过闸水流的特点
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
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
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
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
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隧洞平板闸门小开度闸后水力特性及改善措施试验研究5.灌区挡水闸门的过闸水流水力模型试验研究
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水闸的消能防冲设计
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
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
第四章5节水闸
下游联接段：
作用：消能和扩散水流。包括：护坦（消力 池）、海漫、下游防冲槽、下游翼墙、两岸 护坡。
五、水闸的设计
水闸的设计在流域规划、可行性研究、初 步设计、技术设计和施工详图等不同的设
计阶段的深度要求不同。
前期的水闸设计比较粗略，但技术上必须
可行，而且要安全可靠。后期的水闸设计
应更为深入、落实，以便按照设计施工。
一般水闸宽度比上下游河道窄，水流过闸时先行收缩然
后扩散。如工程布置或操作运行不当，出闸水流不能均
匀扩散，使主流集中，蜿蜒蛇行，左冲右撞，形成折冲 水流，冲毁消能防冲设施和下游河道。
折冲水流 示意图
沉降方面： 由于土基的压缩性大，抗剪强度低，在闸室重力 和外部荷载作用下，容易引起：
较大的沉降
不均匀沉降
闸基下渗示意图
侧向绕渗示意图
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，具有较强的冲刷能力而土
质河床的抗冲能力较低，因此闸下 冲刷是一种相当普遍的现象。
过闸水流的特点：
1、水流形式复杂
2、闸下易形成波状水跃 3、闸下易出现折冲水流
初始泄流时，闸门开度较小，过闸水流受垂 直方向的收缩而呈孔流状态，随着闸门开度
引滦新建州河暗渠主体工程全线贯通 渠首州河节制闸效果图
2、进水闸（取水闸）
在河道、水库或湖泊的岸边，建闸引
水，并控制入渠流量，以满足灌溉、
发电、用水的需要。灌溉渠系中的进 水闸因建在渠道的首部，故又称为取 水闸或渠首闸。
柴 埠 口 进 水 闸
焦 石 进 水 闸
3、分洪闸 常建于河道的一侧，在洪峰来临时，用来
②汛期受潮水顶托，易造成内涝（可抽排）
水闸概念分类及特点
跃 （3）闸下容易出现折冲
水流
水闸的概念、分类及特点
• （4）沉降方面 • 由于土质地基的压缩性大、抗剪强度低，在闸室的重力和外部荷载
作用下，容易引起：较大的沉降和不均匀沉降。
不
均
沉降
匀
沉
降
• 主持单位: 安徽水利水电职业技术学院 山东水利职业学院
水闸的概念、分类及特点
一般有泄洪、排水、过木等要求时，多采用不带 胸墙的开敞式水闸，多用于拦河闸、排冰闸等； 当上游水位变幅大，而下泄流量又有限制时，为 避免闸门过高，常采用带胸墙的开敞式水闸，如 进水闸、排水闸、挡潮闸多用这种形式。 涵洞式水闸：闸（洞）身上面填土封闭的水闸， 又称封闭式水闸。主要建在渠堤较高，引水流量 较小的渠堤之下，闸室后有洞身段。洞身上面填 土作为路基。根据水力条件的不同，涵洞式可分 为有压的和无压的两种。
分洪闸
节制闸 排水闸
排洪闸
水闸的概念、分类及特点
（⒉）按闸室结构形式分类
1—闸室底板 2—闸墩 3—胸墙 4—闸门 5—工作桥 6—交通桥7—堤顶 8—上游 翼墙 9—下游翼墙 10—护坦11—排水孔12—消力坎 13—海漫 14—下游防冲槽 15— 上游防冲槽 16—上游护底 17—上、下游护坡。
ห้องสมุดไป่ตู้ 水闸的概念、分类及特点
• 3.水闸特点
• （1）稳定方面
•
水闸关门挡水时，上、下游水头差产生较大的水平推力，使
水闸有可能沿闸基面产生向下游的滑动。因此，应进行抗滑稳定 分析。
•
水闸闸室要有足够的重量→保证水闸在各种工况下均满足抗滑
稳定性要求。
水闸的概念、分类及特点 （2）防渗方面
水闸的消能防冲设计
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
（二）设计条件
上游：最高水位 下游：相应最低水位
三、底流消能工设计
（一）、水闸消能防冲布置
水闸闸下消能防冲典型布置图
护坦。保护水跃范围内的河床不受水流冲刷。
消力池。创造形成淹没水跃的条件。消力池实质上
就是形成水跃、消刹能量的地方。
护岸。在消力池的两侧，设置边墙，以保护两岸。 海漫。消除消力池水流的余能。 防冲槽。进一步消除水流的余能，防止河床被淘刷，
h" hc ( 2
8Fr2 1 1)
（2）收缩断面水深hc的确定
消力池内决定于上游水位Zu与消力池 底板之间的高程差E0，可按下式计算。
hc3
E0 hc2
q 2 2g 2
0
（3）跃后共轭水深h与
下游水深的关系
当下游水深不能满足共轭水深条件 时，将形成远驱水跃或淹没水跃。此时， 应采用合适的消力池结构促使水跃发生 在消力池内。
河床土质 Ks
Ks值表
粉砂、 中砂、粗砂、
细砂
粉质壤土
14~13
12~11
粉质粘土 10~9
坚硬粘 土
8~7
（五）防冲槽
要想完全消除河床冲刷，必须设置相当长的海漫长 度，这样非常不经济。
为了保护河床可能发生的不利冲刷，常常在海漫末 端设置防冲槽。
防冲槽的尺寸应根据可能冲刷深度确定，槽内石块 体积应略多于继续冲刷后形成护坡的石头方量。
海漫末端的河床冲刷深度可按下式计算。
dm
1.1 qm [v0 ]
水力学第8章 堰流闸孔出流
1、薄壁堰
0.67
H
H
0.67H
薄壁堰
堰顶水舌形状不受堰顶厚度的影响，水舌下缘与 堰顶只有线的接触，水面呈单一的自由降落曲线。
10
2、实用堰 0.67 2.5
H
H
H
实用堰
过堰水流主要受重力作用自由跌落。水舌下缘 与堰顶呈面的接触，水舌受到堰顶的顶托。
11
3、宽顶堰 2.5 10
0 cVc2
2g
Vc2 2g
Vc
1
c
2gH0 hc
44
1
Vc c 1 c
2gH0 hc
流速系数
Q b2e 2gH0 2e
0 2 流量系数
Q 0be
1 2e
H0
2gH0
0
1 2e
H0
流量系数
Vc 2gH0 hc
Q AVc A bhc
2
hc e
垂向收缩系数
H
过堰水流在垂直方向上收缩。
hs
ht
31
无坎宽顶堰
H
过堰水流在水平方向上（侧向）收缩。
32
宽顶堰流量公式：
Q s1mnb 2g H03/2 一、流量系数 m
1、对直角进口堰
P1
•当0 P1 / H 3 时，
m 0.32 0.01 3 P1 / H 0.46 0.75P1 / H
•当 P1 / H 3 时，
H
H
（2）平底上的弧形闸孔
e
0.97
0.81
180
0
0.56
0.81
180
0
e H
其中，cos c e
R
适用：0 e 0.7 ，250 900
水闸
第六章水闸一、水闸的功能与分类水闸是一种利用闸门挡水和泄水的低水头水工建筑物，多建于河道、渠系及水库、湖泊岸边。
关闭闸门，可以拦洪、挡潮、抬高水位以满足上游引水和通航的需要；开启闸门，可以泄洪、排涝、冲沙或根据下游用水需要调节流量。
水闸在水利工程中的应用十分广泛。
二、水闸的组成部分水闸一般由闸室、上游连接段和下游连接段三部分组成1、闸室是水闸的主体，包括：闸门、闸墩、边墩(岸墙)、底板、胸墙、工作桥、交通桥、启闭机等。
2、上游连接段，包括：两岸的冀墙和护坡以及河床部分的铺盖，有时为保护河床免受冲刷加做防冲槽和护底。
用以引导水流平顺地进入闸室，保护两岸及河床免遭冲刷，并与闸室等共同构成防渗地下轮廓，确保在渗透水流作用下两岸和闸基的抗渗稳定性。
3、下游连接段，包括：护坦、海漫、防冲槽以及两岸的翼墙和护坡等。
用以消除过闸水流的剩余能量．引导出闸水流均匀扩散，调整流速分布和减绥流速，防止水流出闸后对下游的冲刷。
第二节闸址选择和闸孔设计水闸的防渗、排水设计水闸建成后，由于上、下游水位差，在闸基及边墩和翼墙的背水一侧产生渗流。
渗流对建筑物不利，主要表现为：①降低了闸室的抗滑稳定及两岸翼墙和边墩的侧向稳定性；②可能引起地基的渗透变形，严重的渗透变形会使地基受到破坏，甚至失事；③损失水量；④使地基内的可溶物质加速溶解。
防渗、排水设计的任务在于拟定水闸的地下轮廓线和做好防渗、排水设施的构造设计。
一、水闸的防渗长度及地下轮廓的布置(一)防渗长度的确定不透水的铺盖、板桩及底扳与地基的接触线，即是闸基渗流的第一很流线，称为地下轮廓线，其长度即为水闸的防渗长度。
根据《水闸设计规范》(SDl33—84)规定，为保证水闸安全，所需的防渗长度可按式(6—3)拟定。
(二)地下轮廓的布置水闸的地下轮廓可依地基情况并参照条件相近的已建工程的实践经验进行布置。
1、按照防渗与排水相结合的原则：①在上游侧采用水平防渗，如：铺盖；或垂直防渗，如：齿墙、板桩、混凝土防渗墙、灌浆帷幕等．延长渗径以减小作用在底板上的渗透压力．降低闸基渗流的平均坡降；②在下游侧设置排水反滤设施．如：面层排水、排水孔、减压井与下游连通，使地基渗水尽快排出．防止在渗流出口附近发生渗透变形。
过闸水流的特点
过闸水流的特点
1．水流形式复杂
初始泄流时，闸下水深较浅，随着闸门开度的增大而逐渐加深，闸下出流由孔流到堰流，由自由出流到淹没出流都会发生，水流形态比较复杂。
因此，消能设施应在任意工作情况下，均能满足消能的要求并与下游水流很好的衔接。
2．闸下易形成波状水跃
由于水闸上、下游水位差较小，出闸水流的弗劳德数较低（Fr=1~1.7），容易发生波状水跃，特别是在平底板的情况下更是如此。
此时无强烈的水跃旋滚，水面波动，消能效果差，具有较大的冲刷能力。
另外，水流处于急流状态，不易向两侧扩散，致使两侧产生回流，缩小河槽过水有效宽度，局部单宽流量增大，严重地冲刷下游河道，见图1。
图1 波状水跃示意图图2 闸下折冲水流3．闸下容易出现折冲水流
一般水闸的宽度较上下游河道窄，水流过闸时先收缩而后扩散。
如工程布置或操作运行不当，出闸水流不能均匀扩散，使主流集中，蜿蜒蛇行，左冲右撞，形成折冲水流，冲毁消能防冲设施和下游河道，见图2。
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水闸介绍
水闸的防渗排水设计（一）
引言：水闸的防渗排水设计任务在于经济 合理地拟定闸的地下（及两岸）轮廓线型 式和尺寸，以消除和减小渗流对水闸产生 的不利影响，防止闸基和两岸产生渗透破 坏。
地下轮廓线
地下轮廓线
上游铺盖、板桩及水闸底板等不透水部分 与地基的接触线，即图中折线0、1、 2．．．．．．15、16是闸基渗流的第一条 流线，亦称地下轮廓线，其长度称为闸基 防渗长度。
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。
水闸的组成
● 齿墙：为增强护坦的抗滑稳定性，常在消力池的末 端设置齿墙，墙深一般为0.8~1.5m,宽为0.6~0.8m。
辅助消能工
为了提高消力池的消能效果，除尾槛外，还可设置消力 墩、消力齿等辅助消能工，以加强紊动扩散，减小跃后 水深，缩短水跃长度，稳定水跃和达到提高水跃消能效 果的目的。
水闸的消能防冲设计（二）
● 分洪闸：常建于河道的一侧，用来将超过下游河道安全泄量的 洪水泄入预定的湖泊、洼地，及时削减洪峰，保证下游河道的安 全。
● 排水闸：常建于江河沿岸，外河水位上涨时关闸以防外水倒灌， 外河水位下降时开闸排水，排除两岸低洼地区的涝渍。该闸具有 双向挡水，有时双向过流的特点。
● 挡潮闸：建在入海河口附近，涨潮时关闸不使海水沿河上溯， 退潮时开闸泄水。挡潮闸具有双向挡水的特点。
侧向防渗措施
侧向防渗排水布置（包括刺等情况综合 考虑，并应与闸基的防渗排水布置相适应， 使在空间上形成防渗整体。
《水利工程概论》第四章-5 水闸
闸室的结构
水闸的闸室由底板、闸墩、闸门、启闭机和工作桥、公 路桥、胸墙等组成.
闸室的结构
闸底板
闸底板作为闸室的基础，将闸室及上部结构重量传到 地基上。 闸底板作为地下轮廓线的组成部分，降低通过地基的 渗透水流的渗透坡降。
底板分为分离式底板和整体式闸底板
闸室的结构
适用条件 : 承载能力较大的中等密实地基; 松软地基或闸孔宽度较大时，宜采用分离式闸底板,闸墩底板采用桩基础。
两岸联结建筑物
两岸连接建筑物在水闸工程中所占比重较大，有的可 达工程总造价的15%~40%，闸孔愈少，所占比重相对 越大。
两岸连接建筑物的作用： 1) 挡土，保护两岸土体的稳定，免受水流的冲刷； 2) 导流，使水流平顺地通过水闸； 3) 防渗，阻止侧向绕渗。
两岸联结建筑物
上下游翼墙
上游翼墙的功能是挡土、平顺引导水流，与铺盖共同 承担防渗的作用。下游翼墙的功能是挡土、引导出闸水 流沿翼墙均匀扩散。
消能防冲
当尾水深度小于跃后水深1.5m以上时，可采用综合式消力池。
消能防冲
辅助消能工的作用：加强扰动，增加消能效果，以减少池深和池长。 其形式有：
在闸室下游接一水平段，并在其后设一道小坎，以防止波状水跃。 在消力池的前部或后部设消力墩，形成对水流的反力作用。
消能防冲
防冲加固措施
(1)海漫 作用:消除余能,调整流速,保护下游河床免受冲刷。
按其形式分为打入混凝土预制桩和钻孔灌注混凝土桩.
按受力形式分为摩擦桩和支承桩.
闸室安全和地基处理
地基处理
7. 高压旋喷灌浆法 利用高压作用,使水、空气、水泥浆等介质向周围土层喷 射,对土体产生冲切、搅拌 、掺和 ,改变原土层结构、组成. 在喷管一定范围内形成新的混合凝结体.
水闸毕业设计
第一章总论第一节概述一、工程概况涡河发源于河南省中牟县境内，经开封、通许、尉氏、太康、鹿邑等县，在安徽省与惠济河汇合后流入淮河。
汇合口以上流域面积4200km2，涡河在鹿邑县境内属平原稳定型河流，河面宽约200m，深约7——10米。
因为河床下切较深，又无合适控制工程，雨季地表径流自由流走，而雨过天晴经常干旱，加之打井提水浇灌，使地下水位愈来愈低，严重影响两岸旳农业浇灌和人蓄用水。
为处理本地40万亩农田旳浇灌问题，上级同意旳规划拟定，在鹿邑县涡河上修建挡水枢纽工程。
本工程位于河南省鹿邑县城北约1Km，距汇合口18Km。
它是涡河梯级开发中最末一级工程，涡河闸控制流域面积4070Km2。
二、拦河闸任务涡河拦河闸所担负旳任务是正常情况下拦河截水，抬高水位，以利浇灌。
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m3，调蓄河水两岸沟塘，大量补给地下水，有利于进灌和人蓄用水，初步处理40万亩农田旳浇灌问题，并为工业生产提供足够旳水源，同步渔业、航运业旳发展，以及改善环境，美化城乡都是极为有利旳。
第二节基本资料一、地形资料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，河床平均标高约为30.0m，主槽宽度约为80—100m，河滩宽平，至复式河床横断面，河流比较顺直。
附闸址地形图一张（1/1000）二、地质资料（一）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级蟓更新世Q3与第四纪全新世Q4旳层交错现象，闸址两岸地面高程均在43m 左右。
闸址处地层向下分布情况如下：1、重粉质壤土：分布在河床表面如下，深约3m。
2、细砂：分布在重粉质壤土如下（河床部分高程约在28.8m如下。
）3、中砂：分布在细砂层如下，在河床部分旳厚度约为5m左右。
4、重粉质壤土：分布在中砂层如下（深约22m如下）。
5、中粉质壤土：分布在重粉质壤土如下，厚度5—8m。
水闸的消能以及防冲处理方式的工程措施
海漫首端河床冲刷深度 ：
d m
0.8
qm
v0
hm
海漫末端河床冲刷深度 ：
dm
0.8
qmv0 ຫໍສະໝຸດ hm防冲槽布置示意图
（2）防冲墙
对于冲刷深度较小的水闸，可采用1~2m深的 防冲齿墙
对于冲刷深度很大的水闸，建议采用板桩或 地下连续墙，来阻止冲刷坑向消力池方向 推进，板桩或地下连续墙的深度不应小于3 倍的（dm）。
第三节 水闸的消能和防冲处理的工程措施
一、过闸水流特点 二、消能防冲设计的水力条件 三、水闸的消能防冲设计
一、过闸水流特点
1、水流形式复杂 2、闸下易形成波状水跃
3、闸下容易出现折冲水流
波状水跃示意图 折冲水流示意图
二、消能防冲设计的水力条件
1、闸下水流的消能方式
• 平原地区采用底流式消能。 • 山区灌溉渠道可采用挑流式消能。 • 当水闸闸下尾水深度较大，且变化较小，河床及岸坡抗冲
（3）消力齿
可用于下游水深较小的情况，一般布置在 消力池的陡坡坡脚处，齿的剖面型式常采 用梯形或三角形，通常将齿顶削成半圆形。
沙湾电站下游消力齿
沙湾电站下游消力齿和消力墩
4、浪状水跃、折冲水流的防止措施
（1）波状水跃的防止措施 在出流平台（0.5~1.0 m）末端设置一道小坎，将射
流挑起转而跌入池中，形成旋滚或淹没水跃，以充分 利用池深消能，小坎高度 c，一般为0.5~1.0 m。
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过闸水流的特点
主讲人陈
诚
专业带头人 副 教 授
监理工程师 造价工程师
2014.09
复新河节制闸
姜唐湖分洪闸
城西湖退水闸
荆江分洪闸
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
哈灵水道挡潮闸
引滦入津进水闸
过闸水流的特点
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。