水闸常规水力计算程序

1 专题9. 闸孔出流过流能力计算

实际工程的水闸，闸底坎一般为宽顶堰和曲线型实用堰，闸门类型主要有平板闸门和弧形闸门。

闸孔出流的形式有自由出流和淹没出流两种。如下图所示

图9-1 ''cthh 闸孔自由出流 9-2 ''cthh 闸孔自由出流

9-3 ''cthh 闸孔淹没出流

判别标准分别为：当''cthh时，下游发生远离式水跃或临界式水跃，此时闸孔出流为自由出流；当''cthh时，下游发生淹没式水跃，此时的闸孔出流为淹没出流。其中，''ch为收缩断面水深ch的共轭水深，th为下游水深。

1.自由出流

对于自由出流，其计算公式如下

02QbegH （9-1）

式中：Q为过堰流量，m3/s；为闸孔出流的流量系数；b为闸孔净宽，m；e为闸门开度，m； 0H为闸前总水头，m。

对于平板闸门，流量系数可用下式计算 2 0.600.176eH （9-2）

应用范围： 0.10.65eH。

对于弧形闸门，流量系数可用下式计算

(0.970.81)(0.560.81)180180eH （9-3）

为闸门下缘切线与水平线的夹角，适用于： 002590， 0.10.65eH。

2.淹没出流

由上面分析可以看出，闸孔淹没出流的条件为tchh。当闸孔为淹没出流时，泄流能力比同样条件下的自由出流小，在实际计算时，是将平底闸孔自由出流的式（9—1）右端乘上一个淹没系数s，即：

02sQbegH （9—4）

式中 ：s—淹没系数，可由eH及zH可查图9.4得到，z为闸上、下游水位差。

图9-4闸孔出流的淹没系数

3 【工程任务】

矩形渠道中修建一水闸，闸底板与渠底齐平，闸孔宽b等于渠道宽度b为3m，闸门为平板门。今已知闸前水深H为5m，闸孔开度e为1m。求下游水深th为3.5米时通过闸孔的流量。

厦门市内官水闸初步设计与交通桥结构设计

1 目 录

第1章 枢纽布置与闸址选择 ............................................................................................................................ 1

第2章 水力计算 ................................................................................................................................................ 2

2.1闸孔及堰型设计 .................................................................................................................................... 2

2.1.1 闸室结构选型 ............................................................................................................................ 2

2.1.2 堰型选择及堰顶高程的确定 .................................................................................................... 2

2.1.3 闸孔净宽试算 ............................................................................................................................ 2

适用条件：1.2D

1.基本资料：

设计流量Q(m3/s)46

涵洞净高D(m)3.5

涵洞长度L(m)30

涵洞纵坡i0.002进口断面水深H(m)4.7

进口断面行近流速V(m/s）0.7

出口断面水深h(m)2.8

动能修正系数α1.05

进口型式八字墙扭曲面翼墙

流量系数m10.67

修正系数β10.74

2.涵洞宽度计算

包括行近流速水头在内的进口水深H0=H+a*v^2/(2g)4.73

B=Q/(m1*D*(2g(H0+i*L-β1*D))^0.5)2.99

二、消力池计算

1.基本资料

消力池进口宽度B1(m)2.6

消力池出口宽度B2(m)2.6

出口洞底至下游渠底的跌差P(m)1半压力流涵洞计算下游渠道水深hs(m)2.5

斜坡段坡度1:m3

动能修正系数α1.05

流速系数φ0.95

水跃淹没系数σ01.05

水跃长度校正系数β0.75

消力池进口单宽流量q1=Q/B117.692

消力池出口单宽流量q2=Q/B217.692

出口断面流速V=Q/(B*0.85*D)5.947

2.消力池计算：

1）判别是否需要修建消力池

T0=0.85D+a.V^2/(2*9.81)+P5.868

假定收缩水深hc1(m)2.193

hc^3-T0.hc^2+a.q1^2/(2g.φ^2)=00.000

hc2=hc1/2*((1+8a.q^2/(g.hc1^3))^0.5-1)4.408

临界水深:hk=(a.q^2/g)^(1/3)3.172

下游水深小于临界水深，hs按临界水深计算3.172

hc2>hs需设消力池

2）计算消力池池深d(m)

假定消力池池深d=0.88

上游断面比能为：E=T0+d6.748

假定收缩水深hc1(m)1.912

hc1^3-T0.hc1^2+a.q1^2/(2g.φ^2)=00.00hc2=hc1/2*((1+8a.q1^2/(g.hc1^3))^0.5-1)（B1/B2)^0.254.900△Z=a.q2^2/(2g.φ^2.hs^2)-a.q2^2/(2g.hc2^2)1.093

水闸水力计算实例

一、资料和任务

某平底水闸担负汛期某河部分排洪的任务。汛期当邻闸泄洪流量达5000米3/秒时，本闸开始泄洪。

根据工程规划，进行水力计算的有关资料有：

1． 1． 水闸宽度设计标准。

（1）设计洪水流量为1680米3/秒，相应的上游水位为7.18米，下游水位为6.98米；

（2）校核洪水流量为1828米3/秒，相应的上游水位为7.58米，下游水位为7.28米。

2.消能设计标准

因水闸通过设计洪水流量时，上下游水位差很小，过闸水流呈淹没出流状态，故不以设计洪水流量作为消能设计标准。现考虑汛期邻闸泄洪流量为5000米/3秒时，本闸开始泄洪，此时上下游水位差最大，可作为消能设计标准，其相应的上游水位为5.50米，下游水位为2.50米，并规定闸门第一次开启高度e=1.2米。

3.闸身稳定计算标准（考虑闸门关闭，上下游水位差最大的情况）。

（1）设计情况：上游水位为6.50米，下游水位为-1.20米；

（2）校核情况：上游水位为7.00米，下游水位为-1.20米。

4.水闸底板采用倒拱形式，底板前段闸坎用浆砌块石填平。为了与河底高程相适应，闸坎高程定为-1.00米，倒拱底板高程为-1.50米。

5.闸门、闸墩及翼墙型式：闸门为平面闸门，分上下两扇。闸墩墩头为尖圆形，墩厚d。=1米。翼墙为圆弧形，圆弧半径r=12米。

6.闸址处河道断面近似为矩形，河宽0B=160米。

7.闸基土壤为中等密实粘土。

8.水闸纵剖面图及各部分尺寸见图1。

水力计算任务：

1.确定水闸溢流宽度及闸孔数；

2.闸下消能计算；

3.闸基渗流计算。

图1

二、确定水闸溢流宽度及闸孔数

平底水闸属无坎宽顶堰。先判别堰的出流情况。

已知设计洪水流量Q=1680米3/秒，相应的上游水位为7.18米。闸坎高程为-1.00米，则宽顶堰堰上水头

H = 7.18 –( -1.00) =8.18米