第七節　堰流及閘孔出流的水力計算

單項選擇題（每題的備選項中只有一個最符合題意）

1當實用堰堰頂水頭大于設計水頭時，其流量系數m與設計水頭的流量系數m_d的關系是（　　）。[2014年真題]

A．m＝m_d

B．m＞m_d

C．m＜m_d

D．不能確定

【答案】B

【考點】實用堰堰流的流量系數特性

【解析】關于實用堰，當堰頂水頭大于設計水頭時，溢流水舌將偏離堰面并使堰面壓力減小，流量系數相應增大；當堰頂水頭小于設計水頭時，溢流水舌將貼壓堰面并使堰面壓力增大，流量系數相應減小。

2某堰堰頂厚度δ＝5m，堰前水頭H＝1.8m，則此堰屬于（　　）。

A．薄壁堰

B．實用堰

C．寬頂堰

D．無法確定

【答案】C

【解析】堰流類型的判別標準為：

為薄壁堰流；

為實用堰流；

為寬頂堰流；

過渡為明渠流。此堰δ/H＝2.78，2.5＜δ/H＜10，屬于寬頂堰。

3如圖1-7-1所示的三個實用堰的堰型，堰上水頭H、上游堰高P、堰寬B及上游條件均相同，而下游堰高P₁及下游水深h_t不同，則三者流量的關系是（　　）。

圖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．無法確定

【答案】C

【解析】流經實用堰后的水流一般為急流，和下游水流銜接時可能發生遠驅式水躍、臨界式水躍或淹沒式水躍。試驗表明，當下游發生遠驅式或臨界式水躍時，下游水位不影響堰的過水能力。當下游發生淹沒式水躍，但下游水位尚未超過堰頂時，下游水位仍不影響堰的過水能力。當下游發生淹沒式水躍，且下游水位已超過堰頂時，下游水位將影響堰的過水能力，當其他條件相同時，下游水位越高，過水能力越小。圖（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響，在其他條件相同的情況下，流量相等。

4閘孔出流的流量與閘前水頭的（　　）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】閘孔出流有寬頂堰上的閘孔出流和實用堰上的閘孔出流兩種情況，而寬頂堰上的閘孔出流又有自由出流和淹沒出流兩種情況，實用堰上的閘孔出流亦有這兩種情況。其流量方程形式相同，系數不同，取寬頂堰上的閘孔自由出流進行說明。閘孔單孔自由出流流量公式為：

式中，H₀為閘前總水頭。由此可知，閘孔出流的流量與閘前水頭的0.5次方成正比。

5堰流的流量與堰頂水頭的（　　）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】堰流是指水流在通過被建筑物縮小了的過水斷面時流線收縮、流速增加、水位降落，但水流表面不受閘門約束而保持連續的自由水面的現象。堰流自由溢流時的基本公式為：

它對薄壁堰、實用堰均適用，只是對不同堰流，流量系數m的變化規律和表達式不同而已。由計算公式可知，堰流的流量與堰頂水頭的1.5次方成正比。

6閘孔淹沒出流的條件是（　　）。

A．h_c″＞h_t

B．h_c″＜h_t

C．h_c″＝h_t

D．與h_t無關

【答案】B

【解析】當下游水深h_t大于收縮斷面水深h_c的共軛水深h_c″時，閘孔下游發生淹沒水躍，下游水深影響閘孔流量，即為淹沒出流。h_c″＜h_t時，則水躍發生在收縮斷面上游，水躍旋滾覆蓋了收縮斷面，稱為閘孔淹沒出流；h_c″＞h_t時，則水躍發生在收縮斷面處或收縮斷面下游，稱為閘孔自由出流。

7有一平底閘，共5孔，每孔寬度b＝3m。閘上設平板閘門，已知閘門上水頭H＝3.5m，閘門開啟高度e＝1.2m，自由出流。若不計行近流速，則通過水閘的流量為（　　）m³/s。

A．60.46

B．70.46

C．80.46

D．90.46

【答案】C

【解析】閘孔單孔自由出流流量公式為：

式中，

亦稱流量系數，由試驗確定。平板閘門流量系數μ₀可按下列經驗公式確定：

由題意可知：

則流量系數：

故可知通過水閘的流量為：

8某實用堰共七孔，每孔寬度b＝5m，在實用堰堰頂最高點設平板閘門，已知閘上水頭H＝5.6m，閘孔開啟度e＝1.5m，下游水位在堰頂以下，若不計行近流速，則通過閘孔的單寬流量為（　　）m³/s。

A．9.56

B．10.56

C．11.56

D．12.56

【答案】B

【解析】實用堰式閘壩（閘門位于堰頂最高點處），當e/H＝0.268≤0.75時，為閘孔出流，下游水位在堰頂以下為自由出流，實用堰單孔閘孔自由出流流量計算公式為：

單寬流量為：

式中，μ₀為實用堰閘孔自由出流流量系數。

平板閘門μ₀的經驗計算公式為：

代入數據計算得：

9某曲線型實用堰，當流量Q＝200m³/s時，相應的水頭H＝1.37m，溢流堰高P＝P₁＝8m，壩前行近流速v₀＝1.5m/s，取流量系數m＝0.46，若不計側收縮，且下游水深h_t＝4.5m，則該溢流堰的溢流寬度應為（　　）m。

A．34.28

B．44.28

C．54.28

D．64.28

【答案】C

【解析】該實用堰下游水深小于溢流堰高，為自由溢流。實用堰自由溢流流量計算公式為：

由題意可知，堰前總水頭為：

對于單孔不考慮側收縮，根據流量公式，可求得溢流寬度為：