]
水闸设计实例
本工程位于河南省某县城郊处，它是某河流梯级开发中最末一级工程。该河属稳定性河流，河面宽约200m ，深约7~10m 。由于河床下切较深又无适当控制工程，雨季地表径流自由流走，而雨过天晴经常干旱，加之打井提水灌溉，使地下水位愈来愈低，严重影响两岸的农业灌溉和人畜用水。为解决当地40万亩农田的灌溉问题，经上级批准的规划确定，修建挡水枢纽工程。
拦河闸所担负的任务是：正常情况下拦河截水，抬高水位，以利灌溉，洪水时开闸泄水，以保安全。
本工程建成后，可利用河道一次蓄水800万m 3
，调蓄水至两岸沟塘，大量补给地下水，有利于进灌和人畜用水，初步解决40万亩农田的灌溉问题并为工业生产提供足够的水源，同时对渔业、航运业的发展，以及改善环境，美化城乡都是极为有利的。
（一）地质条件
根据钻孔了解闸址地层属河流冲积相，河床部分地层属第四纪蟓更新世Q 3
与第四纪全新世Q 4
的层交错出现，闸址两岸高程均在41m 左右。
闸址处地层向下分布情况如下表1所示。
?
闸址处系平原型河段、两岸地势平坦，地面高程约为40.00m 左右，河床坡降平缓，纵坡约为1/10000
，河床平均标高约30.00m ，主河槽宽度约80-100m ，河滩宽平，呈复式河床横断面，河流比较顺直。
%
（三）土的物理力学性质指标
土的物理力学性质指标主要包括物理性质、允许承载力、渗透系数等，具体数字如表2、3所示。
表3 土的力学性质指标表
~
1、石料
本地区不产石料，需从外地运进，距公路很近，交通方便。 2、粘土
经调查本地区附近有较丰富的粘土材料。 3、闸址处有足够的中细砂。
（五）水文气象
1、气温
本地区年最高气温 C ，最低气温 C ，平均气温 C 。 —
2、风速
最大风速 20=V m/s ，吹程0.6Km 。 3、径流量
非汛期（1～6月及10～12月）9个月份月平均最大流量s 。
汛期（7～9）三个月，月平均最大流量为149m 3
/s ，年平均最大流量 2.26=Q m 3
/s ，最
大年径流总量为亿m 3
。
4、冰冻
闸址处河水无冰冻现象。
（六）批准的规划成果
&
1、根据水利电力部《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》（SD112-78）的规定，本枢纽工程为Ⅲ等工程，其中永久性主要建筑物为3级。
2、灌溉用水季节，拦河闸正常挡水位为38.50m 。
3、洪水标准见表4所示。
1、工期为两年。
2、材料供应情况
水泥由某水泥厂运输260 Km 至某市，再运输80 Km 至工地仓库；其它他材料由市汽车运至工地；电源由电网供电，工地距电源线；地下水位平均为~。
（一）闸址的选择
]
闸址、闸轴线的选择关系到工程的安全可靠、施工难易、操作运用、工程量及投资大小等方面的问题。在选择过程中首先应根据地形、地质、水流、施工管理应用及拆迁情况等方面进行分析研究，权衡利弊，经全面分析比较，合理确定。 本次设计中闸轴线的位置已由规划给出。
（二）闸型确定
本工程主要任务是正常情况下拦河截水，以利灌溉，而当洪水来临时，开闸泄水，以保防洪安全。由于是建于平原河道上的拦河闸，应具有较大的超泄能力，并利于排除漂浮物，因此采用不设胸墙的开敞式水闸。
同时，由于河槽蓄水，闸前淤积对洪水位影响较大，为便于排出淤沙，闸底板高程应尽可能低。因此，采用无底坎平顶板宽顶堰，堰顶高程与河床同高，即闸底板高程为。
（三）拟定闸孔尺寸及闸墩厚度
由于已知上、下游水位，可推算上游水头及下游水深，如表1所示：
…
流量Q （m 3
/s ） 下游水深hs （m ） 上游水深H （m ） 过水断面积（m 2） 行近流速
（m 3
/s ）
g v 22
上游水头H 0
（m ） 设计流量937 ，
9
校核流量1220
（
闸门全开泄洪时，为平底板宽顶堰堰流，根据公式1判别是否为淹没出流。
;
计算情况 下游水深 hs （m ） 上游水头H 0
（m ） 08.0H h s ≥ 流态
设计水位 9 -
357.79≥ 淹没出流 校核水位
325.820.10≥
淹没出流
[
按照闸门总净宽计算公式(2)，根据设计洪水和校核洪水两种情况分别计算如下表。其
中 ε为堰流侧收缩系数，取； m 为堰流流量系数，取。
流量Q （m 3
/s ）
下游水深hs （m ） 上游水头 H 0（m ）
— 0
H h s
淹没系数 σ
0B （m ）
设计流量937 9 ~
校核流量1220
根据《闸门设计规范》中闸孔尺寸和水头系列标准，选定单孔净宽 m ，同时为了保证闸门对称开启，防止不良水流形态，选用7孔，闸孔总宽度为：
·
L ＝nb 0+(n －1)d= ()()2.146.1287⨯+⨯+⨯=64m
由于闸基为软基河床，选用整体式底板，缝设在闸墩上，中墩厚，缝墩厚，边墩厚1m 。如图1所示。
—
图1 闸孔尺寸布置图 (单位：m)
（四）校核泄洪能力
）
根据孔口与闸墩的尺寸可计算侧收缩系数，查《水闸设计规范》（规范表2-2），结果如下：
对于中孔 870
.02.1880=+=s b b 得 976.01=中ε；
靠缝墩孔 833
.06.188
0=+=s b b 得 973.02
=中ε；
对于边孔 163
.005.4188
0=+=s b b 得 909.03
=中ε； 所以
956
.0241909
.02973.04976.013
213
32211=++⨯+⨯+⨯=
++++=
n n n n n n 中中中εεεε
与假定接近，根据选定的孔口尺寸与上下游水位，进一步换算流量如下表所示：
所以不再进行孔口尺寸的调整。
（一）消能防冲设计的控制情况
由于本闸位于平原地区，河床的抗冲刷能力较低，所以采用底流式消能。
|
设计水位或校核水位时闸门全开渲泄洪水，为淹没出流无需消能。闸前为正常高水位，部分闸门局部开启，只宣泄较小流量时，下流水位不高，闸下射流速度较大，才会出现严重的冲刷河床现象，需设置相应的消能设施。为了保证无论何种开启高度的情况下均能发生淹没式水跃消能，所以采用闸前水深H =，闸门局部开启情况，作为消能防冲设计的控制情况。
为了降低工程造价，确保水闸安全运行，可以规定闸门的操作规程，本次设计按1、3、5、7孔对称方式开启，分别对不同开启孔数和开启度进行组合计算，找出消力池池深和池长的控制条件。
按公式（7）、（8）、（9）、（11）计算结果列入表1。
