冲沙闸泄洪闸

5.3.2 闸孔设计

5.3.2.1 冲沙闸的设计

流量计算：Q 1=10%~15%Q 设计=（10%~15%）*2720 m 3/s=272~408 m 3/s

Q 2=2*Q 引用=2*46.6 m 3/s=93.2 m 3/s Q 设计—设计洪水流量； Q 引用—电站引用流量。

鉴于以上计算结果，选定在设计洪水位的过流量为Q 冲沙闸=350m 3/s 。 流速计算： v=

===2*9.80*（897.00-863.00）m/s=25.81 m/s

v —设计洪水位下冲沙闸的流速；

g —重力加速度；

h —设计洪水位下冲沙闸的流速水头。

由2Q nb h gH μ= 得e bh 2gH

μ2

从而确定冲沙闸的闸孔尺寸为：闸孔宽为4 m ，闸孔高为5 m 。 5.3.2.2 泄洪闸的设计

在正常水位为897.00m ，泄洪冲沙闸堰顶高程为863.0m ，Q 校核=4610 m 3/s ，

Q 冲沙闸=350 m 3/s 。Q 泄洪闸=Q 校核-Q 冲沙闸=4610-350 m 3/s=4260 m 3/s .

（1）泄洪闸闸孔尺寸的估算 由于泄洪闸泄流时为闸孔出流，故按闸孔出流公式计算：

2Q nb h gH μ= （1）

Q —通过泄洪闸的总流量（m 3/s ）； n —闸孔数；

b —闸孔净宽（m ）

； μ—流量系数；

e h —闸孔开度（m ）；

g —重力加速度； H —堰上水头（m ）

。 根据上面的公式可求出闸孔总过水面积为：

=nbh e S =总206.28 m 2

我国大、中型水闸的宽度一般采用812 m 。同时本设计闸孔总面积较小，闸孔数不宜过多。在闸孔较少时，为便于闸门对称开启，使过闸水流均匀，避免由于偏流造成闸下局部冲刷和使闸室结构受力对称，孔数宜采用单数。

当采用3孔泄洪闸时，单孔闸门面积S 单=68.76 m 2 当采用5孔泄洪闸时，单孔闸门面积S 单=41.26 m 2

在坝址选择时已确定泄洪冲沙孔闸坝段长50m ，故选用3孔泄洪闸+1孔冲沙闸的布置形式。

（2）泄洪闸闸孔尺寸的必选及确定

由S 单=68.76 m 2，选取一下4种方案进行比较，选择其中较优方案作为泄洪闸的最终尺寸。

方案一：闸孔宽8 m ，闸孔高8 m ，均为潜孔。 方案二：闸孔宽8 m ，闸孔高9 m ，均为潜孔。 方案三：闸孔宽8 m ，闸孔高10 m ，均为潜孔。 方案四：闸孔宽8 m ，闸孔高11 m ，均为潜孔。 方案比较：

方案一：按公式（1）计算泄洪闸的过流能力：

Q nb h μ=3/s 方案二：按公式（1）计算泄洪闸的过流能力：

Q nb h μ=3/s 方案三：按公式（1）计算泄洪闸的过流能力：

Q nb h μ=3/s 方案四：按公式（1）计算泄洪闸的过流能力：

Q nb h μ=3/s 通过水力学计算，四种方案中除方案一过流能力不满足要求外，其它三种方案都满足泄流能力的要求。考虑闸门尺寸增大的同时会使钢材的使用量和启闭设备的投入增大，相对投资大，故选择方案二。 5.3.2.3 泄流能力的计算

泄水建筑物由3孔泄洪+1孔冲沙闸组成，为3级建筑物，相应洪水标准为： 设计洪水流量（P=1%） Q=2720m 3/s 校核洪水流量（P=0.1%） Q=4610m 3/s

当洪水来流量小于400m 3/s 时，泄流量为3孔泄洪+1孔冲沙闸泄流量和进水闸的引用流量。当洪水来流量大于400m 3/s 时，电站停止发电，泄流量为3孔泄洪+1孔冲沙闸泄流量。

泄洪闸冲砂闸泄流能力按以下公式计算：

2

/30

2H g b n m Q s ⋅⋅⋅⋅⋅=σσ 式中：Q —流量（m 3/s ）；

σ—堰流淹没系数；

s σ—侧收缩系数；

m —流量系数,取0.360；

n —闸孔数；

b —闸孔净宽（m ）

； 0H —计入行近流速水头的堰上水头（m ）

。 泄洪闸由于布置为潜孔，当泄流时为堰流时（e/H ＞0.75）按照上述的堰流公式进行泄流计算，当泄流时为孔流时（e/H ＜0.75），泄流能力按闸孔出流公式计算：

gH nbe Q 2μ=

式中：μ—流量系数；

e —闸孔开度（m ）。

其余符号同前。

（1） 当洪水流量Q =4610 m 3/s 时；

1）在校核洪水流量时，3孔泄洪闸+1孔冲沙闸全部开启泄放洪水。 假设校核洪水位为894.00 m ，则泄洪闸e 1/H=9/32=0.28＜0.75，冲沙闸e 2/H=5/32=0.16＜0.75。故这时泄洪闸和冲沙闸均属于孔流。

Q 泄洪闸=4259.44 m 3/s Q 冲沙闸=394.39 m 3/s

Q 总=Q 泄洪闸+Q 冲沙闸=4653.83 m 3/s ＞4610 m 3/s

2）在校核洪水流量时，3孔泄洪闸+1孔冲沙闸全部开启泄放洪水。 假设校核洪水位为893.00 m ，则泄洪闸e 1/H=9/30=0.30＜0.75，冲沙闸e 2/H=5/30=0.17＜0.75。故这时泄洪闸和冲沙闸均属于孔流。

Q

泄洪闸

=4190.18 m3/s

Q

冲沙闸

=387.98 m3/s

Q

总=Q

泄洪闸

+Q

冲沙闸

=4578.16 m3/s＜4610 m3/s

3）在校核洪水流量时，3孔泄洪闸+1孔冲沙闸全部开启泄放洪水。

假设校核洪水位为893.50 m，则泄洪闸e1/H=9/30.5=0.30＜0.75，冲沙闸e2/H=5/30.5=0.16＜0.75。故这时泄洪闸和冲沙闸均属于孔流。

Q

泄洪闸

=4224.95 m3/s

Q

冲沙闸

=391.20 m3/s

Q

总=Q

泄洪闸

+Q

冲沙闸

=4616.15 m3/s＞4610 m3/s

4）在校核洪水流量时，3孔泄洪闸+1孔冲沙闸全部开启泄放洪水。

假设校核洪水位为893.45 m，则泄洪闸e1/H=9/30.45=0.30＜0.75，冲沙闸e2/H=5/30.45=0.16＜0.75。故这时泄洪闸和冲沙闸均属于孔流。

Q

泄洪闸

=4221.49 m3/s

Q

冲沙闸

=390.88 m3/s

Q

总=Q

泄洪闸

+Q

冲沙闸

=4612.37 m3/s＞4610 m3/s

5）在校核洪水流量时，3孔泄洪闸+1孔冲沙闸全部开启泄放洪水。

假设校核洪水位为893.42 m，则泄洪闸e1/H=9/30.42=0.30＜0.75，冲沙闸e2/H=5/30.42=0.16＜0.75。故这时泄洪闸和冲沙闸均属于孔流。

Q

泄洪闸

=4219.41 m3/s

Q

冲沙闸

=390.69 m3/s

Q

总=Q

泄洪闸

+Q

冲沙闸

=4610.09 m3/s=4610 m3/s

故校核洪水位为893.42 m。