船闸毕业设计模板正文 - 图文

衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

1.概述

1.1工程兴建缘由

1.1.1工程建设是衢江航运发展的需要

目前，衢江航道由于滩多、水浅，航道条件差，水运业日益萧条。目前通航船只为3t～12t。据交通部门预测，衢江年运量到2010年可达到200万吨，主要物资有石灰石、莹石、化肥、木材、水泥、煤炭和钢材等。鉴于目前的航道状况，无法满足远期货运量的要求。目前，塔底、小溪滩都已开工建设，安仁铺、红船豆、游埠梯级也已完成前期设计工作，加快兰溪梯级水利枢纽建设，尽早使衢江航道全面通航显得尤为迫切。 1.1.2是合理开发衢江水力资源的需要

衢江水量充沛，水力资源丰富。建设兰溪水利枢纽工程，可以充分利用衢江水力资源，年发电量达6533万KW.h，电站装机16.4MW，能对电网起到一定的调峰作用。本工程的建设可以有效缓解金华市目前用电紧张的局面。水力资源是可再生的清洁能源，本工程的建设符合国家的能源产业政策。

兰溪枢纽工程实施后，可为恢复和提高衢江的航运能力奠定基础，并可加快上游砂石资源和矿产资源开发，促进兰溪市及衢江两岸广大地区经济更快地发展。

1.2设计依据

（1）衢江（金华段）兰溪枢纽可研报告；

（2）长沙理工大学毕业设计任务书；

（3）渠化工程枢纽总体布置设计规范 (JTJ 220-98)，人民交通出版社 （4）船闸总体设计规范 (JTJ 305-2001)，人民交通出版社 （5）船闸输水系统设计规范 (JTJ 306-2001)，人民交通出版社 （6）船闸水工建筑物设计规范 (JTJ 307-2001)，人民交通出版社 （7）船闸闸阀门设计规范 (JTJ 308-2003)，人民交通出版社 （8）船闸启闭机设计规范 (JTJ309-2005)，人民交通出版社

第1页 共143页

衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

2.资料分析

2.1地理位置及地形分析

工程位于衢江干流上，隶属金华兰溪市，距兰溪城区约8km，上游距离游埠梯

级约9km。坝址以上集水面积11427km2，多年平均流量389.92 m3/s，年径流总量123.35亿m3（扣除乌引水量），是衢江干流开发中的第六级也是最下游一级枢纽。工程是以航运和水力发电为主，结合改善水环境及灌溉条件等综合利用工程。该工程由泄洪闸、船闸、发电厂房等建筑物组成，电站装机4×4.1MW，多年平均发电量约6533万KW.h。船闸设计标准为500t级。

2.2水文和气象资料分析

2.2.1 流域概况

衢江是浙江省最大河流——钱塘江南源兰江的主流，集水面积11477.2km2，河流全长257.9km。兰溪水利枢纽工程坝址以上集水面积11427km2，占衢江总流域面积的99.6%。

乌溪江上游建有湖南镇水库，集水面积2151km2，电站装机容量270MW；其下游已建黄坛口水电站，装机容量为82MW，区间集水面积237km2。江山港上现已建成峡口、碗窑水库，集水面积分别为399.3km2和212.5km2，白水坑水库集水面积316km2。上述大型水库的调节对衢江的水资源合理开发利用提供了有利条件，有利于衢江梯级发电。

2.2.2 气 象

设计流域属中亚热带季风气候区，冬夏季风交替明显，温和湿润，四季分明，日照充足，雨量丰沛。多年平均降水量为1631.7mm；年平均风速3.0m/s，最大风速15m/s，相应风向为WSW。

流域内降水量时空分布不均匀，年内变化较大，本流域大洪水的主要成因为梅雨。 2.2.3 径 流

设计流域内已建成并对本工程年径流分析具有调节功能的水库有湖南镇水库，塔底水利枢纽和小溪滩水利枢纽等，故年径流分析将设计流域分为四部分，即：

湖南镇水库，集水面积分别为2151km2；

第2页 共143页

衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

湖南镇水库～塔底水库坝址区间，6011km2； 塔底～小溪滩水库坝址区间，2300km2； 小溪滩水库～兰溪水库区间，965km2。

径流分析采用水文比拟法，移用参证站降水径流关系，求得设计区块历年径流及相应年份逐日径流。

表2-1 各区块年径流成果表 集水面积 (km) 2151 6011 2300 965 2年平均 流 量 (m3/s) 76.2 215.7 77.4 27.8 年 径 流 深 (mm) 1117.2 1132.5 1061.3 908.5 年径流 总 量 (亿m3) 24.0 68.7 24.4 8.8 位 置 湖南镇水库 湖南镇～塔底区间 塔底～小溪滩区间 小溪滩～姚家区间 2.2.4 洪 水

流域洪水采用实测洪水资料推求。本工程设计洪水分湖南镇水库及湖南镇水库~姚家坝址区间二部分。流域设计洪水由区间设计洪水与湖南镇水库相应洪水（经水库调蓄后）进行地区组成得。各频率设计洪水成果见表2-2。

表2-2 姚家坝址年最大设计洪水成果表

P（%） 频率 1 Qm(m3/s) 16530 2 14080 5 11950 10 10250 20 8520 注：本表为湖南镇水库调洪后与姚家～湖南镇区间洪水迭加的成果。

2.2.5 台汛期和非汛期洪水

台汛和非汛期各频率洪水有关成果见表2-3。

表2-3 台汛期、非汛期设计洪水 单位：m3/s

P（%） 分期 台 汛 非 汛 3.3 5790 6150 5 5010 5640 第3页 共143页

10 3740 4780 20 2590 3900 33.3 1870 3230 衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

2.2.6 固体径流

据衢州站泥沙实测资料统计分析，该站1958年～2005年年总输沙量为136万t。将衢州站历年输沙量资料移用于设计流域。经1958～2005年48年系列统计分析，姚家~湖南镇区间年来水量101.9亿m3，悬移质沙量186.8万t，加上推移质，年总输沙量为224万t。

2.2.7 水位流量关系曲线

工程位置无实测水位流量资料，考虑到低水位流量关系是计算发电量多少的关键。设计中依据实测断面资料，借助河道上下游有关的河道水位、流速、糙率及河道断面等实测资料推求。

坝址下游水位～流量关系曲线成果见表2-4。

表2-4 姚家坝址断面H～Q曲线

H(m) 23.0 23.5 24.0 24.5 25.0 25.5 26.0 26.5 27.0 27.5 28.0 28.5 29.0 29.5 30.0 30.5 31.0 31.5 32.0 32.5 Q(m3/s) 150 300 510 800 1150 1537 1955 2425 2934 3482 4068 4617 5100 5581 6360 7178 8014 8617 9542 10525 第4页 共143页

备 注 基面：1985国家高程基准 衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

续表2-4

H(m) 33.0 33.5 34.0 34.5 35.0 Q(m3/s) 11550 12604 13690 14820 15980 基面：1985国家高程基准 备 注 2.3地质资料分析

2.3.1 区域地质

本工程位于衢江下游段，河流呈东西流向，南岸为下店村，北岸为姚家村。工程横跨衢江，本段水流湍急，江面宽约500m，两岸为堤坝，兰溪段堤脚有宽约40m的滩地，地面高程约29～29.50m。工程区地层分布白垩系上统基岩和第四系冲积堆积层。地下水为松散岩土类孔隙潜水，主要分布在第四系地层中。由大气降水补给，并排泄于河道。

工程区域构造相对稳定，地震动峰值加速度为＜0.05g(相应地震基本烈度为＜Ⅵ度，中硬场地地震动反应谱特征周期为0.35s。 2.3.2 水库区工程地质条件 2.3.2.1库岸稳定

库区两岸均设有防洪堤，库岸基本稳定，但近年来民间采砂船活动剧烈，并向堤脚靠拢，对堤身稳定不利。

2.3.2.2水库渗漏

右岸堤身及堤基上覆盖层为粉质粘土层，厚度2.7m～8.8m，分布高程约27m以上。下部为砂砾卵石层，厚度2m～6.6m，分布高程一般22m～30m，透水性中等。堤内侧无低洼地，不存在向库外的渗漏条件。

左岸堤身为透水性较强的砂砾卵石填筑而成，厚度一般3m～6m，高程为30m～36.70m。堤基覆盖层为砂砾石或粉细砂层，厚度5m～10m，分布高程20m～30m，为中等透水层。堤内无低洼地，不存在向库外渗漏的条件。库区不存在永久渗漏问题。 2.3.2.3水库浸没

水库区内左岸堤内少量耕地、支流新赤溪金家插村～插口村一带，地面高程一般在29～29.2m，其耕地存在中度浸没影响。房屋建基面较高，且多为砂砾石及岩石地基，无浸没影响。右岸堤基主要为粉质粘土组成，地面高程一般高于31m，不存在浸没影响。

第5页 共143页

衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

本地区为无盐碱化低矿化度地区，耕地作物一般以水稻为主，堤内沟渠排水性较好，能有效地减轻或排除浸没造成的影响。 2.3.3 枢纽区工程地质条件

上坝址左岸接于马鞍山，右岸位于下店村上游约230m；下坝址左岸位于姚家村南，右岸位于下店村下游约200m。

上、下坝河床段均为第四系全新统冲洪积层，厚1~6m；基岩为泥质粉砂岩，河床段基岩面高程两坝址基本相同，高程约20.0m~22.0m。推荐下坝址工程地质条件如下：

2.3.3.1泄洪闸工程地质

闸基上部为采砂弃料，河道内砂砾石厚度约1.0～2.0m，属强透水层。建议基础挖除覆盖层及全强风化岩石，将闸基置于弱风化基岩上。左岸存在渗漏问题，建议设置垂直防渗措施，并延伸至马鞍山脚，防渗体深入弱风化岩体。

建议施工围堰防渗体置于岩石上，并做好基坑截渗排水工作。砾卵石抗冲刷能力差，坝址下游应做好消能防冲措施。

建议开挖边坡：砂砾卵石层 1:1～1:1.5；粉质粘土1：1；全强风化岩石1:0.75，弱风化岩石1:0.3。

2.3.3.2船闸上闸首工程地质

船闸位于闸址左侧，上覆盖层为第四系全新统冲洪积砂砾卵石层，厚度7.0m～10m。基岩为白垩系泥质粉砂岩，抗风化能力较弱，全～强风化带厚1m～2.0m，弱风化带厚2.0m～5.0m，建议挖除覆盖层及全强风化岩，将闸室基础建在弱风化基岩上，基岩开挖深度3m～4m。

岩石的允许流速为3.5m/s。砼/弱风化岩石f=0.4，f＇=0.5，c＇=0.4 Mpa。变形模量E0＝3GPa。弱风化岩石承载力标准值fk=1000kPa。砼/微风化岩石f=0.5，f＇=0.6，c＇=0.4～0.5 Mpa。变形模量E0＝3～4GPa。微风化岩石承载力标准值fk=1000～1500kPa。

建议开挖边坡：砂砾卵石层1:1.25～1:1.5；全强风化岩1:0.75，弱风化岩1:0.3。 2.3.3.3电站工程地质

电站厂房位于闸址右侧河床，覆盖层为人工堆积砾卵石层，厚度2.0m，层底高程在20m～18m。

基岩为白垩系泥质粉砂岩，为软质岩石，抗风化能力较弱，全～强风化带厚0.5m～4m，弱风化带厚3m～5m，建议挖除覆盖层及全强风化岩，厂房基础建在弱风化或微风化基岩上。基岩开挖深度：1.5m～3m，必要时进行固结灌浆处理，深度5m。机组段开

第6页 共143页

衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

挖较深，下部高程10m左右，泥质较高，岩石较破碎，必要时进行加固处理。

河床砂砾卵石允许流速；1.5m/s。岩石的允许流速为3.5m/s。砼/弱风化岩石f=0.4，f＇=0.5，c＇=0.4 Mpa。变形模量E0＝3GPa。弱风化岩石承载力标准值fk=1000kPa。砼/微风化岩石f=0.5，f＇=0.6，c＇=0.4～0.5Mpa。变形模量E0＝3～4GPa。微风化岩石承载力标准值fk=1000～1500kPa。

建议开挖边坡：砂砾卵石层 1:1～1:1.5；粉质粘土1:1；全风化岩石1:0.75，强风化岩石1:0.5，弱风化岩石1:0.3～1:0.1。 2.3.4 天然建筑材料

工程区近年来江心洲被大量开采，现衢江、兰江约15km范围内已无大片砂砾料场。上游的金家插、和尚洲、汤瓶洲等均在开采，距坝址约3~9km。以上料场可供混凝土用粗骨料，5mm～40mm级储量不满足设计需量，砂料缺乏，需外购解决。填筑料源应充分利用施工时左右岸被开挖的废碴，并可考虑结合河道疏浚。洞源白坑的石灰岩，可作为块石料场，运距约25km，强度较高，储量和质量能满足工程设计要求。

第7页 共143页

衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

3.船闸的总体设计

3.1船闸在枢纽中的布置

枢纽的总体布置就是确定枢纽中各主要建筑物之间的相互位置。影响枢纽的总体布置的因素是错综复杂的，根据枢纽所在处的地形、地质、水文、航道等具体条件以及枢纽中各主要建筑物的型式与尺寸，使用和施工的要求，寻求最合理的布置方案。 3.1.1 影响枢纽总体布置的因素

在枢纽的总体布置过程中，其主要建筑物之一——船闸的布置是一个非常重要、关系到船闸能否安全畅通及保证良好运行条件的问题。国内有不少过船建筑物，就其结构本身而言是良好的。但船舶在某些时候通不过或者不能畅通，究其原因是总体布置不当。研究船闸的总体布置时，必须研究船闸在水利枢纽中的位置、船闸引航道布置与上下游航道的连接。船闸与水利枢纽建成后所形成的新河势状况、通航水流条件、泥沙淤积、船闸与同枢纽中各相邻主要建筑物位置、船闸与河岸的关系。

枢纽总体布置根据渠化工程梯级开发规划，结合不同坝址的自然条件和枢纽工程的作用，着重解决通航、泄洪、发电、灌溉及排沙之间的关系，主要考虑下列因素 （1）地形、地质、水文及泥沙条件 （2）上、下游航道衔接条件 （3）主要水工建筑物使用要求 （4）淹没损失及环境影响

（5）施工难易、施工长短及施工期通航条件 （6）工程量及投资 3.1.2坝址、坝轴线选择 3.1.2.1 坝轴线选择原则

（1）满足船闸通航要求，使上下游引航道与上下游航道连接平顺，船舶进出闸安全、快捷；

（2）满足泄水闸行洪要求，保证泄水闸有足够的泄流宽度，水流流向与坝轴线宜尽量垂直；

（3）满足电站发电要求，使电站进出水流平顺，尾水位较低，运行管理方便；

第8页 共143页

衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

（4） 在满足各建筑物使用功能前提下，尽量避开不良地质区段，降低基础处理工程量；

（5）具有较好的施工条件，工程造价经济合理。 3.1.2.2 坝线选择

可供选择坝址比较的河段局限于马鞍山嘴以下约1000m范围，该河段相对顺直，河宽自上至下300m~500m。本阶段选择上下两坝址作分析比较。

上坝址：位于马鞍山嘴，左岸为马鞍山山体，右岸介于下应村与下店村之间，坝轴线垂直于水流方向。该坝址河床宽仅250m，坝址处流态相对复杂，枢纽布置向右岸拓浚工程量大。左岸布置电站，山体开挖工程量大，工程投资大。为便于今后兴建二线船闸，一线船闸需布置在右岸，因上游河道为弯道，引航道长度短。该坝址横向流速也大，影响船只航行。该坝址施工难度大。

下坝址：位于马鞍山嘴下游约600m处，坝址右岸距下店村约150m，坝轴线垂直于水流方向。该坝址河宽约480m，水流相对较平顺。枢纽布置向右岸拓浚工程量小。船闸则布置在左岸，不涉及房屋拆迁，防洪堤后有兴建二线船闸的余地，一线船闸上游引航道长度较长，坝址处横向流速较小，有利于船只航行。电站布置在右岸，拓宽工程量不大。该坝址河道相对较宽，施工条件较好。

两坝址对库内上游的排涝和浸没影响基本相同。下坝址因左岸防洪堤内地势较低，需增加坝址~马鞍山嘴段长600m的防洪堤基础防渗处理工程量。右岸地势较高，不存在浸没影响。从地质钻探成果看，上、下坝址基岩面高程约20.5m，变化不大，坝基处理及基岩开挖差距不大。

经综合分析比较，本阶段选用下坝址方案。

3.1.3枢纽总体布置

总体布置根据具体的情况可分为并列式和分离式两种方式。

当坝址处于河面开阔，河床内能同时布置挡水、泄水建筑物，通航建筑物及电站等水工建筑物时，枢纽总体布置可采用并列式。当坝址处河面较窄、弯曲，其凸岸适宜布置通航建筑物时或当坝址处河面虽开阔、顺直，但当通航建筑物及电站布置在岸上开挖的渠道内，枢纽综合效益较佳时，经论证可采用分离式。

本设计坝址布置在上下梁州之间，有足够的河宽，可以同时布置挡水、泄水、通航建筑物及电站，采用并列式布置，并且电站和通航建筑物异岸布置。

第9页 共143页

衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

图3.1 轴线布置图

3.1.4 枢纽总布置方案比较

根据选定的坝轴线，在进行枢纽总平面布置时，在满足枢纽泄洪要求和船舶安全通航前提下，兼顾工程施工和运行管理方便等因素，并因地制宜地充分利用坝址处地形、地质和航道的特点综合考虑，初步设计阶段对可研阶段枢纽布置进行了优化，共进行了如下两个方案的枢纽总布置。

方案一：船闸布置在左岸，电站布置在右岸。总体布置自左至右依次为船闸、泄洪闸、电站。

方案二：船闸布置在右岸，电站布置在左岸。总体布置自左至右依次为电站、泄洪闸、船闸。

表3-1 方案比选

方案 方案一 船闸布置在左岸 方案二 船闸布置在右岸 布置方式 船闸位于缓流区，上游引航道口船闸位于主航道，航线顺直 位置条件 门区流速、流态较 好，满足规范要求 不涉及房屋拆迁，防洪堤后有兴山体开挖工程量大，工程投资大 施工条件 建二线船闸的余地，河道相对较宽，施工条件较好。 第10页 共143页

衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

续表3-1

方案 方案一 方案二 坝址处横向流速较小，有利于船横向流速也大，影响船只航行 口门区水流条件 只航行 枢纽布置向左岸拓浚工程量小 工程量 流态相对复杂，枢纽布置向右岸拓浚工程量大，施工难度大

经比较，本阶段选择方案一。

兰溪枢纽工程由泄洪闸、船闸、发电厂房等组成。根据闸址及上、下游河床地形、规划航道位置等因素，在河道的左侧布置一线船闸1孔，净宽18m。再自左至右依次布置25孔×12m的泄洪闸、发电厂房。为满足河道行洪要求，枢纽需向右岸适当拓宽约20m，左岸预留二线船闸的位置，控制中心线间距150m。

右岸电站侧需拆除原上、下游防洪堤，新建堤防向右岸后移。电站上游需拆建防洪堤约250m，电站下游需拆建防洪堤约350m，拆建防洪堤按原设计防洪标准修建。左岸上下游需新建导航靠船墙各长650m、300m，做好与上、下游原有防洪堤的平顺连接。除此之外，左岸上游堤防需设置防渗墙。

3.2船闸的规模

3.2.1船闸的分级

船闸应按设计最大船舶吨级分为7级，其分级指标见表3-2

表3-2 船闸分级指标表

船闸级别 设计最大 3000 船舶吨级 注:设计最大船舶吨级系指通过船闸的最大船舶载重吨(DWI)；当为船队通过时，指组成船队的最大驳船载重吨。

I Ⅱ 2000 Ⅲ 1000 IV 500 V 300 VI 100 VII 50 衢江兰溪船闸最大船舶吨级为500吨，为IV级船闸。 3.2.2 船闸线数

船闸的线数应根据船闸在设计水平年内的客货运量，船闸设计（实际）通过能力，

第11页 共143页

衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

过闸的船型、船队组成、地形条件和船闸所在河流的重要性等因素确定。

根据机动舶为主的设计船型及通过能力，且航道宽度较小，本设计采用单线船闸即可满足客货运量需求。 3.2.3 船闸级数

船闸级数的选择应根据船闸总水头，通过能力可靠性和航运效益，技术水平，地形、地质条件，施工条件和管理运用等条件进行技术经济比较。一般情况应优先选择单级船闸。

船闸级数，可按下列情况确定： (1)水头〈30m，采用单级船闸；

(2)水头30~40m，采用单级或两级船闸； (3)水头〉40m，采用两级或多级船闸。

本次设计中的设计水头为5m，即枢纽正常挡水位与下游最低通航水位的差值。由于H=5m〈30m，且该枢纽船闸所在处，地势平坦，地质条件较好，适合修建单级船闸，同时单级船闸在施工条件、运用管理及技术水平等方面较多级船闸易于满足。所以该枢纽采用单级船闸。

3.2.4. 设计船型

本船闸的设计船队为500吨级1拖3船，船队尺寸为191×10.8×2.2m（长×宽×满载吃水），最大干舷高：2.0 m。

3.3 船闸基本尺度

船闸尺度包括闸室有效长度、闸室有效宽度和门槛最小水深及船闸最水断面的断面系数。根据设计船型、船队，满足船闸在设计水平年限内各期（近期、远期）客货运量及过闸船舶总载重吨数确定。

3.3.1闸室有效长度

Lx?Lc?Lf （3-1）

式中：Lx——闸室有效长度（m）；

，当一闸次有两个或多个船队船舶纵Lc——设计最大过闸船队、船舶的长度（m）

向排列过闸时，则为各设计船队船舶长度之和加上各船队船舶之间的停

第12页 共143页

衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

泊间隔;

Lf——富裕长度（m）,对于拖带船队 lf?2?0.03lc(m).

191=7.73 Lf=2+0.03×

Lx?Lc?Lf=191+7.73=198.73 m， 取200 m 3.3.2 闸室的有效宽度

Bx??bc?bf

bf=Δb+0.025(n-1)bc （3-2）

式中 ：Bx——船闸闸首口门和闸室有效宽度(m)；

?bc——一闸次过闸船舶并列停泊于闸室的最大总宽度(m)。当只有一个船队

或一艘船舶单列过闸时，则为设计最大队或船舶的宽度bc；

?bc=bc=10.8 m

bf——富裕宽度(m)；

?b——富裕宽度附加值(m)，当bc≤7mm时，?b≥1m；当bc ＞7m时， ?b?

1.2m，取 ?b=1.4 m；

n——过闸停泊在闸室的船舶的列数， n=1； 所以，bf=?b=1.4 m。

采用现行国家标准《内河通航标准》（GBJ139）Bx??bc?bf=10.8+1.4=12.2 m，

中规定的8m、12m、16m、23m、34m，取Bx=16 m。.

3.3.3 门槛水深 门槛水深应满足：

H?1.6T (3-3) 式中：H——门槛水深（m）；

T——设计最大过闸船舶满载吃水（m）

H?1.6T=1.6×2.2=3.52 m。 3.3.4 最小过水断面的断面系数

在确定船闸基本尺度时，还应考虑船闸最小过水断面的断面系数n的要求。根据实验观察，若n值过小，则船队(舶)过闸时，可能产生碰底现象；若n的值过大，则会使建筑物高程提高，增大施工量。为保证船队（舶）安全顺利地进闸，一般要求：

第13页 共143页

衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

?????1.5～2.0 (3-4)

Φ=?BT (3-5)

式中：?——最低通航水位时，闸室过水断面面积（m2），

3.52=56.32 Ω=Bx×H=16×

?——为船舶横断面系数，机动船取0.95

Φ——船舶、船队浸水横断面面积（m2），

Φ=?BT =0.95×10.8×2.2=22.572

η=2.24/22.572=2.5 ， 满足要求。

表3-3 船闸基本尺度表

计算项目 闸室有效长度 闸室有效宽度 门槛水深 过水断面系数 计算式 结果 200 m 16 m 3.52 m 2.5 Lx?Lc?Lf Bx??bc?bf H?1.6T ????

图3.2 闸室示意图

3.4 船闸设计水位和各部分高程

3.4.1 船闸特征水位

上游设计最高水位：29.2 m； 上游设计最高通航水位：23.00 m； 下游设计最高通航水位：18.50 m；

第14页 共143页

衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

上游设计最低通航水位：22.5 m；

下游设计最低通航水位：18.00 m（P=95%下游引航道口水位）； 正常蓄水位：23.0 m；

波浪浪高：2hw=0.0166×W1.25×D0.33=0.082 m 式中：W——计算风速（m/s），取3.0（m/s）；

D——吹程（公里）取（3～5）倍的河宽，河宽500米，取4倍的河宽。

3.4.2船闸各部分高程

见表3-4。

表3-4 船闸各部分高程

计算内容 上闸门顶高程 下闸门顶高程 上闸首墙顶高程 下闸首墙顶高程 闸室墙顶高程 上闸首门槛顶高程 下闸首门槛顶高程 上游引航道底高程 下游引航道底高程 闸室底高程 上游导航及靠船建筑物顶高程 下游导航及靠船建筑物顶高程 计算式 上游设计最高水位+超高+浪高 上游设计最高通航水位+超高 上闸门顶高程+超高 下闸门顶高程+超高≥闸室墙顶高程 上游设计最高通航水位+空载干舷高度 上游设计最低通航水位-门槛水深 下游设计最低通航水位-门槛水深 上游设计最低通航水位-引航道最小水深 下游设计最低通航水位-引航道最小水深 ≤下闸首门槛高程 上游设计最高通航水位+空载干舷高度 计算结果（m） 29.882 23.6 30.482 25.6 25.6 18.98 14.48 18.98 14.48 14.48 25.6 下游设计最高通航水位+空载干舷高度 21.1 注：安全超高0.6 m，空载干舷高度2.0m，设备安装结构高度0.5m。

3.5 引航道 3.5.1引航道的布置

单线船闸引航道平面布置，一般有对称型、反对称型、不对称型三种型式。引航道的平面布置直接影响船舶进出闸的时间，从而影响船闸的通过能力。不对称型

第15页 共143页

衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

引航道是上、下游引航道向相同的岸侧拓宽。在这类引航道中，船舶可以沿直线进闸，曲线出闸，进闸速度可以较快。为满足通过能力的要求，使船舶（队）进闸速度较快，有利于单向过闸，本设计采用不对称式。

表3-5 引航道型式对比表

名称 特 点 图式 布置型式 上下游引航道向不同侧拓宽 过闸方式 直进曲出 上下游引航道向同一侧拓宽 直进直出或曲进曲出 引航道轴线和船闸轴线相重合 曲进曲出，过闸时间长，影响通过能力 适用情况 单向过闸较为有利 明显的单向货流 引航道宽度较小时 反对称型 不对称型 对称型 3.5.2 引航道尺度 3.5.2.1 引航道长度

引航道的长度主要取决于设计船型，船舶（队）尺度及船舶（队）的操纵性能，按双向过闸的要求，进出闸船舶需在引航道内交错避让，等待过闸的船舶必须停靠在离闸首一定距离处。引航道有直线段、过渡段、制动段三部分组成。

引航道的直线段应平行于船闸轴线，它由导航段L1、调顺段L2、及停泊段L3等三段组成。

A．导航段长度

l1≥Lc (3-6)

式中：l1——导航段长度（m）；

L0——过闸船队的计算长度（m），对于拖带船队，为其中的最大船长，L0=45 m。 l1≥45 m。 B．调顺段长度

l2≥ （1.5～2.0）L0 (3-7)

第16页 共143页

衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

式中：l2——调顺段长度（m）；

L0——过闸船队的计算长度（m），对于拖带船队，为其中的最大船长。 45=90 m l2=2×C．停泊段长度

l3≥Lc (3-8)

式中：l3——停泊段长度，l3=45 m。

D．过渡段长度L4

l4 ≥10?B (3-9)

式中：?B——引航道直线段宽度与航道宽度之差，?B=80-B0=40 m。（引航道宽度见下

面计算） l4≥10×40 =400 m

E．制动段长度

制动段与过渡段重合使用。 3.5.2.2 引航道的宽度

考虑引航道只有一侧停靠过闸船队（舶）的情况：

B0?bc?bc1??b1??b2 （3-10）

式中：B0——设计最低通航水位时，设计最大船舶、船队满载吃水船底处的引航道宽

度(m )；

bc——设计最大船舶、船队的宽度(m)；

bc1——一侧等候过闸船舶、船队的总宽度(m)，bc=bc1=10.8 m； ?b1——船舶、船队之间的富裕宽度，取?b1=bc；

?b2——船舶、船队与岸之间的富裕宽度，取?b2=0.5bc。

10.8=37.8，取40 m。 B0?bc?bc1??b1??b2=10.8+10.8+10.8+0.5×3.5.2.3 引航道的底宽Bn

Bn=B0-2m(H0-T) （3-11） 式中：

B0——设计最低通航水位时，设计最大船舶、船队满载吃水船底处的引航道宽

度（m）；B0＝40m；

第17页 共143页

衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

M——引航道水下岸坡的边坡系数。m＝1：2～1：3 ，取m＝0.4 H0——在设计最低通航水位时，引航道底宽内最小水深。 T——设计最大船舶（队）的满载吃水（m） 故Bn=40-2×0.4×（3.52-2.2）＝38.944m 。

3.5.2.4.引航道的最小水深H0

对Ⅰ～Ⅳ级船闸按下式计算：

H0?1.5 (3-12) TH0—在设计最低通航水位时，引航道底宽内最小水深(m)； T—设计最大船舶、船队满载吃水（m）。

本设计为IV级船闸，所以H0≥1.5×2.2=3.3 m，取H0=3.3 m 3.5.2.5 引航道的断面系数?

应满足下式要求： ?????4~7 （3-13）

式中：ω——设计最低通航水位时，引航道的过水断面面积（m2），

ω=（B0+Bn）×H0/2=(40+38.944)×3.3/2=130.26 m2

Ω——船队满载吃水时，船舶横断面水下部分的断面面积（m2），

Ω=0.9×2.2×10.7=21.384 m2 ?=130.26/21.384=6.09 , 满足要求。 3.5.2.6 最小弯曲半径

对于拖带船队，R≥5Lc=5×45=225 m。 3.5.2.7 弯道加宽

ΔB=Lc2/(2R+B0) (3-14)

式中：Lc——过闸船队的计算长度（m），对于拖带船队，为其中的最大船长，Lc=45 m； R——最小弯曲半径；

B0——设计最低通航水位时，设计最大船舶、船队满载吃水船底处的引航道宽度

（m）；

故 ΔB=452/（255×2+40）=6.98 m。

第18页 共143页

衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

3.5.2.8 引航道口门区

引航道口门宽度1.5倍引航道宽度，即60m。向引航道内延伸（1.5～2.0）Lc，取40m长度，渐变到引航道直线段末端过渡，引航道口门与主航道间有足够距离的视野，使航行船舶（队）能看清其他船舶(队)的动态和引航道口门并能进行有效的控制。

表3-6 引航道尺度计算结果汇总表

引航道尺度 导航段l1 引 航 道 长 度 过渡段l4 制动段l4 停泊段l3 调顺段l2 计算公式 计算结果 45m 90m 191m 直线注释 l1≥lc 段总长l2≥(1.5～2.0) lc l3≥lc 45+90+191=326m l4≥10?B 40m ?B为航道与引航道宽度之差 与过渡段重合使用。 ?引航 道宽 度 引航道的宽度 B0?bc+bc1+?b1+?b2 40m 引航道底宽 B0-2m(H0-T) 38.944m 对于岩基m=3 引航道断面系数 4?n????7 6.09 满足断面系数的要求。 引航道最小水深 H0?1.5 TR≥5Lc ΔB=Lc2/(2R+B0) 口门宽≥1.5B0 （0.5-1.0）LC 3.3m 225m 6.98m 60m 40m 最小弯曲半径 弯道加宽 宽度 引航道口门 长度 第19页 共143页

衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

图3.3 引航道直线段 图3.4 引航道断面图

3.6 船闸的年通过能力和耗水量

3.6.1 过闸时间计算

3.6.1.1 船队进出闸运行距离

A．单向过闸：

进闸距离L1是指船舶在引航道的停靠位置至闸室内停泊处的距离。

L1=Lx（1+α1） 出闸距离L1’是指船舶自闸室内停泊处至船尾离开闸门之间的距离。 L1’= Lx（1+α1’） B.双向过闸：

进闸距离L2是指船舶自引航道停靠位置至闸室内停泊处的距离。 出闸距离L2’是指船舶自闸室内停泊位置至靠船建筑物之间的距离。

L2=L2’=Lx（1+α2）+l1+l2； 式中 ：Lx——闸室有效长度（m）； l1——导航段长度（m）； l2——调顺段长度（m）；

α1 、α1’、 α2——系数，取α1=0.4，α1’=0.1，α2=0.1； 将以上数值带入公式，求得： L1=200×（1+0.4）=280 m； L1’=200×（1+0.1）=220 m；

第20页 共143页

3-15） 3-16）

3-17）

（

（ （

衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

L2=L2’=200×（1+0.1）+45+90=355 m。

3.6.1.2 进出闸的平均速度，参考表3-7。

表3-7 船舶进出闸参考表

过闸方式 船舶类型 船队 排筏（拖轮牵引） 机动单船 非机动船 进闸(m/s) 单向 双向 出闸（m/s） 单向 双向 0.5 0.3 0.8 0.4 0.7 0.5 1.0 0.5 0.7 0.5 1.0 0.4 1.0 0.6 1.4 0.5

采用船队的速度作为进出闸速度，则有： 单向进闸 : V1?0.5m/s 双向进闸 : V1??0.7m/s 单向出闸 : V2?0.7m/s 双向出闸 : V2??1.0m/s 故 单向进闸时间 ：t1?单向出闸时间 ：t4?双向进闸时间 ：t1'?双向出闸时间 ：t4'?C．闸门启闭时间t2

船闸口门宽度大于或等于16米时，人字闸门和三角闸门的启闭时间一般取为2～3分钟；口门宽度小于16米时，启闭时间一般取为1～2分钟。 本设计船闸口门宽度≥16米，取t2=3 min。

D．灌泄水时间t3

L1200??560s?9.33min； V10.5L1'220??314s?5.23min ； V1'0.7L2355??507s?8.45min ； V20.7L2'355??355s?5.92min ； V2'1.0初步拟定t3=10 min。 E．船队进出船闸间隔时间t5

当一闸次容纳两个或两个以上的船舶过闸时，计算间隔时间，本设计 t5=5 min；

第21页 共143页

衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

对单级船闸，一次过闸时间应按下式计算： 单向过闸：

T1=t1 + 4t2 + 2t3 + t4 + 2t5=9.33+ 4×3 + 2×10 + 5.23 + 2×5=56.56 min 双向过闸：双向总过闸时间为T2，则每一船队过闸时间为

T2， 2T2= t1’+ 2t2 +t3 + t4’+2t5=8.45+ 2×3 + 10 + 5.92 + 2×5=40.37 min。 2采用单向过闸与双向过闸所需时间的平均值来表示过闸时间：

T?1T21(T1?)?(56.56?40.37)?48.465min。 2223.6.2 日平均过闸次数

n???60T (3-18)

式中：?——日平均工作时间，取20小时。 n?20?60?24.76 次， 取n=24次

48.4653.6.3 船闸年通过能力计算

P1?(n?n0)NG?? (3-19)

式中：n0——每昼夜非运货船过闸次数n0=6次；

N——船闸年通过天数，N=300 天/年；

?—— 船舶装载系数?=0.83；

?——运量不均衡系数?=1.25；

G——一次过闸平均吨位G=3×500=1500 吨；

P?1300?1500?1.83(24?6)?2689200t?268.92Wt≥250Wt 21.25所以，满足年通过能力要求。 3.6.4 耗水量的计算

船闸的耗水包括船舶过闸用水和闸、阀门漏水两部分。过闸用水是指船舶过闸时，闸室灌泄水所耗用的水量。与船闸水头、船闸尺度、过闸方式及过闸次数等因素有关。

3.6.4.1 船闸一天内平均耗水量可按下式计算：

第22页 共143页

衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

Q?nV?q (3-20) 86400q?eu式中：Q——一天内平均耗水量(m3/s)；

V—— 一次过闸用水量（m3），必要时应考虑上下行船舶、船队排水量差额； q——闸门、阀门的漏水损失(m3/s)

，当水头小于10m时取0.0015～e——止水线每米上的渗漏损失（m3?s.m?）

0.0020m3?s.m?，当水头大于10m时取0.0020～0.0030m3(s.m)；

u——闸门、阀门止水线总长度（m） 3.6.4.2 一次过闸用水量V的计算：

对直立式闸室墙的单级船闸、船舶单向过闸的用水量可近似按下式计算

V?0.75V0 (3-21)

V0??H0?(1.15~1.20)LXBxHx(m) (3-22)

式中：?——船闸上、下闸门之间的水平面面积（m2）；

。 Hx——船闸的计算水头（m）

Lx=200m;Bx=16m; Hx=5 m

V0=（1.15～1.2）200×16×5=18400～19200，取V0=19000 m故V=0.75×V0=0.75×19000=14250 m

3

3

3.6.4.3止水线每米上的渗漏损失e的确定：

本设计设计水头为5 m小于10m，所以取e＝0.002m3/(s?m) 3.6.4.4 闸门、阀门止水线总长度u的确定：

u=2×10+3×11.10+2×2×（2+3.4）=74.9 m

故q=eu=0.002×74.9=0.1498 m/s。

3

Q=

24?142503

?0.1498?4.108 m/s

864003.7闸首尺度

3.7.1门扇基本尺度 3.7.1.1门扇长度

第23页 共143页

衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

ln?(BK?2C)/2cos? (3-23)

式中：BK——闸首口门宽度，一般与闸室的有效宽度相同；

C——由门扇的支垫座的支承面至门盒外缘的距离,

取C?0.05Bk=0.05×16=1.6

?——闸门关闭时门扇轴线与闸室横轴线的夹角，取22.50。 ln?Bk?2C2cos22.5?16?1.62cos22.5?9.52，取ln=10 m。

3.7.1.2 门扇厚度

取(18~110)ln=1～1.25， 取1.2 m。

3.7.1.3 门扇高度

门扇高度,指闸门面板顶到闸底的距离。 h=H1-H2 ?m

式中：H1——闸门门顶高程（m）； H2——闸首门槛顶高程（m）；

m——闸门面板底与门槛顶的距离，m=（0.15～0.25）m；当闸门关闭时，门

底止水位于门槛侧面时取正值。此处取0.2 m。

上闸首门扇高度 =上闸门顶高程-上闸首门槛高程+m =29.882-18.98+0.2=11.10 m

下闸首门扇高度 =下闸门顶高程-下闸首门槛高程+m =23.6-14.48+0.2=9.32 m 3.7.2闸首长度 3.7.2.1门前段

门前段长度L1根据检修闸门的尺度、输水系统的布置方式初步拟定： 对于人字闸

A．上闸首：L1? (1.0～2.0)+C1

式中：C1——为检修闸门的门槽宽度0.8～2.0m，取C1=1m。 取L1=1.0+1.0=2 m。

B．对于下闸首，考虑到安装防撞设备，取L1’=6 m。

第24页 共143页

衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

3.7.2.2 门龛段

L2?ln?(0.2~0.3)

式中：ln——门扇长度（m）。

L2?10?(0.2~0.3)?10?0.3?10.3 m

3.7.2.3支持段

L3=(0.3～0.5) h0

式中：h0——边墩墙在闸首底板以上的高度。

上闸首：h0=上闸首墙顶高程-上闸首门槛高程=30.482-19.98=11.50m， 下闸首：h0=下闸首墙顶高程-下闸首门槛高程=25.60-24.48=11.12m。 所以

上闸首：L3=(0.3～0.5) h0=3.459～5.765 m,取为4m； 下闸首：L3=(0.3～0.5) h0=3.336～5.56 m,取为4m。 上闸首长度：L=L1+L2+L3=2+10+4=16 m； 下闸首长度：L’=L1’+ L2 +L3’=6+10+4=20 m。

3.7.3闸首宽度

闸首宽度等于闸首口门的宽度和两侧边墩之和，闸首边墩厚度主要取决于门龛深度、廊道宽度和弯曲半径急阀门宽度等因素。对有廊道的边墩厚度初步估算时可取2～3倍廊道宽。

B=Bk+2×（2～3）b (3-24) 式中：b——阀门处廊道宽度，b=2 m（见后输水系统计算） 。 B=16+2×（2～3）×2=24～28， 取B=25 m。 3.7.4闸首底板厚度

对于平板底板按(

上闸首：( 下闸首：(

第25页 共143页

11～)h 3.54.5011～)×11.50=2.56～3.29， 取3 m， 3.54.511～)×11.12=2.47～3.18，取3 m。 3.54.5

衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

表4-2 输水阀门的?值

不同流量系数（阀门全开时）的?值 阀门型式 锐缘平面阀门 反向弧形阀门 ?=0.5 ?=0.6 ?=0.7 ?=0.8 ?=0.9 0.63 0.58 0.59 0.51 0.56 0.46 0.53 0.43 0.50 0.41 所以??2?3800?5?13.21 m2 0.7?600?2?9.8??1??1?0.56??0.7??由于对称布置两个输水输水主廊道，则每边阀门处的廊道面积为：

?'??2?13.21?6.605 m2 2拟定输水阀门处断面尺寸为 2×3.5 m2。 4.3.3输水阀门开启时间的计算

tv?Kr?DW2gH （4-3）

PL(?c??)式中: K?—— 系数，对锐缘平面阀门取 0.725，对反向弧形阀门取0.623；

本设计为平面阀门，所以取K?＝0.725

?—— 输水阀门处廊道断面面积（mH—— 设计水头（m），H=5 m；

2），?=13.21 m2

；?c =（下游最低设计水位-闸室底?c—— 初始水位的闸室横断面面积（m2）

高程）×Bx=（18-14.48）×16=56.32 m2；

?—— 船舶、船队浸水横断面面积（m2）；? =21.384m2（见3.4.2.5节）；

D—— 波浪力系数；当船舶、船队的长度接近闸室长度时取D＝1.0；

W—— 船舶、船队排水量（t）；取为500t；

?——船舶方形系数，机动船取0.58～0.60；驳船取为0.75～0.80；对于分节驳

船可取0.9左右。

；查表4-3，本设计为500吨位船舶，PL——允许系缆力的纵向水平分力（KN）

所以经查表取PL＝25（KN）；

第31页 共143页

衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

表4-3 船舶允许系缆力

船舶吨位（t） 允许系缆力 纵向水平分力 横向水平分力 3000 46 23 2000 40 20 1000 32 16 500 25 13 300 18 9 100 8 4 50 5 3 故 tV?0.725?13.21?1?500?2?9.8?5?54.3s。 25?(56.32?21.384)取tv=200 s。 4.3.4灌泄水时间的校核

根据确定的阀门开启时间按下式核算

T?2CH?(1??)tv （4-4）

??2g式中: T——闸室输水时间（s）；

C——计算闸室水域面积，对单级船闸取闸室水域面积；对多级船闸中间级，取

闸室水域面积的一半，C= ?=3800 m

H——设计水头（m），H=5 m；

2；

?——阀门全开时输水系统的流量系数，可取0.6～0.8；本设计取0.70；

；? =13.21 m2； ?——输水阀门处廊道断面面积（m2）

?——系数，可按表3-2选用，?=0.56；

，tV=54.3 s tV——阀门开启时间（s）

g——重力加速度（m/s2），g?9.8m/s2；

所以T?2?3800?5?(1?0.56)?200?503.12 s

0.7?13.21?2?9.8前面拟定灌泄水时间为 T=600s ，

校核：T=503.12 s＜600 s，满足年通过能力要求。 4.3.5输水廊道的阻力系数和流量系数

输水系统总阻力系数包括进口、拦污栅、转弯、扩大、收缩、出口等局部阻力系数以及沿程摩阻损失的阻力系数。现在将局部阻力系数计算如下：

4.3.5.1 进口：进口边缘微带圆弧形，?en?0.2； 4.3.5.2 拦污栅：

第32页 共143页

衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

?b???? （4-5）

?b?式中：

?s?43?——栅条形状系; 栅条形状系; 前端做成圆形的长方形栅条?=1.67； S——栅条厚度（cm）； 取S =2； b——栅条净间距（cm）。 取b =16；

?b?1.67???2???0.104 16??434.3.5.3 廊道圆滑转弯：输水廊道有二个转弯处，则： ?k??k'式中：

?90 （4-6）

?k——廊道转弯阻力系数；

?——转角（度），进出口底部高程不相同，无竖向转弯，存在两个斜向转弯，且

均为90°

?k'——系数，与廊道形状及转弯曲率半径有关，其数值如下：

表4-4 矩形廊道?k'值

b/2R 0.1 0.12 0.2 0.14 0.3 0.18 0.4 0.25 0.5 0.40 0.6 0.64 0.7 1.02 0.8 1.55 0.9 2.27 1.0 3.23 ?k' 式中：b——矩形廊道宽度；R——廊道轴线曲率半径

进口转弯：矩形廊道，R = b=3.4m，

b=0.59，?k'=0.63，廊道90°转弯，2R?k??k'?90=0.63 .。

b=0.45，?k'=0.32，廊道90°转弯，2R出口转弯：矩形廊道，R =1.3b=4.42m，

?k??k'?90=0.32 。

4.3.5.4 出口突然扩大：

第33页 共143页

衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

?B'??1????1?? ?2??B''??式中：

??2? ?1? （4-7）

??1??''——以扩大后的断面为计算断面的阻力系数； ； ?2——扩大后的面积（m2）； ?1——扩大前的面积（m2）

廊道出口断面面积扩大1.4倍，则出口的断面面积为18.49m2，拟订出口断面尺寸

2为5×4 m 。

18.49?1)?0.16 故 ??(13.214.3.5.5 出口：对于单孔出水 ?ex?0.8 ； 4.3.5.6 沿程摩擦阻力系数：

2gL （4-8） C2R?c?式中：L——廊道长度（m）；

R——廊道水力半径（m）； C——谢才系数。 廊道长度：L?水力半径：R???3.4??4.422?2?4?16.28 m，

?013.21??1.223 m， ?2?(2?3.4)1111?1.2236?73.87（n——糙率系数，对混凝土和钢筋混谢才系数：C?R6?n0.014凝土可取0.013～0.014，本设计取n=0.014）

?c?2?9.8?16.28?0.0478

73.872?1.2234.3.5.7输水系统的总阻力系数

把以上的局部阻力系数均化到输水阀门处的局部阻力系数，乘以一个(?2) 系数则?i第34页 共143页

衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

总的局部阻力系数为：

1??0.2?0.104?0.63?(0.32?0.16?0.8)?()?0.0478?1.635 ?1.424.3.5.8流量系数?t的计算

输水系统的流量系数?t是随输水阀门的阻力系数亦即阀门开启度而变化的，在阀门全开后可认为保持一常数。当阀门均匀而连续开启时，在阀门开启过程中，流量系数?t是时间的函数。由水力学可知，输水系统的流量系数等于：

?t?1?vn????c' （4-9）

式中：?t——时刻t的输水系统流量系数；

?vn——时刻t阀门开度n时的阀门局部阻力系数，可按表4-5选用； ?'——阀门井或门槽的损失系数；平面阀门取0.10；反弧形阀门取零；

?c——阀门全开后输水系统总阻力系数，包括进口、出口、拦污栅，转弯、扩大、

收缩等局部阻力系数，以及沿程摩阻损失的阻力系数。以上各阻力系数均应换算为阀门处廊道断面的阻力系数。

表4-5 闸门开启度n与?vn、?n值的关系表

闸门开度 平面阀门 n 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.09 1.0 0 ?vn 186．2 43．78 17．48 8.38 4．28 2．16 1．01 0.39 0.675 0.713 ?n 0．683 0．656 0.643 0.642 0.652 0.771 0.855 1.00 则取?'=0.1，?c=1.635，将以上的值代入到式（4-9）中计算，得流量系数的结果

表4-6 流量系数计算结果表

N 0.1 186.2 0.073 0.2 43.78 0.148 0.3 17.48 0.228 0.4 8.38 0.314 0.5 4.28 0.408 0.6 2.16 0.508 0.7 1.01 0.602 0.8 0.39 0.685 0.9 0.09 0.741 1.0 0 0.758 ?vn Ut 4.3.6短廊道输水系统灌泄水特征曲线的计算与绘制 4.3.6.1流量系数与时间关系曲线（?t?t曲线）

第35页 共143页

衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

?t?1?vn??1??0 （4-9）

阀门开启过程各时刻的流量系数与时间关系曲线可按（4-9）式计算求得，阀门全开以后的流量系数为常数。时间间隔取为?t?200?20 s。 100.6 120 0.508 0.7 140 0.602 0.8 160 0.685 0.9 180 0.741 1.0 200 0.758 表4-7 流量系数与时间关系

n t 0.1 20 0.073 0.2 40 0.148 0.3 60 0.228 0.4 80 0.314 0.5 100 0.408 Ut 流量系数与阀门开启时间关系曲线0.800.700.600.500.400.300.200.100.00050100150200250时间s300350400450

图4.2 流量系数与阀门开启时间关系曲线

4.3.6.2闸室水位与时间关系曲线(Ht?t曲线)

对于集中输水系统，由于输水廊道的长度不大，惯性力影响不会很大,因此在计算中，惯性力的影响可忽略不计。

当忽略阀门开启过程惯性水头的影响时，阀门开启过程中任一时段末的水头可按下式计算：

流量系数Ht?1?(Ht??t?mt?2g2) （4-10）

2C式中：Ht?1—计算时段末的水头（m）；

；Ht＝5 m Ht —计算时段开始的水头（m）

?t —计算时段（s），?t=20 s；

第36页 共143页

衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

，取13.21 m2， ? —输水阀门处廊道断面面积（m2）

C —计算闸室水域面积（m2），对单级船闸，取闸室水域面积;对多级船闸

中间级，取闸室水域面积的一半, C=3800 m2 ；

g ——重力加速度（m/s2），g?9.8m/s2；

水位差Ht6.005.00水位差Ht4.003.002.001.000.000510时间s152025水位差Ht

图4.3 水位差与时间关系曲线

开始灌水时水位差最大，为设计水头5 m，随着时间的增加，上下游水位差逐渐减小，灌水结束后上下游水位相同，水位差为零。

4.3.6.3流量与时间关系曲线Qt?t曲线 流量与时间关系可通过下列公式计算求得：

Qt??t?2gHt?dt) （4-11）

式中：Qt——时刻t的流量（m3/s）；

?t——时刻t的流量系数，由流量系数与时间关系曲线求得；

；?=13.21 m2 ?——输水阀门处廊道断面面积（m2）

g——重力加速度（m/s2）。

，dt?dt——t时刻惯性水头（m）

?t2?lpC；对集中输水系统可忽略不计。

第37页 共143页

衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

计算结果见表4-8水力特征曲线计算结果表。

流量与时间关系曲线80.0070.0060.0050.0040.0030.0020.0010.000.00050100150200250时间 s300350400450

图4.4 流量与时间关系曲线

又逐渐减小。由于流速力的大小与流量成正比，所以流速力的变化规律也是如此，阀门接近全开时达到最大值。

4.3.6.4 ht?t曲线

流量

随着时间的增加，流量从零逐渐增大，当阀门接近全开时，流量达到最大值，然后

ht?Hx?hk?Ht （4-12）

式中：Hx——设计水头（m），Hx=5 m；

，闸室内处于下游设计最低通航水位时的水深,则hk——原始水深（m）

hk?2.0m。

，可由闸室水位与时间关系曲线求得； Ht——时刻t的水位差（m）

第38页 共143页

衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

闸室水深与时间关系曲线9.008.007.006.005.004.003.002.001.000.00050100150200250时间s300350400450

图4.5 闸室水深与时间关系曲线

闸室水深m开始灌水时闸室内为下游最低通航水位，此时闸室水深为3.52m，随着阀门的开启，闸室水深逐渐增大，最后为上游正常蓄水位。

4.3.6.5能量与时间关系曲线Et?t曲线 能量与时间关系可通过下式计算求得：

Et?9.81Qtht （4-13）

式中：

Et——时刻t的能量（kW） ； Qt——时刻t的流量（m3/s）

，可由闸室水位与时间关系曲线求得。 ht——时刻t的水位差（m）

计算结果见表4-8水力特征曲线计算结果表。

能量与时间关系曲线2500.002000.00能量1500.001000.00500.000.00050100150200250时间 s300350400450

图4.6 能量与时间关系曲线

第39页 共143页

衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计

能量随阀门开启逐渐增大，在阀门开启度为0.55时达到最大，然后又逐渐减小。

4.3.6.6比能与时间关系曲线

比能与时间关系曲线可通过下式计算求得：

Ept?

Et?t （4-14）

式中：Ept——时刻t的比能（kW/m2）；

； Et——时刻t的能量（kW）

。 ?t——时刻t的闸室过水横断面（m2）计算结果见表4-8水力特征曲线计算结果表。

比能与时间关系曲线35.0030.0025.0020.0015.0010.005.000.00050100150200时间s250300350400450比能

图4.7 比能与时间关系曲线

比能随阀门开启逐渐增大，在阀门开启度为0.5时达到最大，然后又逐渐减小。 4.3.6.7闸室断面平均流速与时间关系曲线

vt?

Qt?t （4-15）

式中：vt——时刻t的闸室断面平均流速（m/s）；

； Qt——时刻t的闸室灌泄水流量（m3/s）。 ?t——时刻t的闸室过水横断面面积（m）计算结果见表4-8水力特征曲线计算结果表。

第40页 共143页

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/c4d.html