节制闸初步设计说明

景观节制闸初步设计

1基本资料

1.1工程概况

为继续加快城市化进程，完善城市建设，拟建水闸工程作为近年城建重点工程，目的就是抬高流域河流的蓄水位，扩大市区水面，形成水上旅游风光带，利用水上旅游线路，将流域河流两岸文字博物馆、袁林、洹园、殷墟博物苑等景点联系在一起，把流域河流沿岸打造成为具有鲜明地方文化特色、开放性的历史文化景观带，推进市旅游发展步伐。

因此，拟建水闸工程为一座景观节制闸。主要任务是通过建设拦蓄工程抬升河道蓄水位，满足流域河道水上旅游要求。

1.2水文气象

工程所在流域属温带大陆性气候区，冬季受蒙古、西伯利亚高气压控制，天气寒冷干燥且多风沙，夏季由于冷暖气团交接而多暴雨。多年平均最高气温32.2℃（6月）。全年无霜期200天，日照累计时数2388小时，日照率53%。冬春多北风，夏秋多南风，最大风速22m/s，汛期多年平均最大风速9.9m/s。多年平均水面蒸发量约2000mm，陆面蒸发量520mm，年际变化不大。多年平均降雨量600mm，年分布极不均匀，汛期6～9月降雨量占全年的70%～80%，年际变化大，年最大与年最小相差2～4倍。

按设计洪水计算，流域河道50年一遇洪水洪峰流量为2300m3/s，100年一遇洪水洪峰流量为4000m3/s。

流域泥沙大部分在汛期产生，水闸汛期敞泄，泥沙随洪水下泄到下游，非汛期闭门蓄水，蓄水水量大部分为水库弃水，含沙量小。流域闸址处淤积很小，可忽略不计。

1.3区域地质

闸址位于洹河桩号34+720处，该区地处流域冲积平原，地势较为平坦开阔。地面高程一般为69.92m～73.07m。场地地貌单元属冲积平原地貌。本场地无全新活动断裂，属稳定场地。

在勘探深度围，地层由第四系全新统（Q4al）、上更新统（Q3al）冲积物组成。根据不同时代、成因类型和工程地质性能，将地层划分为九个工程地质单元，见表1-1和表1-2。

表1-1各单元地基土情况及压缩系数和压缩模量建议值

表1-2 各层土的承载力特征值及抗剪强度建议值表

工程所在区域为区域构造稳定性较好地区，根据国家质量技术监督局2001年发布的《中国地震参数区划图》及《建筑物抗震设计规》（GB50011-2001），该地区地震基本烈度为6度，地震动参数为0.20g，建筑物按6度设防，地震动反映谱特征周期0.35s。

勘探期间，在30.0m的勘探深度围，各钻孔均见地下水，地下水位埋深在5.0m～11.2m之间，水位高程在61.80m～62.00m之间。地下水类型属潜水，主要由河水下渗、侧渗补给，地下水变化幅度为1m～4m，多年动态变化主要受大气降水控制。

1.4地质评价

（1）拟建水闸场地地层左右岸差异大，地基土不均匀，总体上来说无明显的不良工程地质现象，适宜于本工程的建筑。

（2）根据当地气象局资料，本场地土的标准冻结深度为0.4m。

（3）本场地地震动峰值加速度为0.20g，对应的地震基本烈度为6度，地震动反映谱特征周期0.35s。综合构造物地表以下20.0m深度围的土层，本场地可综合评定为Ⅱ类场地土。

（4）闸底板高程61.84m，基础位于（2）～（5）单元地基土中，地基承载力特征值80～120kpa。根据拟建构筑物及该场地地层岩性结构情况，拟采用复合地基进行加固处理。

（5）地质报告中提出第（2）、（3）单元土不存在地震液化问题。

1.5工程规模

根据当地防洪标准，节制闸按50年一遇洪水流量设计，流量为2300m3/s，闸址断面相应水位为70.90m。超50年一遇洪水走分洪道，不再按100年一遇洪水流量校核。水闸设计蓄水位69.74m，蓄水高度7.9m。水闸为大（2）型工程，工程等别为Ⅱ等，主要建筑物级别为2级。闸室上部设工作桥一座，考虑设备吊装及维修启重车辆，设计荷载标准采用公路Ⅱ级。此外，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》上游翼墙等次要建筑物按3级建筑物设计，临时工程按照4级建筑设计。

2 闸孔设计

2.1闸址选择

基本资料中已经选定了闸址位置并给出了闸基地质资料、址地形资料和闸址处的渠道断面为梯形，边坡系数m=2，渠道糙率n=0.025，渠道纵比降i=0.0002，渠底高程为61.84m，渠底宽度为152m。

2.2堰型及堰顶高程的确定

2.2.1闸孔形式的确定

本节制闸主要任务是正常情况下拦截河水抬升河道蓄水位，以满足流域河道水上旅游要求，而当洪水来临时，开闸泄水，以保证防洪安全。由于是在平原河道上修建节制闸，应具有较大的超泄能力，并利于排除漂浮物、泥沙，因此采用宽顶堰。

2.2.2堰顶高程的确定

地板应置于较为坚实的土层上，并应尽量利用天然地基。在地基强调能够满足要求的条件下，底板高程定得高些，闸室稳定得高些，闸室宽度大，两岸连接建筑物相对较低。对于小型水闸，由于两岸连接建筑在整个工程中所占比重较大，因而总的工程造价可能是经济的，在大型水闸中，由于闸室工程量所占比重较大，因而适当降低底板高程，常常是有利的。当然，底板高程也不能定的太低，否则，由于单款流量加大，将会增加下游效能防冲的工程量，闸门增高，启闭设备的容量也随之增大。

一般情况下，节制闸的底板顶面可与河床齐平。因此本设计采用堰顶高程与河床同高，即底板高程取61.84m。

2.3孔口设计水位组合

孔口设计水位见表2-1。

表2-1孔口设计水位组合表

计算情况闸上水位（m）闸下水位(m) 过水流量(m3/s)设计情况69.74 69.44 2300

校核情况同上

2.4闸孔宽度的确定

2.4.1拟定闸孔宽度

（1）计算孔口净宽B

设计情况下计算示意图如下图2-1。

图2-1 计算示意图

过水断面面积A=(B+mh)h=(152+2×7.9)×7.9=1325.62㎡；

行进流速v=Q/A=2300/1325.62=1.74(m/s)；

行进水头v2/2g=1.742/19.6=0.15m；

堰上总水头H0=H+v2/2g=0.15+7.9=8.05m；

堰顶算起的下游水深h s=69.44-61.84=7.6m；