水闸水力计算一、基本资料某平底水闸担负汛期某河部分排洪的任务。在汛期，当邻闸泄流量达5000m3/s时，本 闸开始泄洪。根据工程规划，进行水力计算的有关资料如下：1水闸宽度设计标准(1) 设计洪水流量为1680m 3 / s,相应的上游水位7.18m,下游水位为6.98m；(2) 校核洪水流量为l 828m 3/s,相应的上游水位为7.58m，下游水位为7.28m. 2消能设计标准 因水闸通过设计洪水流量时，上下游水位差很小，过闸水流呈淹没出流状态，故不以设计洪水流量作为消能设计标准。现考虑汛期邻闸泄洪流量为 5000m3/s时，本闸开始泄洪，此时上下游水位差最大，可作为消能设计标准.其相应的上 游水位为5.50m，下游水位为2.50m，并规定闸门第一次开启高度e = 12m。3. 闸身稳定计算标准(考虑闸门关闭，上下游水位差最大的情况)(1) 设计情况：上游水位为6.50m，下游水位为T.20 m：(2) 校核情况：上游水位为7.00m，下游水位为-120m。4. 水闸底板采用倒拱形式，底板前段闸坎用浆砌块石填平。为了与河底超高相适应，闸坎 高程定为-1.00m，倒拱底板高程为-1.50m.5. 闸门、闸墩及翼墙型式:闸门为平面闸门，分上下两扇。闸墩墩头为尖圆形，墩厚d二1 m.翼0墙为圆弧形，圆弧半径r = 12 m.6闸址处河道断面近似为矩形，河宽B = 160m.07. 闸基土壤为中等密实枯土.8. 水闸纵剖面团及各部分尺寸见图15.1。二、水力计算任务：1. 确定水闸溢流宽度及闸孔数；2. 闸下消能计算；3. 闸基渗流计算.三、水力计算：1、确定水闸溢流宽度及闸孔数平底水闸属无坎宽顶堰。先判别堰的出流情况。已知设计洪水流量Q=1680m3/s，相应的上游水位为7.18m，闸坎高程为-1.00m，则宽顶 堰堰上水头H = 7.18 - (-1.00) = 8.18 m又知河宽B = 160 m,贝901680v = 1.28m / s0 B H 160 x 8.180比二 l.xI.282 二 0.084m2 g 2 x 9.8a V 2H 二 H + 二 8.18 + 0.084 二 8.264m02 g下游水位为6.98m，则下游水面超过堰顶的高度h 二 6.98 - (-1.00)二 7.98msh7.98一二二 0.965)0.86H8.2640由表10.9知，为宽顶堰淹没出流.据堰流基本公式（104）； Q SB莎H032可得水闸溢流宽度B =i/as m.J2gH 32W 0对无坎宽顶堰。取侧收缩系数s = 1。因流量系数m和淹没系数a均与堰宽B有关，必须用试算法求B。现设B = 75m。根据B 二金二 469及 i 二 7 二 16,由表11-8 查得0m 二 0.354。hABh75x7.98_.再根据l二0.965及二云古二二457，由表10.9查得b = 0.604。于HAB H160 x 8.180 0 0是得1680B = 74.71m u 75m0.604 x 1 x 0.354、云98 x 8.264、假设与计算B值近似相等，故B = 75m即为所求.每孔闸宽往往决定于闸门形式、闸门启闭机的能力及其他具体条件。取每孔间宽b =6m, B 75则闸孔数n =】2.5。b6B 二 nb 二 13 x 6 二 78 m现取n = 13，则水闸实际溢流宽度求通过水闸的实际流量。B 78根据B0-160二 0.488 及-=12 = 0.145，由表 10.8 查得B 78hAm=0.355。再根据一=0.965及HA 0078x 7.98 二 二0.476,.由表10.9查得B H 160 x 8.180g = 0.602。则实际流量Q =GS mBx 2gH：2 = 0.602 x 1 x 0.355 x 78心2 x 9.8 x 8.26432 = 1753.1 m3 /s实际流量大于设计流量，所取B值满足要求.再核算所取B值能否满足通过校核流量l 828米/秒的要求.已知相应于校核流量的 上游水位为7.58m，则堰上水头7.58(1.0) =8.5m Q 1828=1.33m / sB H 160 x 8.580av 20-2 g=1.0 x 1.332 = 0.09m2 x 9.8av 2H = H + = 8.58 + 0.09 = 8.67m 02 gh = 7.28 (1.00) = 8.28m8.28=0.954 0.868.67shsH0hA为宽顶堰淹没出流。按TT = 0.954及HA00g = 0.676,则通过水闸的流量sBhsB H078x8.28=亦応=0.47 由表11-9查得Q = ns mB ；2g H 23=0.767 x 1 x 0.355 x 78x 9.8 x 8.67 32二 2115 m3/s所取B值满足要求。决定采用水闸溢流宽度B = 78m,闸孔数n = 13,每孔宽度b = 6m。2、闸下消能计算 根据本间设计要求，闹下消能按上游水位为5.50米，下游水位为2.50米，闸门开启高 度e = 1.2m的情况计算.(一) 判别属于堰流或闸孔出流闸上水头 H = 5.50 (1.00) = 6.50 me 1.2=0.185 t,为自由孔流，与原假设的出流情况相符，所求流是正确的. c因为是自由出流，闸下发生远离水跃，需要做消能工，采用消力池。（三）求消力池深度d水闸单宽流量q 二 QB 二 6478 二 7.74m3/ s - m临界水深誉飞晋=l828mT = H = 6.517 m00T 6.5173 565o = 3.565h 1.828kt 3.5=1.9151.828Tt由表10.12查得平底闸平面闸门的流速系数 = 0.95。按严， 及申值，由附录图W查得hhkkr=18,则kdd = h = 0.18 xl.828 = 0.33mhkk因闸底为倒拱，可利用闸坎后一段长11m的倒拱底板作为消力池的一部分，故以倒拱底 板高程-1.5m作为消力池池底高程，即采用池深d = 1.0 (1.5) = 0.5m(四) 求消力池长度l消力池长度按公l = (0.7 0.8)1取l = 0.81 ,而水越长度l可按式(9.16)计算: k j k j jl = 6.9(h h ) = 6.9(h h )j c c因T + d 6.517 + 0.5-0= 3.84h1.828kT + dhh按0,申由附录图解W查得f = 0.405, = 2.03,则hhhk k khh =h = 0.405 x 1.828 = 0.74mchkkhh ” =h = 2.03 x1.828 = 3.71mchkk所以水越长度/ 二 6.9（3.71 0.74）二 20.49mj则池长心 0 + 0.8 x 20.49 二 16.39m采用池长为17m（包括倒拱底板后段11m及底板外另加的6m,见图15.1）。（五）求海漫长度 lp海漫长度（即跃后保护段长度）按南京水利科学研究院的公式计算：/ =P式中上下游水位差AH = 5.5 - 2.5 = 3.0m：消力池末端单宽流量q可按消力池宽度B求得:B = B + (n 1)D = 78 + (13 1) x1.0 = 90m10604=6.71m 3 / s - m对粘性土壤，可取系数K = 8.5.于是/ = 8.5.671 丽=28.98mP米用海漫长度为30m。3、闸基渗流计算 闸基渗流主要是计算渗径长度和闸底渗流压强。至于渗流量，因闸基为粘性土壤，渗透 性小，且本工程对控制渗流量要求不高，故不必计算。（）求渗径长度 渗径长度应能满足水闸上下游水位差最大时的防渗要求，故按上下游水位差最大的情况来 确定。上下游水位差最大的情况为闸身稳定计算中的校核情况，相应的上游水位为7.0m, 下游水位为T.2m,最大水位差H = 7.0 ( 1.2) = 8.2米按水闸结构布置要求，初步拟定闸底轮廓线，再核算渗径长度是否满足要求.因本闸水 位差较大，由结构布置要求确定的闸底长度较短，仅17m，故于底板上游增设一长25m的钢 筋混凝土防渗铺盖，以增加渗径长度。初步拟定的闸底轮廓线如图15.1所示.为了便于计 算，将闸底不透水部分轮廓线的转折点按顺序编号，共12点.按防渗要求，闸底不透水部分轮廓线（包括钢筋混凝土铺盖及钢筋混凝土倒供底板）长度 应满足L C H0式中折算渗径长度L = L +1L ，其中闸底铅直轮廓线（当轮廓线与水平线夹角大于或 铅直 3 水平等于45时，按铅直轮廓计算）长度L = I +1 +1 +1 +1+1铅直 1 23 4567 89101112=0.8 + 丫0 42 + 0.42 + 0.7 +、 0 32 + 0