取水枢纽进水闸设计

取水枢纽进水闸设计计算说明书

一工程概况：

某灌区总灌溉面积97.6万亩，灌区分布在河道两岸，两岸灌溉面积大致相等。根据河流的水沙情况及取水要求，经过综合比较，修建由拦河坝，冲沙闸，进水闸组成的冲沙槽式Ⅱ等取水枢纽。

拦河闸横跨河道修建，于主河道正交，闸地质河宽270m，拦河闸底板高程与河床平均高程相同，为31.5m，两岸堤坝高程39.8m，闸上游限制最高洪水位38.8m，冲沙闸布置在拦河闸两侧，地板高程31.5m，进水闸为了满足两岸灌溉要求，采用两岸布置方案。枢纽平面布置如图1所示：

二工程资料：

1.气象：多年平均气温7.5°C 。月平均最搞气温20.3°C ，月平均最低气温-18°C，冻层深度1.0—1.5m，多年平均风速4.1m/s ，汛期最大风速8.4m/s 。

2.水文：

3

频率0.1％0.33％0.5％1％2％5％10％25％75％

流量6150 5300 5000 4520 4020 3320 2820 2000 280

3

水位31.5 33.1 33.85 34.7 36.0 36.8 37.4 37.7 38.0 38.8

流量0 200 500 1000 2000 3000 4000 5300 6150 7000

进水闸以5％的洪水作为停水标准，灌溉临界期相应的河道流量Q=400s

m/3，闸址处平均含沙量1.8kg/m3，实测最大含沙量4.74kg/m3。

3.地质情况：渠道附近属于第四

纪沉积岩，厚度较大，两岸滩地

为粉质壤土及粉沙，其下为砾质

中沙，次下为砾质粗沙：沿河一

带地下水埋藏深度随地形变化，

一般在2.5m左右，因土质透水

性强，地下水位变化受河道水位

影响大，丰水期河水补给地下水

位较高，枯水季节，地下水补给

河水。

4.地基土设计指标：

地基允许承载能力

[σ]＝250KN/m2；

地基应力分布允许不均匀系数

η＝2～3；

砼与中砂摩擦系数 f＝0.4；

砼容重γ＝24KN/ m3；

回填土：尽量以透水性良好的砂

质中砂或粗砂回填，回填土壤容

重γ

干＝16KN/ m3；γ

湿

＝10KN/ m3；

γ

饱

＝20KN/ m3；C=0；

填土与墙后摩擦角δ＝0

5.地震：本地区不考虑地震影响

6.工程材料：石料场距闸址不远，石料抗压指数2500KN/cm左右，容重：γ＝24KN/ m3；采石场用粗细骨料及砂料，距渠首2.5—3.0km。

7.交通：进水闸有交通要求，要求桥面总宽5m 。

三设计资料：

1.渠道设计资料：

渠首底板高程32.10m；

每年最大引水流量Q＝78m3/s；

灌溉期正常挡水位35.00m；

相应下游水位34.80m；

渠道纵坡I＝1：3500；

渠道边坡m＝1.75；

渠道底宽B＝26m；

渠道顶部高程37.5m；

渠道顶部宽度6m；

2. 确定设计流量与水位：

以水闸最大引水流量78m3/s作为设计流量。因所设计进水闸为有坝式引水，根据有坝引水上游水位的确定办法，进水闸的上游水位是有拦河坝（闸）控制的。闸的上游设计水位，即拦河坝（闸）应该壅高的水位。其他时期的水位决定于相应时期内拦河坝（闸）泄流时的坝顶（闸前）溢流水位。所以上游水位是正常挡水位35.00m，相应下游水位34.80m。

3.泄流计算资料：

特征洪水频率（％）流量（m3/s）上游洪水位（m）

设计洪水0.5 5000 37.84

停止引水 5 3320 37.15

四设计内容及步骤：

<一>枢纽和建筑物等级确定:

根据引水流量划分枢纽和建筑物等级，所设计的水闸最大引水流量78m3/s，根据《灌溉与排水工程设计规范》的要求，灌溉流量在50～200 m3/s，故该枢纽为Ⅱ等枢纽，其主要建筑物为二级建筑物。

<二>闸孔设计:

1.堰型选择:

因为宽顶堰构造简单，施工方便，适用于广大灌区内建筑物众多，技术力量分散的情况。所以水闸底板（堰型）采用宽顶堰形式。由于闸上游水位变幅较大而在最高水位时要求挡水，所以采用胸墙孔口。

2.堰顶高程:

灌溉渠系中各种水闸的堰顶高程于渠底高程有密切关系，进水闸的堰顶高程常等于或略等于闸后渠底，且比闸前河床至少高一米，以防止推移质泥沙入渠。所设计的水闸闸前河底高程31.5m，闸后渠首渠底高程32.1m。水闸底板高程一般应高于渠首渠底高程。综合考虑以上因数，确定闸底板顶部高程为32.5m。

3.闸孔净宽：

1）计算行进流速V

0：初步拟定闸前渠宽为B

=26m，

s

m B P H Q V /857.026)15.2(78

)(00=+=+=

2）计算行进水头：

m

g v H H 537.28.92857.00.15.222

2

00=⨯⨯+=+=χ

3）为了加大流量系数，堰顶头部设计为圆角形4.05

.21

===H P i ，圆角形半径取为r ＝0.5m ，故

2.05

.25.0==H r 。查相关资料得宽顶堰流量系数m ＝0.374。 4）求s σ（淹没系数）：

8.0907.0357

.25.328.340>=-=H h s ,查相关资料得s σ＝0.832 5）假设侧收缩系数0.1=ε 则孔口总净宽m H

g m Q

L 012.14357

.26.192374.00.1826.00

.7822

323

0=⨯⨯⨯⨯⨯=

=

σε

4.单孔宽度与闸室总宽度及孔数： 初步拟定为3孔，则单孔净宽67.43

012

.140==

b ，即单孔宽度m b 50=，取闸室边墩厚0.65m ，墩头为1/4圆形，中墩厚为 1.30m ，墩头为半圆形。边孔侧收缩系数：

96667.0)95

.65

1(95.654

.02.01.01)1(2.014

4

,=-⨯+-

=-+

-

=B

b B b H

P α

ε1.0(=α常数）

中孔侧收缩系数：9749.0)3

.65

1(3.656

.01.014

''=-⨯-=ε 故：9722.03

9749

.0296667.0)1("

'_

=⨯+=

-+=

n

n εεε

此时实际流量：s m B H g m Q /811504.4427.4374.09722.0832.023230

'

=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=σε 由于实际流量略大于水闸最大流量，但小于5％，所以可以闸孔数3，每孔宽度为5m 。闸室总宽10(1)35(31) 1.317.6L nl n d =+-=⨯+-⨯=

<三>消能防冲设计：