，代入上式，即得真空高度 顯然，管嘴內(nèi)形成一定的真空高度，增大了作用水頭。故管嘴出流較孔口出流的流量大。[例82] 如例82圖所示的密閉水箱，已知H1=，h=，側(cè)壁有孔徑d=20mm的圓形薄壁孔口，流量系數(shù)。求：①泄流開始時的泄流量；②當箱內(nèi)水深降至H1=，欲保持泄流量不變，P0應為多少米水柱高？（1）求泄流開始時的泄流量。由題意知，水流為薄壁孔口自由出流＜，為小孔口。 選取過孔口中心的水平面為基準面，對1cc斷面列能量方程 取。因 （2）在孔口尺寸及流量系數(shù)一定時，欲使Q不變，其作用水頭應不變，由上可知 即得 由本例可見，當箱內(nèi)液面壓強不為大氣壓時，其作用水頭將發(fā)生變化。此時不能套用孔口（或管嘴）出流的計算公式，而應直接根據(jù)能量方程式推求其計算式。[例83] 某泄洪閘底坎為直角進口的平頂堰，如例83圖。P=，孔寬b=，共3孔，閘墩頭部半圓形，邊墩圓弧形，平板閘門控制，下游尾水渠為矩形斷面。試求：①3孔閘門開度均為2m時的泄流量；②若保持泄流量不變時，閘門的開度為多少？③流量和其它和其它條件不變，但為堰流時，其堰頂水頭應為若干？ 解（1）因＜，故為閘孔出流。又因為，查表得得 由于閘底板高于渠底且為平頂堰，查表取。又由于堰前水頭較大、開啟度較小，為簡化計算，不計行近流速水頭，即取H0≈H，則有 ＞，故為閘孔出流。由底坎及閘門形式，并注意到＜＜，采用相應的經(jīng)驗公式求流量系數(shù)，有 得 （2）當時其閘門開度e,由式（85）即得 因式中與e有關，故應試算求解。設e= ＜為閘孔出流，由，查表得。查得則有 ＜ 為淹沒出流。由，查圖可得，且 即得 故滿足上述流量要求時所需的閘門開度。（3），相應的堰頂水頭H，采用試算法求解如下：設，～10之間，屬寬頂堰流。其流量系數(shù) 因堰前過水斷面不大，應計入行近流速的影響，可應用“”逐次逼近法“計算。第一次逼近：假定＞，由。邊墩的形狀可查得，由閘墩的形狀及可查得，由式（88）得側(cè)收縮系數(shù) 故 第二次逼近：由已求得的流量計算的近似值 因 ＞ 故 第三次逼近： ＞為淹沒出流，查得 第四次逼近： ＞為淹沒出流，查得 因Q4與Q3相當接近，故可認為當且該流量與已穩(wěn)中有降流量相差甚?。ǎ?。故所求堰頂水頭H=。顯然，若所設H不能滿足已知流量的要求時，則應重設H，依以上步驟繼續(xù)試算，直到滿意為止。上例表明，在H=，不計影響，而計入影響時，可見此時行近流速對流量的影響較大。因此，在水力計算中，沒有足夠的理由，不應隨便忽略行近流速的影響，以免造成較大的誤差。[例84]某進水閘底坎為圓角進口，共3孔，閘墩頭部半圓形，邊墩圓弧形。閘前后渠道均為矩形斷面，其它條件見例84圖。求：①閘門全開，閘前渠道內(nèi)的水深為多少？②，上游渠道內(nèi)水深不變，則流量有何變化？ 解：（1）因下游水位低于閘底坎，即＜0，且閘孔全開，故水流為堰流并為自由出流。因水頭未知，不能判別堰型，暫按寬頂堰計算，待求出H后復核堰型是否與假定相符。由式（87）得、m均與H有關，故尖用試算法求解如下：先假定 由試算求H0=。設 H1= ＜另設 H2= 故得 H=。復核值：因＞，故流量系數(shù)可按 即＞=。查得 即＜=。將以上求得的m代入基本公式重算H02，得 令H2=，得 故得 H2=。 復核m，值： 故H=。因，～10之間，為寬頂堰，與假定相符。即求得閘前水深 （2），閘底坎淹沒，因上游渠內(nèi)水深不變，則H=。由以上計算，暫按H0=，有＞。據(jù)查表得，因淹沒影響，應重算： 復核總水頭 按H0=，得 ＞為淹沒出流，查得 再逼近一次： = 以上兩次計算所得流量很接近。顯然，=。[例85] 某單孔引水閘如例85圖，閘室后接—＞的陡坡渠道。上游為八字形翼墻，收縮角θ=45176。，計算厚度a=1m。閘前河道斷面近似矩形，水深h=，閘門全開，忽略上游行近流速。試求：①當坎高P=，流量時的閘孔凈寬；②若保持孔寬不變，但坎高P=0時的過堰流量。解：（1）求閘孔凈寬。因下游接一陡坡渠道，下游為急流，故過閘水流為寬頂堰自由出流，當P=，H=hP==，流量系數(shù) =因n=1，八字形翼墻可查得，故側(cè)收縮系數(shù) 由式（87）得 解得閘孔凈寬：b=（2）求P=0時的過堰流量。此時為無坎寬頂堰自由出流。由題意知，上游可寬B0=b+2a=+21=,又 查表得流量系數(shù)，由無坎寬頂堰流量計算式，即得過堰流量 由以上計算可見，當其它條件不變時，減小堰高P，可增大堰的過流能力（讀者可自行分析其原因）。順便指出，若為多孔無坎寬頂堰時，流量系數(shù)應為包括側(cè)收縮影響的各孔流量系數(shù)的平均值，可先分別求出中孔及邊孔的流量系數(shù)，然后用加權平均法求得。