来源：贵州山河勘测设计有限公司

一、基本计算公式

实用堰是水利工程中最常见的堰型之一 。作为挡水及泄水建筑物的溢流坝，就是实用堰的典型例子。低溢流坝常用石料砌筑成折线形(见图8.2c);较 高的溢流坝为了增大过流能力， 一般作成曲线形(见下图); 

即所谓折线形实用堰和曲线形实用堰。实用堰的计算公式式如下：

但在实际工程中，实用堰常由闸墩及边墩 分隔成为数个等宽的堰孔，如下图所示。此时，公式中的 b=nb’,其 中 ：n 为堰孔数；b '为一个堰孔的净宽。当仅有边墩而无闸墩存在时 n=1,b=b'。 

由于边墩或闸墩存在，水流流经堰孔时，流线发生侧向收缩，减小了溢流宽 度，增加了局部水头损失。故同样条件下有侧收缩(即有边墩或闸墩存在),堰的 流量较无侧收缩堰的流量为小。通常在公式的右端乘一个系数 ε? ，以考虑侧 收缩对流量的影响， ε?即为侧收缩系数，其值小于1.0。此外，实用堰在应用中还可能出现下游水位过高或下游堰高较小，导致过水 能力减小，即形成所谓淹没出流的情况。这时也是在公式的右端乘上一个淹 没系数σs 来表示淹没的影响，其值也小于1.0。所以计算实用堰的公式应为:

若堰为无侧收缩(e?=1) 和自由出流(σs=1);

二、曲线形实用堰的剖面形状

曲线形实用堰比较合理的剖面形状应当具有下列几个优点：即过水能力大， 堰面不出现过大的负压和经济、稳定。一般情况下，曲线形实用堰的剖面系由下列几个部分组成：上游的直线段AB; 堰顶曲线段 BC; 坡度为 ma=cotα 的下游直线段CD 以及用以和下游河底 连接的反弧段DE，如下图：

上游直线段 AB 常作成垂直的，有时也作成倾斜的。上游直线 AB 的坡度和下游直线CD 的坡度主要根据坝体的稳定和强度要求来选定①。反弧段 DE 的作用是使直线CD 与下游河底平滑连接，避免水流直冲河床；并有利于溢流坝下游的消能。反弧半径 r 的确定，应结合消能型式统一考虑。一般情况下，对于非岩基上高度不大的坝，当水头 H 较大时，可取 r=(0.5～1.0)(Ha+xmax); 对岩基上的高坝，当水头 H<5m   时，可取r=(0.25～0.5)(Ha+xmax)。面设计水头；xmax为最大的上下游水位差。堰顶曲线 BC 对水流特性的影响最大，是设计曲线形实用堰剖面形状的关 键。国内外设计堰剖面形状有许多方法，主要区别就在于曲线段BC如何确定。

如果曲线 BC 作成与同样条件下薄壁堰自由出流的水舌下缘相吻合的形 状，则水流将紧贴堰面下泄，水舌基本上不受堰面形状的影响，堰面压强应为大 气压强(见下图a)。 如果堰面曲线突出于水舌下缘，如下图b所示，

则堰面将顶托水流，水舌不能保持原有的形状，堰面压强应大于大气压强；堰前总水头中 的一部分势能将转换成压能，使转换成水舌动能的有效水头减小，过水能力就会 降低。反之，若堰面低于水舌下缘，溢流水舌将脱离堰顶表面，脱离处空气被水舌带走，堰面形成局部负压区(见图8.9c); 堰顶附近负压区的存在，等于加大了 作用水头，过水能力将增大。但是，堰面过大的负压将会形成空蚀破坏和水舌颤 动。所以，理想的剖面形状应使堰面曲线与薄壁堰水舌下缘吻合。这样既不产 生负压，又有比较大的过水能力。但实际上由于堰面的粗糙度不可避免地对水 舌发生影响，再加上上游水头及水舌形状不会绝对稳定，所以实际采用的剖面形 状都是按薄壁堰水舌下缘曲线稍加修改而成。

三、WES克奥曲线

美国陆军工程兵团 水道试验站(Waterways   Experiment   Station)的标准剖面，即WES剖面。WES剖面系用曲线方程表示，便于控制；同时，堰剖面较瘦可节省工程量；另外，堰面压强分布比较理想，负压不大，对安全有利。

 WES 剖面如上图所示。该剖面堰顶O 点下游的曲线由(8.8)式计算， 式中的系数k 及指数n 决定于堰上游面的坡度，当上游面为垂直时k=0.5,n=1.85。代入公式式得：

  式中的 Hd为不包括行近流速水头的剖面设计水头，简称设计水头。堰顶O 点上游曲线，采用三段复合圆弧相接。这样做可使堰顶曲线与堰上 游面平滑连接，改善了堰面压强分布，减小了负压。三段复合圆弧的半径 R 及 坐标值如图8.11所示。从上述可知，堰剖面曲线的坐标值(亦即堰剖面的大小)决定于所采用的设 计水头 Ha。但所设计的堰在实际应用时，堰顶水头却是随流量 Q 的改变而在 某一范围(Hmn～Hma) 内变化。因此，选定什么水头作为设计水头 Ha, 才会使 所设计的堰剖面在已知的水头变化范围内工作时，既有较大的流量系数，又不会 使堰面产生过大的负压，这是剖面设计中应当注意的问题。如果以最大水头作设计水头，即Ha=Hmax, 虽然可以保证堰面不出现负 压，但由于实际工作水头总是小于设计水头，堰面压强一般高于大气压强，流量 系数减小；同时，在这种情况下所得出的堰剖面偏肥，显然是不经济的。反之，如 果采用最小水头作设计水头，即 Ha=Hmin; 虽然可以得到较为经济的剖面，但因 实际工作水头往往大于设计水头，堰面会产生较大负压，严重时会危及坝的安 全。所以工程中经常采用的设计水头是 Ha=(0.75～0.95)Hmax。上面所谈的堰剖面，在设计水头下工作时堰面一般不出现负压(或真空),称 为非真空剖面。有一种剖面有意使堰剖面外形略低于溢流水舌的下缘，使堰面 产生一定负压，可以得到较大的流量系数，这种剖面称为真空剖面。本章只介绍 非真空剖面，有关真空剖面的水力计算可参阅水力计算手册。