一、闸孔宽度的确定
1、流量计算
南沙平原总面积741.9km2，72小时设计暴雨值20年一遇为258mm。产流计算采用初损后损法。南沙平原为沙性土，初损取30mm，后损取每小时0.5mm。设三日洪水总量为Q。
Q =（0.258m-0.03m-0.0005m×72）×741.9×106m2
=0.192m×741.9×106m3
=14244.48万m3
南沙平原为河网地区，钱塘江一线排涝闸共11座，闸孔总宽为192m。外六工段闸分得三日排涝流量为2826.58万m3
外六工段闸平均流量Q=2826.58×104/72×60×60×50%=218.1m3/s。
2、闸孔总宽度计算
外六工段及相关地段潮汐特征表：
注：摘自《萧围萧围北线外六工段至外八工段标准塘轴线调整（即新围
2000）亩工程初步设计》
内河起排水位4.3m （85国际，下同），外江水位取平均高潮位3.99m ，闸底板高程1.2m 。应用宽顶堰流量公式推算水闸总宽：
3
2H g m εσQ Β??=
g
v
H H 22
00+=
式中：σ—淹没系数
ε—侧收缩系数
O H —堰顶全水头(m)
m —流量系数 Q —过闸流量(m 3/s) v 0—上游行近流速 H —上游水深
h/H=(3.99-1.2) / (4.3-1.2) =2.79/3.1=0.9 查表得淹没系数为σ=0.83 侧收缩系数ε定为1 流量系数m 一般取0.385 宽顶堰流量公式简化为:
2
30
2H g m Q
Βσ=
H 0和V 0都是未知，须进行试算： 第一次试算：
不计行近流速，H 0=H=4.3-1.2=3.1m
2
321H
g m Q
Βσ=
m Β07.2877
.71
.21849.543.4385.083.01.2181
.381.92385.083.01
.21831==???=
???=
H
B Q
V ?=
101 s m V /506.2017
.871
.2181.307.281.21801==?=
m g V H H 420.3320.01.381
.92506.21.322
2
0101
=+=?+=+=
第二次试算：
2
3
01
22H g m Q
Βσ=
m Β36.24954
.81
.218325.643.4385.083.01.218420
.381.92385.083.01
.2182
32==???=
???=
H
B Q
V ?=
202
s m V /888.2516
.751
.2181.336.241.21802==?=
m g V H 525.3425.01.381
.92888.21.321.32
2
0202
=+=?+=+=
第三次试算：
2
3
02
32H g m Q
Βσ=
m Β28.23368
.91
.218618.643.4385.083.01.218525
.381.92385.083.01
.2182
33==???=
???=
H
B Q
V ?=
303
s m V /022.3168
.721
.2181.328.231.21803==?=
m g V H H 565.3465.01.381
.92022.31.322
2
0303
=+=?+=+=
%5%12.101122.0565
.304.0565.3525.3565.3030203<===-=-H H H
满足精度要求，
m H H 565.3030=≈
m H g m Q Β89.22528
.91
.218731.643.4385.0.83.01.218565.381.92385.083.01
.21822
3
02
3
==???=????=
=
σ 取B=24m ，即4孔6m ，中墩宽为1为闸底板高程1.2m （85国标）
二、流量计算
1、设计流量计算 采用宽堰流量公式
23
002H g b n m Q ?????=εσ
g
v
H H 22
00+=
式中：σ—淹没系数
ε—侧收缩系数 m —流量系数 ｎ—闸孔数 ｂ0—单孔净宽(m)
O H —堰顶全水头(m)
v 0—上游行近流速（m/s ） H —上游水深(m)
内河起排水位4.3m （85国际，下同），外江水位取平均高潮位3.99m ，闸底板高程1.2m 。（图1-1），应用宽顶堰流量公式推算设计流量： 由h/H=(3.99-1.2) / (4.3-1.2) =2.79/3.1=0.9查表得淹没系数为σ=0.83；由于为无坎高宽顶堰，流量系数m 取0.385；n=4，b 0=6m ；侧收缩系数ε由下面三式进行计算： n
n b
z εεε+-=
)1(
40000
)/()1(171.01z z
z d b b d b b +?+-
?-=ε
4000
00)2/()2
1(171.01b z z z b d
b b b d b b ++?++-
?-=ε εz —中间闸孔侧收缩系数 εb —边闸孔侧收缩系数 d z —中间闸墩厚度
b b —边闸墩顺水流向边向边缘线至上游河道水边线之间的距离 根据初步设计三视图，d z =1m ；b b =0m
976
.0024.019622.01429.0171.01)16/(6)1
66
1(171.01)
/()1(171.01440000
=-=??-=+?+-
?-=+?+-
?-=z z
z d b b d b b ε
987
.0013.01980.0077.0171.01)0216/(6)0
2
1661(171.01)
2/()21(171.01440000=-=??-=++?++-?-=++?++-
?-=b z b
z z b d
b b b d b b ε 984.04
937
.34976.0)14(987.0)1(==+-=
+-=
n
n b
z εεε
H 0和V 0都是未知，须进行试算确定设计流量： 第一次试算：
不计行近流速，H 0=H=4.3-1.2=3.1m
s
m H g b n m Q /45.182458.543.4546.71.381.9264984.0385.083.0232
32
301=??=???????=?????=εσ
s m H b n Q V /180.270
.8345
.1821.3)364(45.182)3(0101==?+?=?+?=
m g V H H 342.3242.01.381
.92180.21.322
2
0101
=+=?+=+=
第二次试算：
s
m H g b n m Q /25.204110.643.4546.7342.381.9264984.0385.083.0232
32
3
1.002=??=???????=?????=εσ
s m H b n Q V /440.27
.8325
.2041.3)364(25.204)3(0202==?+?=?+?=
m g V H H 403.3303.01.381
.92440.21.322
2
0202
=+=?+=+=
第三次试算：
s
m H g b n m Q /87.209278.643.4546.7403.381.9264984.0385.083.0232
32
3
2.003=??=???????=?????=εσ
s m H b n Q V /507.27
.8387
.2091.3)364(87.209)3(0303==?+?=?+?=
m g V H H 420.3320.01.381
.92507.21.322
2
0303
=+=?+=+=
第四次试算：
s
m H g b n m Q /44.211325.643.4546.7420.381.9264984.0385.083.0232
32
3
3.004=??=???????=?????=εσ
s m H b n Q V /526.27
.8344
.2111.3)364(44.211)3(0404==?+?=?+?=
m g V H H 425.3325.01.381
.92526.21.322
2
0404
=+=?+=+=
%5%15.00015.0425
.3005.0425.3420.3425.3040304<===-=-H H H
满足精度要求，
m H H 425.3040=≈
s
m H g b n m Q /91.211339.643.4546.7425.381.9264984.0385.083.0232
32
3.00=??=???????=?????=εσ 得设计流量：Q=211.91m 3/s 2、最大流量计算
根据表1-1，当外江为平均低潮位时将为自由出流，σ=1.0，水闸四孔全开时将有最大流量Q max ，Q max 也要经过试算求得。 第一次试算：
不计行近流速，H 0=H=4.3-1.2=3.1m
s
m H g b n m Q /83.219458.543.4092.91.381.9264984.0385.0232
323
01m ax =??=??????=????=ε s m H b n Q V /626.27
.8383
.2191.3)364(83.219)3(01max 01==?+?=?+?=
m g V H H 451.3351.01.381
.92626.21.322
2
0101
=+=?+=+=
第二次试算：
s
m H g b n m Q /22.258411.643.4092.9451.381.9264984.0385.0232
32
3
1.002m ax =??=??????=????=ε
s m H b n Q V /085.37
.8322
.2581.3)364(22.258)3(02max 02==?+?=?+?=
m g V H H 586.3486.01.381
.92085.31.322
2
0202
=+=?+=+=
第三次试算：
s
m H g b n m Q /52.273791.643.4092.9586.381.9264984.0385.0232
32
3
2.003m ax =??=??????=????=ε
s m H b n Q V /268.37
.8352
.2731.3)364(52.273)3(03max 03==?+?=?+?=
m g V H H 645.3545.01.381
.92268.31.322
2
0303
=+=?+=+=
第四次试算：
s
m H g b n m Q /29.280959.643.4092.9645.381.9264984.0385.0232
32
3
3.004m ax =??=??????=????=ε
s m H b n Q V /349.37
.8329
.2801.3)364(29.280)3(04max 04==?+?=?+?=
m g V H H 672.3572.01.381
.92349.31.322
2
0404
=+=?+=+=
第五次试算：
s
m H g b n m Q /39.283036.743.4092.9672.381.9264984.0385.0232
32
3
3.005m ax =??=??????=????=ε
s m H b n Q V /386.37
.8339
.2831.3)364(39.283)3(05max 05==?+?=?+?=
m g V H H 684.3584.01.381
.92386.31.322
2
0505
=+=?+=+=
%5%33.00033.0684
.3012.0684.3672.3684.3050405<===-=-H H H
满足精度要求，
m H H 684.3050=≈
s
m H g b n m Q /80.284071.743.4092.9684.381.9264984.0385.0232
32
3.00m ax =??=??????=????=ε 得设计最大流量：Q max =28
4.80m 3/s
三、消能设计
1、消力池池深计算
（1）计算消力池深度的流量确定
将消力池初始工况设为上游为起排水位4.3m ，下游平均低潮位。下游平均低潮湿位为1.99m （表1-1），而闸低板高程为1.2m ，所以初始工况为下游无水。用式公z h h d s c ?-'-"=0σ计算消力池深度。（如图3-1）
图 3-1
从式z h h d s c ?-'-"=0σ中不难看出当'-"s c h h 最大时所需的池深最深，当闸门拉启，随着流量的增大，下游水深也会逐渐上升。因此最大流量时往往得出的'-"s c h h 最大，池深也不是最深。应通过试算各种流量下的
'-"s c h h 的差距，当'
-"s c h h 最大时选用这时的流量作为计算池深的流量。
2、消力池池长计算
由于水跃长度与下游水深关系不大，消力池池长计算的流量取最大流量Q max =284.80m 3/s 。 消力池长度为：
j s sj L L L β+= sj L —消力池长度
s L —消力池斜坡段水平投影长度 j L —自由水跃长度 β—水跃长度校正系数
自由水跃长度计算采用欧氏公式：
??
? ??-"
=c c j h h L 9.6
"
c h —设池后最大流量时的跃后水深
c h —设池后收缩水深 022
2
2
03
=+-φ
g aq h T h c c 0T —消力池底算起的总势能
q —过闸单宽流量
a —水流动量校正系数（取1.0） g —重力加速度（取9.8m/s 2
）
φ—流速系数（取0.95）
())(55.1027
80
.284324/3m ax m s m Q q ?==
+=
g
V
H d T 22
00++=
d —消力池池深（1.2m ）
H —上游水深（4.3-1.2=3.1m ）
0V —最大流量时的行近流速（3.39m/s ） m g V H d T 90.460.03.48
.9239.31.32.122
2
00=+=?++=++=
由公式0222
2
03
=+-φg aq h T h c c 移项变为22202c c h g q h T φ+=，a h g q c
=22
22φ，则 2
0c
c h a h T +
=，即c
c h T a
h -=
0，故 0
00T a T a T a
h c -
-
=
288.67.173.11195.08.9255.1022
22
22==??==
c
h g q a φ
m
T a
T a T a h c 410.1739
.19.4288
.6617
.3288.69.4288.69
.4288.69.4288.69.4288.60
00=-=
-
=
-
-
=
-
-
=
25
.0211812
???
? ?????? ??-+="b b gh aq h
h c c
c
由于本闸设计消力池首端、末端相等
m
gh aq h h c
c
c
39.378.471.0)178.5(71.01847.273
.111171.01841.18.955.101241.11812
3232=?=-?=???
? ??-?+=???
? ??-??+=???
? ??-+="
自由水跃长度m h h L c c j 60.1398.19.6)41.139.3(9.69.6=?=-=??
? ?
?-"
=
由于池深1.2m 消力池斜坡比例设计为1:5，消力池斜坡段水平投影长度m L s 62.15=?=。
m L L L j s sj 88.166.138.06=?+=+=β
所以定消力池长为18m ，其中斜坡段水平投影长度6m ，水平段12m 。
《水工建筑物》课程设计 水闸设计计算说明书 姓名： 专业：水利水电工程 指导老师： 云南农业大学水利学院 2016.12 目录 一、基本资料........................................ 错误!未定义书签。 1.1设计依据.................................... 错误!未定义书签。 1.2设计要求.................................... 错误!未定义书签。 二、设计计算........................................ 错误!未定义书签。 2.1水闸形式及孔口尺寸的拟定.................... 错误!未定义书签。 ............................................ 错误!未定义书签。 ............................................ 错误!未定义书签。 2.2消能防冲设计................................ 错误!未定义书签。 ............................................ 错误!未定义书签。 ............................................ 错误!未定义书签。 三、防渗设计........................................ 错误!未定义书签。 3.1地下轮廓的设计.............................. 错误!未定义书签。 ............................................ 错误!未定义书签。 ............................................ 错误!未定义书签。
计算书名称：进水闸、冲沙闸坝段水力及结构计算书 目录 1工程概况 (1) 2水力计算 (1) 2.1进水闸坝段过水能力计算 (1) 2.2消能防冲设计 (3) 2.3冲砂闸过水能力复核 (4) 2.4消能防冲设计 (5) 3稳定及应力计算 (6) 3.1基本资料与数据 (6) 3.2结构简化 (6) 3.3计算公式 (6) 3.4荷载计算及组合 (8) 3.5计算成果 (9) 3.6冲沙闸荷载计算 (12) 3.7计算成果 (13) 3.8计算简图 (17)
1工程概况 某调水工程由关山低坝引水枢纽和穿越秦岭山区的输水隧洞两大部分组成，按其供水对象及性质，根据《防洪标准》（GB50201—94）和《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000），工程等别为三等中型工程,主要建筑物按3级建筑物设计。 低坝无调节引水枢纽由拦河坝、冲砂闸、进水闸和输水暗渠四部分组成，前三部分在平面上呈一条直线南北方向并列布置，输水暗渠紧接进水闸并连接进水闸和输水隧洞。两个闸均设在坝的左侧。坝轴线位于两河口下游95m ，关山村上游约1km 处，此处河谷宽度74m ，河床宽度约60m ，高程为1467.2m ，河床漂卵石覆盖层厚5~12m ，最大15m ，其下的基岩为黑云片麻岩和斜长片麻岩，岩石强风化层厚约2~3m ，岩体分类为Ⅱ～Ⅲ类，岩层倾向上游，对防渗有利。 进水闸位于冲砂闸左侧，设计流量13.5m 3/s ，单孔布置，孔口尺寸3.0m ×2.5m ，设潜孔式弧形工作闸门和平面检修闸门。闸室后接4m 长的1:4陡坡，陡坡后接消力池，消力池池长14m ，池深1.0m ，底板厚度1.0m ，为C20钢筋混凝土结构；消力池后与输水暗渠相接。 2水力计算 2.1进水闸坝段过水能力计算 2.1.1引水渠内水深的确定 Q= 3 /22/11R Ai n 式中Q －引水渠流量,13.5m 3/s ； n －引水渠糙率,0.015； A 、χ、R 、b 、h 、m 分别为过水断面面积、湿周、水力半径、渠道底宽、水深及边坡系数，其表达式如下： A=(b+mh)h χ=b+2h 21m +； R= χ A = 2 12)(m h b h mh b +++ 故 13.5=1/0.015×（3+0 h ）h ×(1/1000)1/2×3 /2)23).03(( h h h ++
第八章水闸 § 8-5 闸室的布置和构造 教学内容 底板、闸墩、工作桥、交通桥 、底板 按形状分：有水平底板、低实用堰底板（上游水位高，流量又受限制） 河宽、孔多。需用横缝将闸室分成若干闸段（每个闸段可分为一孔、两孔、三孔） 按底板与闸墩的连接方式分：整体式、分离 式 整体式 闸底板与闸墩浇筑成整体，墩中分缝。 （也有闸室底板中间分缝的） 底板形式 实心底板 箱式底板：地基承载力较差,30 40kpa 适用于松散地基，地震烈度较高的地区 分离式 单孔底板上设双缝，将底板与闸墩分 开 适用：坚基，紧密的地基上，不会产 生不均匀沉降。 底板顺水流方向的长度：满足上部结 构布置，结构强度和抗滑稳定要求。 材料：常用混凝土、浆砌石、少筋混凝土。 作用：分隔闸孔，支承闸以及上部结构。 材料：砼或浆砌石。 外形轮廊：过闸水流平顺，侧向收缩小, 以加大过水能力。 分方形、三角形、半圆形、 流线形。 高程：上游高出最高水位并有一定超高。长 度：与闸底板顺水流长度相同。 上、下游侧：铅直或10:1?5 :1竖坡。 闸墩厚度：满足强度，稳定要求，决定于工作门槽深度和门 槽颈部厚度。 门槽颈部厚度最小值为0.5m 门槽深0.3m 槽宽0.5?1.0
缝墩：1.2?1.5 检修门槽与工作门槽之间须保持 胸墙与检修门槽之间也应留足 三、 闸门 检修门---平门----位置：上游侧 平门 工作门--弧门--位置： ① 上游侧 ② 下游侧（利用水重帮助闸室稳定） 闸门顶部高程：应高于可能最高蓄水位。 四、 胸墙 固定式、活动式 作用：减少闸的高度，减轻立门重和降低对启闭机重量的要求。 布置位置：置于门后--闸门紧靠胸墙，且止水效果好而简单；门前 ---止水结构复杂，易于磨 损，有利于启闭，钢丝绳不易磨损？ 顶高程：顶与闸墩齐平。 底梁梁底高程： 满足堰流的要求，堰顶高程 +堰顶 下游水深+ （0.2m ）。 厚度：不小于 0.15?0.2m 结构形式：板式、梁板式。 支撑方式：固接、简支 五、交通桥及工作桥 一般设在水闸下游一侧 交通桥 有时设在水闸上游一侧，利用水重，帮助闸室 稳定（葛洲坝） 工作桥：安装启闭设备 初步确定桥高时，平面门可取门高的二倍 再加1.0?1.5m 的超高值，并满足闸门能从闸门 中取出检修的要求。若用活动式启闭机，桥高 可低些，但亦应大于1.7倍门高。升卧闸门的桥 高为平面直升门高的70%。弧形门则视闸门吊 点位置等情况而定，一般要比平面门的工作桥 低得多。 六、分缝方式及止水设备 1.分缝 水闸沿垂直水流方向每隔一定距离， 必须设置沉降缝予以分开， 以免闸室因地基不均匀 沉降及伸缩变形而产生裂缝。 缝的间距岩基上不宜超过 20m ，土基上不宜超过 35m ，缝宽2? 3cm 。 除了闸室分缝外，凡相邻结构荷重相差悬殊或结构较长、 面积较大的地方，都需设缝分 开。如在铺盖与水闸底板连接处、翼墙与边墩及铺盖连接处、 消力池底板与闸底板、翼墙连 1.5? 2.0m 净距。 1.0m 以上的间距。
【例4-1】 某水闸地下轮廓布置及尺寸如图4-28所示。混凝土铺盖长10.50m ，底板顺水流方向长10.50m ，板桩入土深度4.4m 。闸前设计洪水位104.75m ，闸底板堰顶高程100.00m 。 闸基土质在高程100.00～90.50m 之间为砂壤土，渗透系数K 砂=2.4×10-4 cm/s ，可视为透水层，90.50m 以下为粘壤土不透水层。试用渗径系数法验算其防渗长度，并用直线比例法计算闸底板底面所受的渗透压力。 （一）验算地下轮廓不透水部分的总长度（即防渗长度）。 上游设计洪水位104.75m ，关门挡水，下游水位按100.00m 考虑，排水设施工作正常。根据表4-2，可知砂壤土的渗径系数0.5=C ，作用水头为 ()m 75.400.10075.104=-=?H 故最小防渗长度为 ()m 75.2375.40.5=?=?=H C L 地下轮廓不透水部分的实际长度为 4.42 5.17.0 6.0414.15.08.7414.15.06.09.0?++++?++?++=实L 2、3 ……、17 依次按实际间距标于线上。 2. 在此直线的起点作一长度为作用水头 4.75m 的垂线 1-1′, 并用直线连接垂线的顶点 1′与水平线的终点17 。1′~17 即为渗流平均坡降线。
3. 在各点作水平线的垂线与平均坡降线相交，即得各点的渗透压力水头值。准确的渗压水头值可用比例公式计算求得。 4. 将1、2、3、……、17 各点的渗压水头值垂直地画在地下轮廓不透水部分的水平投影上，用直线连接各水头线的顶点，即可求出铺盖和底板的渗压水头分布图[ 图 4-28 (c ) ] 。 【例4-2】 用改进阻力系数法计算例4-1中各渗流要素。 （一）阻力系数的计算 1.有效深度的确定 由于 )m (5.205.10100=+=L ， )m (0.600.9400.1000=-=S ，故 542.30 .65.2000<==S L ，按式（4-19）计算e T )m (5.95.9000.100m 72.13242.36.15 .20526.150 00=-=>=+??=+= T S L L T e 故按实际透水层深度m 5.9=T 进行计算。 2.简化地下轮廓 将地下轮廓划分成十个段，如图4-29（a ）所示。 3.计算阻力系数[ 图4-29（b ）] （1）进口段：将齿墙简化为短板桩，板桩入土深度为0.5m ，铺盖厚度为0.4m ，故)(9.04.05.0m S =+=，m T 5.9=。按表（4-3）计算进口段阻力系数01ξ为 48.044.05.99.05.144.05.12 /32 /301=+? ? ? ???=+?? ? ???=T S ξ （2）齿墙水平段：021==S S ，m 6.0=L ，m 6.8=T ，按表（4-3）计算齿墙水 平段阻力系数1x ξ为 ()07.06 .86 .07.0211==+-= T S S L x ξ （3）齿墙垂直段：m 5.0=S ，m 1.9=T 。按表（4-3）计算齿墙垂直段的阻力系数 1y ξ为 06.01.95.014ctg ln 214ctg ln 2 1 =?? ? ??-=??? ??-= ππππξT S y （4）铺盖水平段：m 5.01=S ，m 6.52=S ，m 75.10=L ，按表（4-3）计算铺盖 水平段阻力系数2x ξ为 ()()71.01 .96.55.07.075.107.0212=+?-=+-= T S S L x ξ （5）板桩垂直段：m 6.5=S ，m 1.9=T ，根据表（4-3），板桩垂直段阻力系数2y ξ为
一、基本资料 1.水位 水闸计洪水位2.96m (P=1%) 堤防设计洪水位2.88m (P=2%) 历史最高洪水位2.60m 内河最高控制水位1.30m 内河设计运行水位-0.30m 2 工程等级及标准 联围为2级堤围，其主要建筑物为2级建筑物，次要建筑物为3级，临时性建筑物为4级。 3风浪计算要素 计算风速根据《河道堤防、水闸及泵站水文水利计算》中“相应年最高潮位日的最大风速计算成果表”查得为V=36m/s(P=2%)。 吹程在1：500实测地形图上求得D=300m 闸前平均水深H m=6.0m 4地质资料 根据××××××××××××院提供的《**水闸工程勘察报告》。
5地震设防烈度 根据《×××省地震烈度区划图》，*属7度地震基本烈度地区，故×××水闸重建工程地震烈度为7度。 6规定的安全系数 对于2级水闸，规范规定的安全系数见下表1.6-1。
二、基本尺寸的拟定及复核 2.1抗渗计算 2.1.1渗径复核如下图拟定的水闸底板尺寸： 如下图拟定的水闸底板尺寸： L=0.5+0.7*2+6+0.5+0.5+1.3+0.5+0.76*2+16.4+0.5 +1.3+0.7*2+0.5+0.7*2+6+0.5+0.5=40.72m 根据《水闸设计规范》SL265-2001第4.3.2条表4.3.2,×××水闸闸基为换砂基础，渗径系数取C=7则：设计洪水位下要求渗径长度： L=C△H=7×[2.96-（-0.30）]=22.82m ∴L实〉L
∴满足渗透稳定要求。 2.2闸室引堤顶高程计算 闸侧堤顶高程按《堤防工程设计规范》（GB50286—98）中的有关规定进行计算。其公式为： A e R Y ++= }] )(7.0[13.0)( 0018.0{])(7.0[0137.0245 .027.022 V gd th V gF th V gd th V H g = 5.02)V (9.13H g V T g = L d th T g L ππ222 = βcos 22gd F KV e = H R K K K R O P V p △= 式中：Y —堤顶超高（m ）。 R —设计波浪爬高（m ）。 e —设计风壅增水高度（m ）。 A —安全超高（m ）。 H —平均波高（m ）。 T —平均波周期（s ） 。
xxxx防洪挡潮闸重建工程 水工结构设计计算书 审核： 校核： 计算：
目录 一、基本设计资料 (1) 1.1 堤防设计标准 (1) 1.2 水闸设计标准 (1) 1.3 特征水位 (1) 1.4 结构数据 (2) 1.5 水闸功能 (2) 1.6 地基特性 (2) 1.7 地震设防烈度 (3) 二、闸顶高程计算 (4) 2.1 按《水闸设计规范》中的有关规定计算闸顶高程 (4) 2.2 按《堤防工程设计规范》中的有关规定计算堤顶高程 (5) 2.3 闸顶高程计算结果 (7) 2.4 启闭机房楼面高程复核计算 (8) 三、水闸水力计算 (9) 3.1 水闸过流能力复核计算 (9) 3.2 消能防冲计算 (11) 四、渗流稳定计算 (21) 4.1 渗流稳定计算公式 (21) 4.2 闸侧渗流稳定计算 (22) 4.3 闸基渗流稳定计算 (24) 五、闸室应力稳定计算 (28) 5.1 计算工况及荷载组合 (28) 5.2 计算公式 (29) 5.3 计算过程 (31) 5.4 计算成果及分析 (31) 六、闸室结构配筋计算 (32) 6.1 基本资料 (32) 6.2 边孔计算 (33) 6.3 中孔计算 (50) 6.4 胸墙计算 (50) 6.5工作桥配筋及裂缝计算 (52) 6.6 闸门锁定座配筋及裂缝计算 (53) 6.7 水闸交通桥面板计算 (56) 七、翼墙计算 (57) 7.1 计算方法 (57)
7.4 计算成果 (59) 7.5 配筋计算 (59) 八、其他连接挡墙计算 (60) 8.1 埋石砼挡墙计算（具体计算详见堤防设计计算书案例） (60) 8.2 埋石砼挡墙基础处理 (61) 8.3 中控楼浆砌石墙计算（具体计算详见堤防设计计算书案例） (62) 九、上下游护岸稳定计算 (63) 9.1 计算断面的选取与假定 (63) 9.2 计算工况 (63) 9.3 计算参数 (63) 9.4 计算理论和公式 (64) 9.5 计算过程（具体计算详见堤防设计计算书案例） (65) 9.6 计算结果 (65) 十、施工围堰计算 (66) 10.1导流级别及标准 (66) 10.2围堰顶高程确定 (66) 10.3围堰稳定计算（具体计算详见堤防设计计算书案例） (67) 十一、基础处理设计计算 (69) 11.1 闸室基础处理设计计算 (69) 11.2 翼墙基础处理设计计算 (73) 十二、闸室和翼墙桩基础配筋计算 (75) 12.1 计算方法 (75) 12.2 计算条件 (75) 12.3 第一弹性零点到地面的距离t的计算 (75) 12.4 桩的弯距计算 (76) 12.5 桩顶水平位移Δ计算 (76) 12.6 配筋计算 (76) 12.7 灌注桩最大裂缝宽度验算 (78)
水闸的概念及计算
第八章 水 闸 §8-5 闸室的布置和构造 教学内容 底板、闸墩、工作桥、交通桥 一、底板 按形状分：有水平底板、低实用堰底板（上游水位高，流量又受限制）。 河宽、孔多。需用横缝将闸室分成若干闸段（每个闸段可分为一孔、两孔、三孔） 按底板与闸墩的连接 方式分：整体式、分离式 ● 整体式 闸底板与闸墩浇筑 成整体，墩中分缝。（也有闸室底板中间分缝的） 底板形式 ? ?? ???--kpa 4030较差，箱式底板：地基承载力实心底板适用于松散地基，地 震烈度较高的地区 ● 分离式
单孔底板上设双缝，将底板与闸墩分开 适用：坚基，紧密的地基上，不会产生不均匀沉降。 底板顺水流方向的长度：满足上部结构布置，结构强度和抗滑稳定要求。 二、闸墩 材料：常用混凝土、 浆砌石、少筋混凝土。 作用：分隔闸孔，支承闸以及上部结构。 材料：砼或浆砌石。 外形轮廊：过闸水流平顺，侧向收缩小， 以加大过水能力。 分方形、三角形、半圆形、流线形。 高程：上游高出最高水位并有一定超高。 长度：与闸底板顺水流长度相同。 上、下游侧：铅直或10:1～５:1竖坡。 闸墩厚度：满足强度，稳定要求，决定于 工作门槽深度和门 槽颈部厚度。 门槽颈部厚度最小值为
0.5m 门槽深0.3m 槽宽0.5～1.0 缝墩：1.2～1.5 检修门槽与工作门槽之间须保持 1.5 ～2.0m 净距。 胸墙与检修门槽之间也应留足1.0m 以 上的间距。 三、闸门 检修门---平门----位置：上游侧 工作门-- 弧门 平门 --位置： ① 上游侧 ②下游侧（利用水重帮助闸室稳定） 闸门顶部高程：应高于可能最高蓄水位。 四、胸墙 固定式、活动式 作用：减少闸的高度，减轻立门重和降低对启闭机重量的要求。 布置位置：置于门后--闸门紧靠胸墙，且止水效 果好而简单；门前--- 止水结构复 I —I
案例一 年调节水库兴利调节计算 要求：根据已给资料推求兴利库容和正常蓄水位。 资料： (1) 设计代表年(P=75%)径流年内分配、综合用水过程及蒸发损失月分配列于下表1，渗漏损失以相应月库容的1%计。 (2) 水库面积曲线和库容曲线如下表2。 (3) V 死 =300万m 3。 表1 水库来、用水及蒸发资料 (P=75%) 表2 水库特性曲线 解：（1）在不考虑损失时，计算各时段的蓄水量 由上表可知为二次运用，)(646031m V 万=，)(188032m V 万=，)(117933m V 万=， )(351234m V 万=，由逆时序法推出)(42133342m V V V V 万兴=-+=。采用早蓄方案，水库月末蓄水量分别为： 32748m 、34213m 、、34213m 、33409m 、32333m 、32533m 、32704m 、33512m 、31960m 、 3714m 、034213m 经检验弃水量=余水-缺水，符合题意，水库蓄水量=水库月末蓄水量+死V ，见统计表。 （2）在考虑水量损失时，用列表法进行调节计算： 121()2V V V =+，即各时段初、末蓄水量平均值，121 ()2A A A =+，即各时段初、末水面积 平均值。查表2 水库特性曲线，由V 查出A 填写于表格，蒸发损失标准等于表一中的蒸发量。 蒸发损失水量：蒸W =蒸发标准?月平均水面面积÷1000 渗漏损失以相应月库容的1%，渗漏损失水量=月平均蓄水量?渗漏标准 损失水量总和=蒸发损失水量+渗漏损失水量 考虑水库水量损失后的用水量：损用W W M +=
多余水量与不足水量，当M W -来为正和为负时分别填入。 （3）求水库的年调节库容，根据不足水量和多余水量可以看出为两次运用且推算出兴利库容)(44623342m V V V V 万兴=-+=，)(476230044623m V 万总=+=。 （4）求各时段水库蓄水以及弃水，其计算方法与不计损失方法相同。 （5）校核：由于表内数字较多，多次运算容易出错，应检查结果是否正确。水库经过充蓄和泄放，到6月末水库兴利库容应放空，即放到死库容330m 万。V '到最后为300，满足条件。另外还需水量平衡方程 0=---∑∑∑∑弃 损 用 来 W W W W ，进行校核 010854431257914862=---，说明计算无误。 (6)计算正常蓄水位，就是总库容所对应的高程。表2 水库特性曲线，即图1-1,1-2。得到Z ～F ，Z ～V 关系。得到水位865.10m ，即为正常蓄水位。表1-3计入损失的年调节计算表见下页。 图1-2 水库Z-V 关系曲线 图1-1 水库Z-F 关系曲线
[附录一：泄洪冲砂闸及溢流堰的水力计算 1.1设计资料： 根据设计任务书中提供的资料和该枢纽布置段的基本地形资料本工程中的河流属于山溪性河流天然来水量多集中在洪水季节，平时来水量仅占全年来水量的10%；河水中泥沙含量较大尤其是伴随洪水中的泥沙较多；再根据其地形资料来看本工程布置段的地形坡度比较合适，因此在选择泄洪冲砂闸地板高程1852.40m。 根据上述本工程中的泄洪冲砂闸为宽顶堰，堰顶高程1852.40m，过闸水流 流态为堰流。汛期通过闸室的设计洪水流量Q 设=1088m3/s,校核洪水流Q 校 =1368 m3/s。 因为泄洪冲砂闸为宽顶堰所以尺寸拟定用堰流公式： δ- 为淹没系数，取为1.0； m---为流量系数，因为是前面无坎的宽顶堰所以m=0.385； ε--为侧收缩系数，先假定为1.0； H--- 位总水头，初设阶段不考虑行进流速，即假设的堰上水头； b—闸门净宽； 来洪水时洪水将由溢流堰和泄洪冲砂闸两部分共同承担，这样可减去一部分闸孔的净宽并设置溢流侧堰初步拟定溢流堰为折线形实用堰。 初步拟定溢流堰堰顶高程=进水闸设计流量的堰顶水头对应的水位+（0.2—0.3m）=进水闸闸底高程1853.60m +闸前水位1.40m +超高0.2m =1856.4m 采用共同水位法和堰流公式计算两种工作情况下的特征洪水位：先假设一个水位，用堰流公式分别计算过堰流量和过闸流量，二者相加等于实际流 接近计算工作情况下的洪水流量时，该水位就为所求。因为泄洪冲砂闸为宽顶堰 所以尺寸拟定用堰流公式：
δ- 为淹没系数，取为1.0 m---为流量系数，因为是前面无坎的宽顶堰所以m=0.385；计算溢流堰时因为溢流堰为折线形实用堰m=0.3. ε--为侧收缩系数，先假定为1.0； H--- 位总水头，初设阶段不考虑行进流速，即假设的堰上水头。 b—闸门净宽 计算结果如附表1-1，1-2 （a）设计洪水情况下：洪水流量Q=1018 m3/s。 （b）校核洪水情况下：洪水流量Q=1368 m3/s 经过计算泄洪冲砂闸净宽96m，溢流堰长度95m，设计洪水位1855.8m校核洪水位1856.30m。 泄洪冲砂闸净宽为96m，每孔取净宽8m，边墩宽0.8m ,中墩宽1.0m缝墩1m。
水闸过流能力及结构计算计算说明书 审查 校核 计算 ***市水利电力勘测设计院 2011 年 08 月 29日
1、水闸过流能力复核计算 水闸的过流能力计算对于平底闸，当为堰流时，根据《水闸设计规范》（SL265-2001）附录A.0.1规定的水力计算公式： 23 02H g b m Q s εσ= 22 '02?g bh Q h H c c ? ?? ? ??+= 40 01171.01s s b b b b ???? ? ? - -=ε 式中：B 0—— 闸孔总净宽，（m ）； Q ——过闸流量，（m 3/s ）； H 0——计入行进流速水头的堰上水深，（m ）； h s ——由堰顶算起的下游水深，（m ）； g ——重力加速度，采用9.81，（m/s 2）； m ——堰流流量系数，采用0.385； ε——堰流侧收缩系数； b 0——闸孔净宽，（m ）； b s ——上游河道一半水深处的深度，（m ）； b ——箱涵过水断面的宽度，m ； h c 进口断面处的水深，m ； s σ——淹没系数，按自由出流考虑，采用1.0； ?——流速系数，采用0.95； 已知过闸流量Q=5.2（m 3/s ）先假设箱涵过流断面净宽确定箱涵过流断面高度，经试算得： 综上，过流断面尺寸为2.5m ×2.0m （宽×高），设计下泄流量Q 为5.2m 3/s ，过流能力满足要求。
2、结构计算 **堤防洪闸均为钢筋砼箱涵结构，对防洪闸进行抗滑稳定、抗倾覆稳定和墙基应力计算。 （1）抗滑稳定计 1）计算工况及荷载组合 工况一：施工完建期，荷载组合为自重+土压力 工况二：外河设计洪水位，荷载组合为自重+土压力+扬压力+相应的闸前闸后静水压力+风浪压力 2）荷载计算 计算中砼强度等级为C20，钢筋采用Ⅰ、Ⅱ级，保护层厚度梁25mm、板20mm，符号规定：力向下为正，向上为负，力矩逆时针为正，顺时针为负。 闸门重 2.352×9.81=23.07 KN； 闸底板重25×4.0×0.7×4.1=287 KN； 闸墩重25×0.8×4×2*2=320 KN； 平台板，梁25×（0.25×0.45×2+1.05×0.15）×2.5=23.91 KN； 柱25×2.82×0.4×0.4×4=45.12 KN； 启闭力-100 KN； 启闭机重0.56×9.81=5.49 KN； 启闭梁25×（0.3×0.5+0.25×0.4+1.35×0.12）×2×3.5=72.1 KN； 工作桥25×（5.9×0.12+0.2×0.25×3）×2.0=42.9 KN； 25×（6.28×0.13×2×0.13+1.2×0.15×5×0.15）×2=34.73 KN； 启闭房砖墙22×0.864×4.1×4=311.73 KN； ∑自重=23.07+287+320+23.91+45.12-100+5.49+72.1+38.815+340 =1016.98KN； 水重10×2.0×2.0×2.5=100 KN；
分水闸典型设计（哈拉苏9+088桩号处分水闸） (1)工程建设内容及建筑物现状 此次可行性研究设计防渗改建的2条干渠和1条支渠，需要拆除重建的水闸主要有节制闸和分水闸。 库尔勒市博斯腾灌区是一老灌区，田、林、路、渠和居民点等已形成了一套完整的体系，灌排体系也已经较为合理，各干支渠上的节制闸、分水闸布置位置、形式及闸底板高程基本合理。为保证各分水口分水流量、与下游渠道连接顺畅、减小占地等因素，所需改造的分水闸和节制闸仍保持原节制分水闸桩号、分水方向及分水角度不变。 (2)水闸设计 根据节制、分水闸过流、分水流量大小，按宽顶堰流计算孔口尺寸。节制分水闸均采用整体开敞式结构，节制闸与分水闸间采用圆弧形直挡墙连接。节制闸上下游连接段均采用扭面与渠道连接，根据消能计算结果和闸后渠道的实际情况，小流量的节制闸后不设消能设施，但为了确保工程运行安全，在流量较大的闸后按常规在设置0.5m 深消力池。分水闸后采用扭面与渠道连接，扭面及挡土墙为素混凝土结构和浆砌石结构，扭面扩散角小于12°。各节制分水闸闸室均采用C25钢筋混凝土结构，闸室后侧设0.6m宽工作桥，闸门槽及启闭机排架均采用整体式金属结构。经计算，其抗倾覆、抗滑动稳定以及基底应力等，经计算均能满足要求。 闸室基础为砂砾石，但是根据地质评价为冻胀土，因此在闸及上下游渐变段底部均换填30cm厚砂砾石，以减小地基沉降及防止段冬季建筑物基础冻胀变形，侧面亦采用砂砾石回填，减小冬季的侧向冻土压力。 （3）闸孔过流能力计算 根据闸前水深和布置形式，采用宽顶堰流公式进行计算。 Q=σs·m·n·B·（2g）1/2·H03/2 式中Q——渠道的过水流量；
一、初步设计 兴化闸为无坝引水进水闸，该枢纽主要由引水渠、防沙设施和进水闸组成，本次设计主要任务是确定兴化闸的型式、尺寸及枢纽布置方案；并进行水力计算、防渗排水设计、闸室布置与稳定计算、闸室底板结构设计等，绘出枢纽平面布置图及上下游立视图。 二、设计基本资料 1. 概述 兴化闸建在兴化镇以北的兴化渠上，闸址地理位置见图。该闸的主要作用有： 防洪：当兴化河水位较高时，关闸挡水，以防止兴化河水入侵兴化渠下游两岸农田，保护下游的农田和村镇。 灌溉：灌溉期引兴化河水北调，以灌溉兴化渠两岸的农田。 引水冲淤：在枯水季节，引兴化河水北上至下游的大成港，以冲淤保港。 7.0 北 至大成港 9.0 渠 化 11.0 兴 闸管所 兴化闸 兴化 河 兴化镇 闸址位置示意图（单位：m） 2.规划数据 兴化渠为人工渠道，其剖面尺寸如图所示。渠底高程为0.5m，底宽50.0m，两岸边坡均为1:2。该闸的主要设计组合有以下几方面：
11.8 0.5 50.0 兴化渠剖面示意图（单位：m） 2.1孔口设计水位、流量 根据规划要求，在灌溉期由兴化闸自流引兴化河水灌溉，引水流量为300m3/s，此时闸上游 水位为7.83m，闸下游水位为7.78m；在冬季枯水季节由兴化闸自流引水送至下游大成港冲淤保 港，引水流量为100m3/s，此时相应的闸上游水位为7.44m，下游为7.38m。 2.2闸室稳定计算水位组合 （1）设计情况：上游水位10.3m，浪高0.8m，下游水位7.0m。 （2）校核情况：上游水位10.7m，浪高0.5m，下游水位7.0m。 2.3消能防冲设计水位组合 （1）消能防冲的不利水位组合：引水流量为300m3/s，相应的上游水位10.7m，下游水位为 7.78m。 （2）下游水位流量关系 下游水位流量关系见表 3.地质资料 3.1闸基土质分布情况 根据钻探报告，闸基土质分布情况见表 层序高程（m）土质情况标准贯入击数（击） Ⅰ11.75～2.40 重粉质壤土9～13 Ⅱ 2.40～0.7 散粉质壤土8 Ⅲ0.7～-16.7 坚硬粉质粘土 （局部含铁锰结核） 15～21 Q（m3/s）0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 300.0 H下（m）7.0 7.20 7.38 7.54 7.66 7.74 7.78
溢流坝水力计算 一、基本资料: 为了解决某区农田灌溉问题.于某河建造拦河溢流坝一座，用以抬高河中水位，引水灌溉.进行水力计算的有关资料有：设计洪水流量为550m3／s；坝址处河底高程为43。50m；由灌区高程及灌溉要求确定坝顶高程为48。00m;为减小建坝后的壅水对上游的影响，根据坝址处河面宽度采用坝的溢流宽度B＝60m；溢流 坝为无闸墩及闸门的单孔堰，采用上游面铅直的三弧段WES型实用堰剖面，并设有圆弧形翼墙；坝前水位与河道过水断面面积关系曲线，见图15.2；坝下水位与河道流量关系曲线，见图15。3；坝基土壤为中砾石;河道平均底坡; = i河道实测平均糙率04 .0 00127 n. = .0 二、水力计算任务: 1．确定坝前设计洪水位；
2．确定坝身剖面尺寸； 3．绘制坝前水位与流量关系曲线； 4．坝下消能计算； 5．坝基渗流计算; 6．坝上游壅水曲线计算。 三、水力计算 1、确定坝前设计洪水位 坝前设计洪水位决定于坝顶高程及设计水头d H ，已知坝顶高程为4800m ，求出d H 后，即可确定坝前设计洪水位。 溢流坝设计水头d H 可用堰流基本方程(10.4)32 02H g mB Q ?=σε计算．因式中
σε及、0H 均与d H 有关,不能直接解出d H ,故用试算法求解。 设d H ＝2.53m,则坝前水位＝48。00+2。53＝50。53m ． 按坝前水位由图15。2查得河道过水断面面积A 0＝535m 2 ,又知设计洪水流量，则s m Q /5503= m g av H H m g av s m A Q v d 586.2056.053.22056.08 .9203.10.12/03.1525 5502002 000=+=+==??====按设计洪水流量Q ,由图15.3查得相应坝下水位为48。17m ．下游水面超过坝顶的高度 15.0066.0586 .217.017.000.4817.480<===-=H h m h s t 下游坝高 0.274.1586 .250.450.400.4300.4801<===-=H a m a 因不能完全满足实用堰自由出流条件:故及,0.215.00 10≥≤H a H h s 为实用堰淹没出流。 根据0 10H a H h t 及值由图10.17查得实用堰淹没系数999.0=σ。因溢流坝为单孔堰,溢流孔数n ＝1；溢流宽度60==b B m 。按圆弧形翼墙由表10。4查得边墩系数7.0=k ζ.则侧收缩系数 nb H n k 00])1[(2.01??ε+--=994.060 1586.27.02.01=???-= 对于WES 型实用堰，当水头为设计水头时,流量系数502.0==d m m .于是可得溢流坝流量
取水枢纽进水闸设计计算说明书 一工程概况： 某灌区总灌溉面积97.6万亩，灌区分布在河道两岸，两岸灌溉面积大致相等。根据河流的水沙情况及取水要求，经过综合比较，修建由拦河坝，冲沙闸，进水闸组成的冲沙槽式Ⅱ等取水枢纽。 拦河闸横跨河道修建，于主河道正交，闸地质河宽270m，拦河闸底板高程与河床平均高程相同，为31.5m，两岸堤坝高程39.8m，闸上游限制最高洪水位38.8m，冲沙闸布置在拦河闸两侧，地板高程31.5m，进水闸为了满足两岸灌溉要求，采用两岸布置方案。枢纽平面布置如图1所示： 二工程资料： 1.气象：多年平均气温7.5°C 。月平均最搞气温20.3°C ，月平均最低气温-18°C，冻层深度1.0—1.5m，多年平均风速4.1m/s ，汛期最大风速8.4m/s 。 2.水文： 3 3
进水闸以5％的洪水作为停水标准，灌溉临界期相应的河道流量Q=400s m/3，闸址处平均含沙量1.8kg/m3，实测最大含沙量4.74kg/m3。 3.地质情况：渠道附近属于第四 纪沉积岩，厚度较大，两岸滩地 为粉质壤土及粉沙，其下为砾质 中沙，次下为砾质粗沙：沿河一 带地下水埋藏深度随地形变化， 一般在2.5m左右，因土质透水 性强，地下水位变化受河道水位 影响大，丰水期河水补给地下水 位较高，枯水季节，地下水补给 河水。 4.地基土设计指标： 地基允许承载能力 [σ]＝250KN/m2； 地基应力分布允许不均匀系数 η＝2～3； 砼与中砂摩擦系数 f＝0.4； 砼容重γ＝24KN/ m3； 回填土：尽量以透水性良好的砂 质中砂或粗砂回填，回填土壤容 重γ 干＝16KN/ m3；γ 湿 ＝10KN/ m3； γ饱＝20KN/ m3；C=0； 填土与墙后摩擦角δ＝0 5.地震：本地区不考虑地震影响 6.工程材料：石料场距闸址不远，石料抗压指数2500KN/cm左右，容重：γ＝24KN/ m3；采石场用粗细骨料及砂料，距渠首2.5—3.0km。 7.交通：进水闸有交通要求，要求桥面总宽5m 。 三设计资料： 1.渠道设计资料： 渠首底板高程32.10m； 每年最大引水流量Q＝78m3/s； 灌溉期正常挡水位35.00m； 相应下游水位34.80m； 渠道纵坡I＝1：3500； 渠道边坡m＝1.75； 渠道底宽B＝26m； 渠道顶部高程37.5m； 渠道顶部宽度6m； 2. 确定设计流量与水位： 以水闸最大引水流量78m3/s作为设计流量。因所设计进水闸为有坝式引水，根据有坝引水上游水位的确定办法，进水闸的上游水位是有拦河坝（闸）控制的。闸的上游设计水位，即拦河坝（闸）应该壅高的水位。其他时期的水位决定于相应时期内拦河坝（闸）泄流时的坝顶（闸前）溢流水位。所以上游水位是正常挡水位35.00m，相应下游水位34.80m。 3.泄流计算资料：
拦河溢流坝水力计算实例 一、一、资料和任务 为了解决某区农田灌溉问题。于某河建造拦河溢流坝一座，用以抬高河中水位，引水灌溉。进行水力计算的有关资料有： 1．1．设计洪水流量为550米3/秒； 2．2．坝址处河底高程为43.50米； 3．3．由灌区高程及灌溉要求确定坝顶高程为48.00米； 4．4．为减小建坝后的壅水对上游的影响，根据坝址处河面宽度采用坝的溢流宽度B=60米； 5．5．溢流坝为无闸墩及闸门的单孔堰，采用上游面铅直的三圆弧段WES型实用堰剖面，并设有圆弧形 翼墙； 6．6．坝前水位与河道过水断面面积关系曲线，见图1； 7．7．坝下水位与河道流量关系曲线，见图2； 8．8．坝基土壤为中砾石； 9．9．河道平均底坡i=0.00127； 图1 图2 10.河道实测平均糙率n=0.04。 水力计算任务： 1．1．确定坝前设计洪水位； 2．2．确定坝身剖面尺寸； 3．3．绘制坝前水位与流量关系曲线； 4．4．坝下消能计算； 5．5．坝基渗流计算； 6．6．坝上游壅水曲线计算。
二、 二、 确定坝前设计洪水位 坝前设计洪水位决定于坝顶高程及设计水头d H ，已知坝顶高程为48.00米，求出d H 后，即可确定坝前设计洪水位。 溢洪坝设计水头d H 可用堰流基本方程2 /302H g mB Q σε=计算。因式中0H ，ε及σ 均与d H 有关，不能直接解出d H ，故用试算法求解。 设d H =2.53米，则坝前水位=48.00+2.53=50.53米，按坝前水位由图1查得河道过水断面面积A 0=525米2，又知设计洪水流量Q=550米3/秒，则 0v ＝0A Q ＝525550 ＝ 1.03米/秒 g av 220＝8.9203.10.12 ??＝0.056米 0H =d H +g av 220 =2.53+0.056 = 2.586米 按设计洪水流量Q ，图2查得相应坝下水位为48.17米。下游水位超过坝顶的高度 s h =48.17－48.00=0.17米 o s H h =586.217 .0=0.066＜0.15 下游坝高 1P =48.00—43.50=4.50米 o H P 1=586.250 .4=1.74＜2.0 因不能完全满足实用堰自由出流条件: o s H h ≤0.15及o H P 1 ≥2.0,故为实用堰淹没出流。 根据o s H h 及o H P 1 值由《水力计算手册》曲线型实用堰的淹没系数图查得σ=0.999。因溢 流坝为单孔堰，溢流孔数n=1；溢流宽度B=b=60米。按圆弧形翼墙由边墩系数表查得边墩系数ζk =0.7，则侧收缩系数 nb H n k 00] )1[(2.01ζζε+--= =1－0.2×0.7×601586 .2?=0.994 对于WES 型实用堰，当水头为设计水头时，流量系数m =d m =0.502，于是可得溢流坝流量 2 /302H g mB Q σε= =0.999×0.994×0.502×602 /3586.28.92?? =550.6米3 /秒 计算结果与设计洪水流量基本相符，说明假设的d H 值是正确的，故取设计水头d H =2.53
第一节概述 一、概念 水闸是调节水位、控制流量的低水头水工建筑物，主要依靠闸门控制水流，具有挡水和泄（引）水的双重功能，在防洪、治涝、灌溉、供水、航运、发电等方面应用十分广泛。 二、水闸的类型 ⒈按担负的任务（作用）分： 节制闸（拦河闸）：拦河兴建，调节水位，控制流量。 进水闸（渠首闸）：在河、湖、水库的岸边兴建，常位于引水渠道首部，引取水流。 排水闸（排涝闸、泄水闸、退水闸）：在江河沿岸兴建，作用是排水、防止洪水倒灌。 分洪闸：在河道的一侧兴建，分泄洪水、削减洪峰洪、滞洪。 挡潮闸：建于河流入海河口上游地段，防止海潮倒灌。 冲沙闸：静水通航，动水冲沙，减少含沙量，防止淤积。 排冰闸：在堤岸上建闸防止冬季冰凌堵塞。
⒉按闸室结构分 （1）开敞式：闸室露天，又分为有胸墙；无胸墙两种形式 （2）涵洞式：闸室后部有洞身段，洞顶有填土覆盖。（有压、无压） ⒊按操作闸门的动力分 （1）机械操作闸门的水闸 （2）水力操作闸门的水闸 三、水闸等级划分及洪水标准（以平原区水闸枢纽为例） 1、工程等别及建筑物级别 平原区水闸枢纽工程是以水闸为主的水利枢纽工程，一般由水闸、泵站、船闸、水电站等水工建筑物组成，有的还包括涵洞、渡槽等其它泄（引）水建筑物，应根据水闸最大过闸流量及其防护对象的重要性划分等别。 其中水工建筑物的级别应根据其所属枢纽工程的等别、作用和重要性划分。
平原区水闸枢纽工程分等指标表 工程级别ⅠⅡⅢⅣⅤ 规模大（1）型大（2）型中型小（1）型小（2）型最大过闸流量5000500～10001000～100100～20<20 防护对象的重 要性 特别重要重要中等一般 水闸枢纽建筑物级别划分表 工程等别永久性建筑物级别 临时性建筑物级别主要建筑物次要建筑物 Ⅰ134 Ⅱ234 Ⅲ345 Ⅳ455 Ⅴ55 2. 洪水标准 平原区水闸的洪水标准应根据所在河流流域的防洪规划规定的防洪任务，以近期防洪目标为主，并考虑远景发展要求，按下表所列标准综合分析确定。 水闸级别12345 洪水重现期 设计100～5050～3030～2020～1010 校核300～200200～100100～5050～3030～20 四．水闸的组成及各部分的功用
水闸水力计算说明 一、过流能力计算 1.1外海进水 外海进水时，外海水面高程取5.11m ，如意湖内水面高程取1.0m 。中间三孔放空闸，底板高程为-4.0m ，两侧八孔防潮闸底板高程为2.0m ，每孔闸净宽度为10m 。 表2 内海排水时计算参数特性表 外海水位/m 湖内水位/m 5.11 1.0 1.1.1中间三孔放空闸段 a.判定堰流类型 27.511 .948 == H δ 式中δ为堰壁厚度，H 为堰上水头。 2.5＜5.27＜10，为宽顶堰流。 b.堰流及闸孔出流判定 11 .95 = H e =0.549≤0.65，为闸孔出流。 式中，e 为闸门开启高度，H 为堰、闸前水头。 c.自由出流及淹没出流判定 闸孔出流收缩断面水深h c=ε1e=5.0×0.650=3.25m 。 式中，e 为闸门开启高度，为5.0m ； ε 1为垂向收缩系数， 查《水利计算手册》（2006年第二版）中表3-4-1 得0.650。 收缩断面处水流速为 υc=)(20c h H g -?=）（25.311.981.9295.0-???=10.19m/s 。 式中，ψ为闸孔流速系数，查《水利计算手册》（2006年第二版）中表3-4-3，取0.95； H 0为闸前总水头，为9.11m ； hc 为收缩断面水深。
收缩断面水深hc 的共轭水深 hc”=)181(22 -+ c c c gh h ν=)125 .381.919.1081(225.32 -??+=6.83m ； 下游水深ht=5.0m ＜hc”=6.83m ，故为自由出流。 d.过流量计算 根据闸孔自由出流流量计算公式 Q 1=002gH be μ=11.981.92530503.0?????=1008.71m3/s 。 式中，μ0为流量系数，平板闸门流量系数可按经验公式 μ0=0.60-0.176 H e =0.60-0.176×0.549=0.503； b 为闸孔宽度，为3×10=30m 。 1.1.2两侧八孔防潮闸段 a.判定堰流类型 43.1511 .348 == H δ ＞10，过渡为明渠流。 式中δ为堰壁厚度，H 为堰上水头。 b ．过流量计算 因泄洪闸下游与陡坡相连，水利计算可按堰流计算方法进行。 H h t =11 .31-=-0.32＜0.8，为自由泄流； 式中，h t 为堰顶下游水深，H 为堰顶上游水深。 因堰顶设有闸墩，应考虑侧收缩影响，采用宽顶堰流量公式计算泄流量： Q 2=2 3 02H g mnb c σ=2 311.381.92108377.0985.0??????=721.70m3/s 。 式中，m 为流量系数，因进口为斜坡式进口，P/H=7/3.11=2.25，cot θ=30/7=4.286，查《水利计算手册》（2006年第二版）中表3-2-1取m=0.377； b 为每孔闸净宽，为10m ； n 为孔数，为8孔； H 0为堰上水头，为3.11m ； ζc 为侧收缩系数，为有底坎宽顶堰的侧收缩系数，可由别津斯基公式计算