水闸设计实例

1基本资料

1．背景资料

前进闸建在前进镇以北的红旗渠上，该闸的作用是：

1．1．防洪：当胜利河水位较高时，关闸挡水，以防止胜利河的高水入侵红旗渠下游两岸的低田，保护下游的农田和村镇。

1．2．灌溉：灌溉期引胜利河氺北调，以灌溉红旗渠两岸的农田。

1．3．引水冲淤：枯水季节，引水北上至下游的红星港，以冲淤保港。

1．2 地质资料

1．2．1 闸基土质分布情况如下表所示

表1-1闸基土层分布

1．2．2 闸基土工试验资料

根据土工试验资料，闸基持力层坚硬粉质粘土的各项参数指标为：凝聚力Ｃ=60.0kpa；内摩擦角ϕ=19°；天然孔隙比e=0.6g；天然容重r=20.3KN/ m3。建闸所用回填土为啥壤土，其内摩擦角ϕ=26°，凝聚力C=0。天然容前r=18KN/ m3。

1．3 气象资料

1．3．1气象资料不全

1．4 三材情况

1．4．1该地区“三材”供应不足。闸门采用平面钢闸门，尺寸字定，由工厂设计，加工制造。

1．4．2 该地区地震设计烈度为6度，故不可考虑地震影响。

1．5 基本水文资料

1．5．1 孔口设计水位、流量

根据规划要求，在灌溉期前进闸自流胜利河水灌溉，引水量为320 m3/s。此时相应的水位为：闸上游水位为1.86 m；闸下游水位为1.80 m。

枯水季节冬季，由前进闸自流引水送至下游的红星港冲淤保港，引水流量为100m3/s。此时相应的水位为：闸上游水位为1.44m；闸下游水位为1.38m。

1．5．2 闸身稳定计算水位组合

(1)设计情况：上游水位4.3m，浪高0.8m，下游水位1.0m。

(2)校核情况：上游水位4.7m，浪高0.5m，下游水位1.0m。

1．5．3 消能防冲设计水位组合

根据分析，消能防冲的不利水位组合是：引水流量300m3/s，相应的上游水位4.7m，下游水位1.78m。

1．5．4 下游水位流量关系

表1-2下游水位流量关系

1．6 闸的设计标准

根据《水闸设计规范》SI265—2001（以下简称SI265—2001），前进闸按III级建筑物设计。

1．7 水闸设计应用表格资料

1．7．1 闸身稳定计算水位资料

表1-3闸身稳定计算水位资料

1．7．2 水闸建筑等级分配标准

表1-4 平原水闸工程等级

1．7．3 灌排渠系建筑物级别分配

表1-5灌排渠系建筑物级别分配

1．7．4 堰流淹没系数资料表格（选自SL265-2001实施指南）

表1-5ε值

1．7．5 堰流淹没系数资料表格（选自SL265-2001实施指南232页）

1-6σ值宽顶堰

1．7．6渗径系数表格资料（选自2001〈〈水工建筑物〉〉142页）

表1-7 渗径系数值C值

1．7．7 两段允许渗流坡降{J}值

表1-8两段允许渗流坡降{J}值

1．7．8 渗径系数表格资料

表1-9渗透系数K值(单位cm/s)

2 枢纽布置和水力计算

2．1枢纽布置

2．1．1 引水角度

引水角是进水闸的中心线与河道水流所形成的夹角。一般为锐角，许多试验证明引水角在30°- 90°范围变化时，入渠泥砂最大相差不超过 5％-15％，影响不大通常为了使水流平顺，增大引水流量，以及减轻对下唇的冲刷，引水角应尽量减小，一般采用30°- 45°。本设计采取4°，是不对称的喇叭口状。（依据安徽水利职工大学刘家麟主编的〈〈水工建筑物〉〉290页第八章第二节）。

图2—1引水角度示意图

2．1．2 拦砂坝

拦沙坎布置在取水口的前缘，坎的断面形状多为“Γ”形，坎顶高出渠底约为0.5-1.0m。取水口前缘设置拦沙坎后，可使底层水流宽度减少，表层水流宽度增加，从而减少入渠的泥沙。本设计拦沙坎坎高程约为0.5m。（依据安徽水利职工大学，刘家麟主编的〈〈水工建筑物〉〉290页第八章第二节）。

图2-2前进闸挡沙坎示意图

2．1．3 沉沙池

沉沙池一般布置在进水闸后适当的地方，通常是将干渠断面加宽加深而成。本渠道中在前进闸后不远处，任选一处土质不好处开挖，在此闸底版高程低0.5m 处，宽度不必加宽。

2．2 水利计算

2．2．1 前进闸孔口尺寸的确定

红旗渠底高程有图1—2可知H=-0.5m ，干渠底宽为50.0m ，边坡1：2根据灌溉临界期有两个：一个是在春灌溉时期，取水口以下的闸前进水位是1.86m ，闸下游水位为1.80m ，引水流量是320 m 3/s ，冬季枯水季节，引水流量是100 m 3/s ，闸前水位1.44m,闸下游水位

为1.38m ，两个时期的引水都不大，引水口处河岸降落值可忽略不计。

图2-3 引水渠平面示意图

(1)渠首闸的闸孔计算：根据闸基土质反干渠渠底高程等条件，选用宽顶堰型平底版，并置堰顶高程于-5.2m 。

引水梁

胜利河

拦沙坝

(2)由上部提示，已知过水断面面积公式：

2

1

)(121⨯⨯+=h d d A （2—1）

式中 A ——表示过水断面面积,㎡;

d 1——表示水面宽度，m; d 2——表示渠底宽度，m; h 1——表示渠中水深上游，m; 其d 1根据图1—2可知；

d 1

=cos30°×1.86×2﹢50

=53.08 m 则A =91。74㎡

（3）红旗渠中流速

A

Q

V =

0 （2—2) 故 V 0=3.16m/s

（4） 闸孔总净宽

根据2005版水利水电出版的《水工建筑物》中选取

H g Q

3

02m B σε=

（2—3）

其中： B 0——表示闸孔总净宽，m; Q ——表示闸流量，m 3/s ；

H 0——表示计入近流速水头的堰上水深，m; m ——表示堰流量系数可采用0.385 ε——表示堰流侧收缩系数 b 0——表示每孔净宽，m;

b s

——表示上游河道一半水深处的宽度，m;

σ——表示堰流淹没系数