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过闸水流的特点

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水闸的消能和防冲处理的工程措施

水闸的消能和防冲处理的工程措施

（2）折冲水流的防止措施
①总体布置时，尽量使上游渠道有一段较长的 顺直段，确保来水顺均匀。
②控制下游翼墙的扩散角，扩散角宜7~12，使 水流均匀扩散。 ③制订合理的闸的开启程序，注意均匀齐步，间 隔对称等开启原则，力避开启、关闭时大起大落 和多孔闸部分闸孔泄流的运用方式。
5、海漫
(1)布置 水平海漫：下游河床局部冲刷大。适用于下游河床 抗冲能力较强的情况 倾斜海漫：倾斜段坡度以1：6~1：10为宜
可采用抗冲耐磨的斜坡护坦与下游河道连接，末端应设防 冲墙。
2、消能防冲设计的水力条件选择
三、水闸的消能防冲设计
1、底流消能消力池型式
• 下挖式：当闸下尾水深度小于跃后水深 • 突槛式：闸下尾水深度略小于跃后水深的消力池消能 • 综合式：当闸下尾水深度远小于跃后水深，且计算消力池
深度又较深时
（a）下挖式；（b）突槛式；（c）综合式
(3)消力池的底板计算
消力池底板厚度可根据抗冲和抗浮要求，并取其最大值。
抗冲要求 抗浮要求
t k1 q H
t
k2
U
W
b
Pm
3、辅助消能工
①水流受辅助消能的阻挡，抬高了原来小于跃后 水深尾槛前水深。 ②辅助消能的作用改变了原来水流的流速分布， 增加了对水跃阻力，降低了对跃后水深的要求。
（1）尾槛
2、消力池尺寸计算 (1)消力池的深度计算
d 0hc hs Z
hc
hc 2
1
8q 2
ghc3
1
b1 b2
0.25
Z q2 q2 2g 2hs2 2ghc2
hc3
T 0hc2
q2 2g 2
0
消力池的深度计算示意图

水工建筑物 知识点汇总

水工建筑物 知识点汇总

水利水电工程建筑物授课教案章节名称第四章水闸教学日期第二学期授课教师姓名职称授课时数 22本章的教学目的与要求掌握水闸的类型、工作特点、组成及各组成部分的作用；掌握水闸孔口设计的影响因素分析和计算方法；掌握消能防冲设计中水闸下游不利水流流态及相应的防止措施；掌握防渗排水设计中水闸地下轮廓线长度拟定、布置、渗流计算方法和防渗排水措施；水闸的布置与构造；在闸室稳定应力分析中，重点从荷载计算、稳定应力分析方法等方面比较与重力坝的异同。

了解水闸布置与构造、闸室结构计算内容及方法等方面的内容。

授课主要内容及学时分配掌握水闸的类型、工作特点、组成及各组成部分的作用（2学时）；掌握水闸孔口设计的影响因素分析和计算方法（4学时）；掌握消能防冲设计中水闸下游不利水流流态及相应的防止措施（4学时）；掌握防渗排水设计中水闸地下轮廓线长度拟定、布置、渗流计算方法和防渗排水措施（6学时）；水闸的布置与构造（2学时）；在闸室稳定应力分析中，重点从荷载计算、稳定应力分析方法等方面比较与重力坝的异同（2学时）。

了解水闸布置与构造、闸室结构计算内容及方法等方面的内容（2学时）。

重点和难点水闸的类型、工作特点、组成及各组成部分的作用，水闸孔口设计的水闸孔口设计，如何不知谁炸的消能防冲设计，水闸的渗流计算，水闸的整体布置。

思考题和作业1．水闸按其承担的任务和结构形式分为哪些类型？水闸的工作特点如何？2．水闸的组成部分及各组成部分的作用是什么？3．水闸孔口设计的影响因素有哪些？如何确定？4．水闸下游不利水流流态及相应的防止措施是什么？5．何谓水闸地下轮廓线？其长度如何拟定？布置方式有哪些？6．试述用“改进阻力系数法”计算闸底板下渗压力和渗透坡降的方法步骤。

7．试述水闸荷载计算和稳定应力分析方法与重力坝有何异同？8．试述闸门、启闭机的分类与选型方法如何?9．水闸两岸连接建筑物的型式有哪些? 如何选用？10．闸室结构计算的内容有哪些? 试述有限深的“弹性地基梁法”的计算步骤？第四章水闸§4～1 水闸的类型和工作特点一、类型（一）概念：水闸是一种利用闸门的启闭来调节水位，控制流量的低水头水工建筑物。

水闸的消能防冲

水闸的消能防冲
值。(一般为0.5～1.0 m)
u排水孔布置：★ 孔径5～25cm，间距1.5～3.0 m，呈梅花形布
置；底部设置反滤层。
消能防冲设施
（二）海漫
紧接消力池，进一步消除余能，调整流速分 布使其达到河道天然流速分布状态。
u要求：抗冲、表面粗糙、透水、有一定柔性； u材料：浆砌石、干砌石； u厚度： u长度：按南科院经验公式计算。
u
l
为水跃长度，规范中推荐采用欧勒佛托斯基公
n
式计算：
l n=6.9(hc² -hc)
3.辅助消能工
作用：加大水流阻力；加强水流紊动和撞击； 稳定水跃；利于扩散水流。
类型：消力墩、消力齿、散流墩等。
消能防冲设施
消能防冲设施
4.护坦构造 （消力池底板）
u材料：混凝土、钢筋混凝土 u厚度：根据抗冲和抗浮要求分别计算，取其最大
不同类型的水闸，其泄流特点各不相同，因此 消能设计的控制性水力条件也不尽相同，并不一定 是Qmax的情况。应选取可能的q、△H的不利组合。
消能防冲设施
四、闸门的运用管理
n 各闸门同步均匀提升，而且必须等下游水位升高后 再逐步开启。严禁单独完全开启一孔或少数几孔。
n 如受具体条件限制而不能同步开启时，则应分段开 启，每次开启0.5～1.0 m，依此对称而间隔地增加 每个闸门的开启度。
底流消能 主要结构是消力池，在池中利用水跃进
行消能。消力池后紧接海漫，在海漫上继续消除水流剩 余动能，使水流扩散并调整流速分布，以减小底部流速， 从而保护河床免受冲刷。
消能防冲设施
消力池
海漫
消能防冲设施
（一）消力池
1.消力池的设置条件
u 当 hs¢ £hc¢¢ 时，产生远趋式水跃或临界水跃，

第六章 水闸

第六章 水闸

1.流体力学方法（了解）
������2 ℎ ������������ 2 ������2 ℎ + 2 ������������
= 0（拉普拉斯方程）
渗透坡降 ������ =
������ ������
（2）莱茵法 莱茵于1934年根据更多的实际工程资料认为：沿闸基渗流轮廓线单位长 度消耗的水头并不相同，单位水平渗流消耗的水头只为单位铅直渗流的 1 3 。 如全部折算为铅直渗流，则折算后渗流长度 ������′ 为：
������′ = ������1 + ������2 3
������
∵ ������′ ≥ ������ ′ ������
∴
������ 3
+ 18 ≥ 4.0 × 10 − 3 = 28
������ ≥ 30 m 答：铺盖的长度至少为30米。
10.00
3.00 0.00
−1.00 −2.00
������ ������ 3
15
������
排水起点
四、地下轮廓线的布置
������ ������
→ 加大������ → 加铺盖 + 板桩 + 排水设备后移 】
3. 粉砂地基【地震时易流动 → 打封闭板桩】 4. 有承压水的地基【排水】
渗透压力图解（延长铺盖）
延长前
延长后
闸底板渗透压力减小，渗径延长
渗透压力图解（排水设备前移）
移动前
移动后
闸底板渗透压力减小，渗径缩短
④挡潮闸
作用：①阻止海潮沿河流上溯，免使土地盐碱化； ②汛期受潮水顶托，易造成内滞（可抽排）。 启闭运用条件：涨潮时（关闸挡水）、退潮时（开闸泄水）。 特点：受双向水头作用。

水库闸门不同开度下过闸水流水力特性研究

水库闸门不同开度下过闸水流水力特性研究

水库闸门不同开度下过闸水流水力特性研究
杨健
【期刊名称】《水利科学与寒区工程》
【年(卷),期】2024(7)3
【摘要】为研究伯斯阿木水库工程导流兼深孔泄洪洞工作闸门过闸水流水力特性,考虑闸门开度与过闸流量因素,借助水工模型试验方法,分析了过闸水流的水位、流速以及压强特征。

试验结果表明,开度会影响闸前上游水位的稳定性,而过闸流量只会影响水位值。

过闸流量对过闸水体流速影响效应高于开度因素。

开度增大,面板时均压强降低,而过闸流量对之影响相反。

开度、过闸流量会改变面板零压强分布区,影响面板渗流安全。

论文可为挡水闸门的运营调度以及过闸水流稳定分析提供参考。

【总页数】4页(P36-39)
【作者】杨健
【作者单位】新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司
【正文语种】中文
【中图分类】TV131.3
【相关文献】
1.平板闸门小开度闸后水流特性数值模拟
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水闸的消能防冲设计

水闸的消能防冲设计
，进一步保护水闸闸室的安全。
消力池的结构形式
（1）挖深式，如图(a)； （2）消力坎式，如图(b)； （3）综合式，如图(c)。
（二）消力池池身池长的确定
消力池的结构型式和尺寸（长、深）应充分满足底流水跃消能的要 求（产生一定淹没的水跃）。
1．水跃共轭条件
（1）跃后共轭水深h”与跃前收缩断面 水深hc之间的关系
Z

q 2 2g 2t 2

q 2 2gh
（5-16）
►4．消力池的长度
消力池总长度包括斜坡段和护坦水平段。
Lsj=Ls+Lj
式中 Ls—斜坡段水平投影长度； Lj——自由水跃长度，Lj =6.9(h-h)；
—水跃长度校正系数，=0.7～0.8。
（三）构造要求
1．护坦的作用 护坦位于消力池底部，是消力池的底
在闸室下游一定长度的河岸边坡要进行保护。
护坡形式有：浆砌石、干砌石、混凝土板。
护坡坡脚与海漫、防冲槽的连接处要有可靠连接，如设 置防淘墙等。
水闸上游的水流流速往往较大，也应该进行护底和 护坡。
作业
P248 思考题第8题
（六）波状水跃、折冲水流的防止措施
在消力池中，可以加设辅助消能工，其作用是 促成水跃，提高消能效果，减小消力池的长度和深 度，降低尾坎高度。
最用的辅助消能工有：尾坎、趾墩、消力墩、 消力梁等。
1—趾墩 2—消力墩 3—尾坎
下游翼墙的作用是保护闸下两岸不受冲刷，并帮助 水流均匀扩散。
翼墙的长度一般不小于海漫的长度。在消力池范围内， 翼墙（或导墙）最好做成铅直的，在池后缓流区再用扭 曲面或其他方式与下游坡连接。
（二）设计条件
上游：最高水位 下游：相应最低水位

04.第四章-水闸

种型式。 （2）涵洞式水闸。
水闸修建在河、渠堤之下时，便成为涵洞式水闸。根 据水力条件的不同，可分为有压式和无压式两类。
（三）按过闸流量大小分类
大（1）型水闸。过闸流量大于5000m³/s。 大（2）型水闸。过闸流量1000~5000m³/s。 中型水闸。过闸流量为1000~100m³/s。 小（1）型水闸。过闸流量为20~100m³/s。 小（2）型水闸。过闸流量小于20m³/s。
建闸后，为便于行人或车马通行，通常也在 闸墩上设置交通桥。交通桥的位置应根据闸室稳 定及两岸交通连接的需要而定，一般布置在闸墩 的下游侧。
四、分缝与止水
（一）分缝方式与布置
除闸室本身分缝以外，凡是相邻结构荷重相 差悬殊或结构较长、面积较大的地方也要设缝分 开。
（二）止水设备
凡是具有防渗要求的缝中都应设置止水设备。 对止水设备的要求是：①应防渗可靠；②应能适 应混凝土收缩及地基不均匀沉降的变形；③应结 构简单，施工方便。
（2）节制闸。在河道上或渠道上建造，枯水期用以抬高水位满足上游 取水或航运的需要；洪水期控制下泄流量，保证下游河道安全。
（3）冲沙闸。主要建在多泥沙河道上，用于排除进水闸、节制闸前或 渠道淤积的泥沙，减少引水水流的含沙量。
（4）分洪闸。建于天然河道的一侧。用来将超过下游河道安全泄量的 洪水泄入湖泊、洼地等滞洪区，以削减洪峰保证下游河道安全。
四、水闸的等级划分和洪水标准
见书中表格。
第二节 水闸的孔口尺寸确定
一、底板型式选择
闸底板型式有宽顶堰和低实用堰两种。 （1）平底板宽顶堰具有结构简单、施工方便、有利于排 沙冲淤、泄流能力比较稳定等优点；其缺点是自由泄流时 流量系数小，闸后比较容易产生波状水跃。 （2）低实用堰有WES低堰、梯形堰和驼峰堰等型式，其 优点是自由泄流时流量系数较大，可缩短闸孔宽度和减小 闸门高度，并能拦截泥沙入渠；缺点是泄流能力受下游水 位变化的影响显著，当淹没度增加时，泄流能力急剧下降。

小型水闸—设计水闸消能防冲


（3）进口水流流态不对称时，主流方向常常左右摆动，形成折冲水流， 应采取相应措施消耗能量，防止淘刷下游河床。
对于平原地区的河渠往往宽而浅，河宽常大于闸宽，水流 过闸时先收缩，出闸后再扩散，如果工程布置或运行操作不当， 就容易使主流集中；同时水流保持急流流态，不易向两侧扩散， 致使两侧产生回流，缩小了河槽的有效过流宽度，使局部单宽 流量增大，加剧水流对下游河道的冲刷。
水闸消能防冲基本原理
目 录
1 过闸水流特点 2 水闸消能防冲设施 3 小结
01
过闸水流特点
与高水头泄水建筑物相比，经水闸下泄的水流具有以下一些特点： （1）在各种不同泄流量和下游水位情况下，很难保证都能发生完全水跃， 因此水流具有未消耗能量，即闸下水流具有剩余能量； （2）当水闸的上下游水位差较小时，水流的弗劳德数较小，容易形成波 状水跃，消能效果差，具有较大的冲刷能力；
缓坡段 位 置：水平段后 长 度：由计算确定，占整个长2/3 坡 度：做成不陡于1：10的斜坡 材 料：干砌石
02
海漫的结构型式
海漫结构型式 干砌石海漫；浆砌石海漫；混凝土板海漫；钢筋混凝 土板海漫；其它海漫。
①干砌石海漫 通常由粒径大于30cm的块石砌筑而成，厚度为 0.4~0.6m，常布置在海漫后段。在砌石下面一般铺设碎石、粗砂垫层。
防冲槽是在海漫末端开挖的梯形槽中抛填块石而成，其作用是当 海漫末端发生河床冲刷形成冲坑时，防冲槽内的抛石将随冲坑的发 展沿斜坡陆续滚下，盖护在冲刷坑的上游坡上从而阻止冲刷进一步 向上游发展，以确保海漫的安全。
消力池
水平段 浆砌石
缓坡段 干砌石
海漫
抛石 防冲槽
防冲槽的尺寸应根据海漫末端河床可能的冲刷深度确定，可按 下式计算

水闸的工作特点

水闸的工作特点
水闸既能挡水，又能泄水，且多修建在软土地基上，因而它在稳定、防渗、消能防冲及沉降等方面都有其自身的特点。

１．稳定方面
关门挡水时，水闸上、下游较大的水头差造成较大的水平推力，使水闸有可能沿基面产生向下游的滑动，为此，水闸必须具有足够的重力，以维持自身的稳定。

２．防渗方面
由于上下游水位差的作用，水将通过地基和两岸向下游渗流。

渗流会引起水量损失，同时地基土在渗流作用下，容易产生渗透变形。

严重时闸基和两岸的土壤会被淘空，危及水闸安全。

渗流对闸室和两岸联接建筑物的稳定不利。

因此，应妥善进行防渗设计。

３．消能防冲方面
水闸开闸泄水时，在上、下游水位差的作用下，过闸水流往往具有较大的动能，流态也较复杂，而土质河床的抗冲能力较低，可能引起冲刷。

此外，水闸下游常出现波状水跃[下图-1]和折冲水流[图2]，会进一步加剧对河床和两岸的淘刷。

因此，设计水闸除应保证闸室具有足够的过水能力外，还必须采取有效的消能防冲措施，以防止河道产生有害的冲刷。

４．沉降方面
土基上建闸，由于土基的压缩性大，抗剪强度低，在闸室的重力和外部荷载作用下，可能产生较大的沉降，影响正常使用，尤其是不均匀沉降会导致水闸倾斜，甚至断裂。

在水闸设计时，必须合理地选择闸型、构造，安排好施工程序，采取必要的地基处理等措施，以减少过大的地基沉降和不均匀沉降。

-1-
图1波状水跃示意图图2 闸下折冲水流
标签：水闸的工作特点稳定方面防渗方面消能防冲方面沉降方面
-2-。

水闸


6.4 水闸的消能、防冲设计
❖类型 ①干砌石海漫：常用于海漫后段(Fig6-18) ②浆砌石海漫：常用于海漫前段 ③混凝土板海漫：板中设排水孔，下设反滤或垫层 ④钢筋砼板海漫：流速较大时采用
⑤其它形式海漫：铅丝笼海漫(Fig6-19)
3 海漫的长度
❖影响因素：单宽流量、水位差、地质条件、尾水深度、海 漫粗糙度……
6.3 水闸的防渗、排水设计
三、防渗及排水设施
❖ 防渗设施 铺盖 板桩 齿墙
❖排水设施
铺设在护坦、浆砌石海漫及闸底板下面的起导渗作 用的砂砾石层
6.3 水闸的防渗、排水设计
（一）铺盖
❖ 目的：延长渗径 ❖ 要求：相对不透水以防渗，具柔性以适应地基变形 ❖ 材料：粘土、粘壤土、沥青混凝土，有时可用钢筋
横轴旋滚进一步消能
6.4 水闸的消能、防冲设计
（二）消力池的深度、长度、底板厚度的确定
❖深度：试算，选取最不利的流量对应的深度；要求水跃起点
位于消力池前端或斜坡坡脚
❖消力池长度
Lsj Lj
Ls L
6.9h
j
hc
ห้องสมุดไป่ตู้
0.7
~
0.8
❖消力池底板厚度：由抗冲、抗浮要求确定
6.4 水闸的消能、防冲设计
6.5 闸室的布置与构造
五、交通桥、工作桥、检修便桥 1 交通桥
❖设在水闸下游一侧 ❖板式结构：跨度<3～6m常用 ❖T型梁结构：跨度=6～20m常用 ❖预应力钢筋砼结构：跨度>20m常用 ❖多用单跨简支
2 工作桥
❖板式结构：小型水闸常用 ❖装配式梁板结构：大中型水闸常用 ❖采用固定式启闭机和活动式启闭机的工作桥高度不同
❖ 上游连接段
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过闸水流的特点
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诚
专业带头人 副 教 授
监理工程师 造价工程师
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1.水流形式复杂 初始泄流时→闸下水流流量小，水深浅，过闸水流为孔流，闸后水流
一般为自由出流； 开度增大→闸下出流由孔流过度到堰流，自由出流过度到淹没出流。 孔流时闸门会产生严重振动 he/H<0.1，门体振动最为强烈, 应避免停留在这个位置 he/H<0.15，门前出现强度不大的凹陷漩涡 he/H≈0.2，形成脉动的吸气漏斗 he/H≈0.3，开始形成串通吸气、垂直漩涡，应避免闸门停留在这个位置 he/H≈0.4～0.5，门前形成激烈的主轴漩涡和吸气漏斗
谢谢各位！
主持单位:
黄河水利职业技术学院 福建水利电力职业技术学院 湖南水利水电职业技术学院
参建单位:
杨凌职业技术学院 四川水利职业技术学院 山西水利职业技术学院 长江工程职业技术学院 重庆水利电力职业技术学院
宽顶堰 实用堰
堰流 堰流
e/H=0.65 e/H=0.75
孔流 孔流
hc hs 自由出流
hc hs
淹没孔流
2.闸下波状水跃
原因 条件 特点
措施
水闸上、下游水位差小
当出闸水流的佛汝德数Fr=1~1.7 水跃无明显旋滚，呈一系列逐渐消失的波浪形态的水流，消 能效果差。主流集中，产生侧向回流，单宽流量增加，对下 游产生严重冲刷。
延长闸底板，设在底板末端设置小槛
动画
动画
3. 闸下折冲水流 折冲水流 出闸水流不能均匀扩散，主流集中，蜿蜒蛇行，左冲右撞， 形成折冲水流 原 因 工程布置不当，操作运行不当
动画
防止折冲水流措施
设置直线段： 尽量使上游引河具有较长的直线段； 翼墙对称布置： 出闸水流与原河床主流的位置和方向一致； 合理扩散：下游翼墙扩散角，角度采用7°~12°； 合适的翼墙形式： 采用扭曲面、八字墙、不宜用弧形翼墙； 合理的开启程序： 隔孔开启， 或先开中间孔，闭门与之相反。