闸门水力计算说明

一、过流能力计算

1.1外海进水

外海进水时，外海水面高程取5.11m，如意湖内水面高程取1.0m。中间三孔放空闸，底板高程为-4.0m，两侧八孔防潮闸底板高程为2.0m，每孔闸净宽度为10m。

表2 内海排水时计算参数特性表

外海水位/m 5.11 1.1.1中间三孔放空闸段 a.判定堰流类型

湖内水位/m 1.0 H485.27 9.11式中δ为堰壁厚度，H为堰上水头。 2.5＜5.27＜10，为宽顶堰流。 b.堰流及闸孔出流判定

e5=0.549≤0.65，为闸孔出流。 H9.11式中，e为闸门开启高度，H为堰、闸前水头。 c.自由出流及淹没出流判定

闸孔出流收缩断面水深hc=ε1e=5.0×0.650=3.25m。 式中，e为闸门开启高度，为5.0m；

ε1为垂向收缩系数，查《水利计算手册》（2006年第二版）中表3-4-1

得0.650。

收缩断面处水流速为

（9.113.25）υc=2g(H0hc)=0.9529.81=10.19m/s。

式中，ψ为闸孔流速系数，查《水利计算手册》（2006年第二版）中表3-4-3，取0.95；

H0为闸前总水头，为9.11m； hc为收缩断面水深。

1

收缩断面水深hc的共轭水深

hc8c3.25810.1921)=hc”=(1(11)=6.83m；

2ghc29.813.252下游水深ht=5.0m＜hc”=6.83m，故为自由出流。 d.过流量计算

根据闸孔自由出流流量计算公式

Q1=0be2gH0=0.50330529.819.11=1008.71m³/s。 式中，μ0为流量系数，平板闸门流量系数可按经验公式 μ0=0.60-0.176

e=0.60-0.176×0.549=0.503； Hb为闸孔宽度，为3×10=30m。 1.1.2两侧八孔防潮闸段 a.判定堰流类型

H4815.43＞10，过渡为明渠流。 3.11式中δ为堰壁厚度，H为堰上水头。 b．过流量计算

因泄洪闸下游与陡坡相连，水利计算可按堰流计算方法进行。

ht1==-0.32＜0.8，为自由泄流； H3.11式中，ht为堰顶下游水深，H为堰顶上游水深。

因堰顶设有闸墩，应考虑侧收缩影响，采用宽顶堰流量公式计算泄流量： Q2=cmnb2gH0=0.9850.37781029.813.11=721.70m³/s。 式中，m为流量系数，因进口为斜坡式进口，P/H=7/3.11=2.25，cotθ=30/7=4.286，查《水利计算手册》（2006年第二版）中表3-2-1取m=0.377；

b为每孔闸净宽，为10m； n为孔数，为8孔； H0为堰上水头，为3.11m；

σc为侧收缩系数，为有底坎宽顶堰的侧收缩系数，可由别津斯基公式计算

2

3232σc=13b()1/4(1b/B)；

0.2P/HB式中，P为上游堰高，取7.0m；H为堰前水头，为3.11m；b为两墩间净宽，为10m；B为上游引渠宽，为148m，α为系数，取0.10。

多孔闸过流时，σc的确定可取加权平均值

ccm(n1)csn=0.985；

式中，n为孔数，σcm为中孔侧收缩系数，经计算取0.988，σcs为边孔侧收缩系数，经计算取0.962。

计算中孔侧收缩系数时，b/B用侧收缩系数时，b/B用

b代替，d为墩厚，为2.0m；计算边孔bdb代替，Δb为边墩边缘线与建筑物上游引渠水边线bb之间的距离，为20m。

因此，外海排水时，闸室过流量Q=Q1+Q2=1008.71+721.70=1730.41m³/s。 1.2内海排水

内海排水时，内海水面高程取2.50m，外海水面高程取-3.03m。中间三孔放空闸，底板高程为-3.0m，两侧八孔防潮闸底板高程为2.0m，每孔闸净宽度为10m。

表2 内海排水时计算参数特性表

湖内水位/m 2.5 1.2.1中间三孔放空闸段 a.判定堰流类型

外海水位/m -3.03 H487.38 6.5式中δ为堰壁厚度，H为堰上水头。 2.5＜7.38＜10，为宽顶堰流。 b.堰流及闸孔出流判定

e5=0.77＞0.65，为堰流。 H6.5式中，e为闸门开启高度，H为堰、闸前水头。 c.过流能力计算

3

ht0.97==0.15＜0.8，为自由泄流； H6.5式中，ht为堰顶下游水深，H为堰顶上游水深。

因堰顶设有闸墩，应考虑侧收缩影响，采用宽顶堰流量公式计算泄流量： Q2=cmnb2gH0=0.36831029.816.5=810.38m³/s。 式中，m为综合流量系数，mmm(n1)ms=0.368，查《水利计算手册》

n3232表3-2-3得mm为0.359，ms为0.385，由此公式查表计算出流量系数，则侧收缩系数不再计算。

b为每孔闸净宽，为10m； n为孔数，为3孔； H0为堰上水头，为5.5m；

σc为侧收缩系数，无底坎宽顶堰， 多孔闸过流时，计算综合流量系数后不用计算侧收缩系数。

1.2.2两侧八孔防潮闸段 a.判定堰流类型

H4896＞10，过渡为明渠流。 0.5式中δ为堰壁厚度，H为堰上水头。 b．过流量计算

因泄洪闸下游与陡坡相连，水利计算可按堰流计算方法进行。

ht6.13==-12.26＜0.8，为自由泄流； H0.5式中，ht为堰顶下游水深，H为堰顶上游水深。

因堰顶设有闸墩，应考虑侧收缩影响，采用宽顶堰流量公式计算泄流量： Q2=cmnb2gH0=0.9940.37481029.810.5=46.57m³/s。 式中，m为流量系数，因进口为斜坡式进口，P/H=5/0.5=10，cotθ=10/5=2，查《水利计算手册》（2006年第二版）中表3-2-1取m=0.374；

b为每孔闸净宽，为10m；

4

3232 n为孔数，为8孔； H0为堰上水头，为0.5m；

σc为侧收缩系数，为有底坎宽顶堰的侧收缩系数，可由别津斯基公式计算

σc=13b()1/4(1b/B)；

0.2P/HB式中，P为上游堰高，取5.0m；H为堰前水头，为0.5m；b为两墩间净宽，为10m；B为上游引渠宽，为130m，α为系数，取0.10。

多孔闸过流时，σc的确定可取加权平均值

ccm(n1)csn=0.994；

式中，n为孔数，σcm为中孔侧收缩系数，经计算取0.993，σcs为边孔侧收缩系数，经计算取1。

计算中孔侧收缩系数时，b/B用侧收缩系数时，b/B用

b代替，d为墩厚，为2.0m；计算边孔bdb代替，Δb为边墩边缘线与建筑物上游引渠水边线bb之间的距离，为20m。

因此，内海排水时，闸室过流量Q=Q1+Q2=810.38+46.57=856.95m³/s。

二、消能防冲计算

2.1外海进水

外海进水时，外海水面高程取5.11m，如意湖内水面高程取1.0m。中间三孔放空闸，底板高程为-4.0m，两侧八孔防潮闸底板高程为2.0m，每孔闸净宽度为10m。闸室泄流量为Q=1730.41m³/s，泄槽段及消力池段宽度为B=130m，单宽流量q=Q/B=1730.41÷130=13.31m³/s。

2.1.1计算收缩断面水深

a．收缩断面水深hc的基本计算公式： E0=hcq22ghc22→9.11 =hc12.7229.810.85hc22

式中，E0为以下游河床为基准面的泄水建筑物上游总水头，为9.11m；

5

q为收缩断面处的单宽流量，为13.31m³/s.m； g为重力加速度，取9.81m/s2；

ψ为流速系数，查《水力计算手册》（2006年第二版）中表4-2-1，取0.85。

经计算，得收缩水深hc=1.26m。 b．收缩断面水深hc的共轭水深hc”计算 hc”=

hc1.292(18Frc1)=(183.021)=4.87 22式中，Frc为收缩断面弗劳德数，Frc=c．水流衔接状态的判别

qhcghc=3.0。

hc”=4.87＞ht=3.0m，为远离水跃，须采取工程措施，强迫水流发生临界或稍有淹没的水跃。

式中，ht为下游水深 d．消力池的水力计算

消力池的池深S=σhc”-ht-Δz=1.1×4.87-3-0.80=1.56m 式中，σ为安全系数，取1.1； ht为下游水深，为3.0m； Δz为消力池出口水面落差。 Δzq22g'ht22q22ghT2=0.80m

ψ’为消力池末端升坎的流速系数，取0.95； hT为池末局部水深，hT=σhc”=1.1×4.87=5.36m

消力池池长L=6.9（hc”-hc）=6.9×（4.87-1.26）=24.91m。

消力池底板厚度可根据抗冲和抗浮要求，按下式计算，并取其大值： 抗冲：t=k1qH'=0.1913.314.11=0.99m。 抗浮：t=k2UWPmb=1.260.3350.282.86=0.62m。

25式中，t为消力池底板厚度；

6

ΔH’闸孔泄水时的上、下游水位差，为4.11m； k1为消力池底板计算系数，取0.2； k2为消力池底板安全系数，取1.2；

U为作用在消力池底板地面的扬压力，经计算为60.33kPa； W为作用在消力池底板顶面的水重，经计算为50.28kPa；

Pm为作用在消力池底板上的脉动压力，其值可取跃前收缩断面流速水头的5%，经计算为2.86kPa；

γb为消力池底板的饱和重度，取25KN/m³。 取两者计算最大值，消力池底板厚度取0.99m。 e．海漫长度计算 海漫长度按经验公式计算

Lp=KqH=1213.314.11=62.33m K为系数，取12；

ΔH为水闸上下游水位差，为4.11m； q为消力池出口单宽流量，为13.31m³/s.m。 f．海漫末端的河床冲刷坑深度dm计算 dm=1.1qm13.31hm=1.13=1.88m。 [v0]3.0式中，qm为海漫末端的单宽流量，取13.31m³/s.m；

v0为河床土质允许不冲流速，因海漫下游抛填块石，取v0=3.0m/s； hm为海漫末端河床水深，取3.0m。 经计算，海漫末端的冲刷坑深度dm为1.88m。 2.2内海排水

内海排水时，内海水面高程取2.50m，外海水面高程取-3.03m。中间三孔放空闸，底板高程为-4.0m，两侧八孔防潮闸底板高程为2.0m，每孔闸净宽度为10m。闸室泄流量为Q=856.95m³/s，消力池段平均宽度取B=150m，单宽流量q=Q/B=856.95÷150=5.71m³/s。

2.1.1计算收缩断面水深

a．收缩断面水深hc的基本计算公式：

7

E0=hcq22ghc22→8.5 =hc5.71229.810.85hc22

式中，E0为以下游河床为基准面的泄水建筑物上游总水头，为8.5m； q为收缩断面处的单宽流量，为5.71m³/s.m； g为重力加速度，取9.81m/s2；

ψ为流速系数，查《水力计算手册》（2006年第二版）中表4-2-1，取0.85。

经计算，得收缩水深hc=0.54m。 b．收缩断面水深hc的共轭水深hc”计算 hc”=

hc0.542(18Frc1)=(184.5921)=3.25 22式中，Frc为收缩断面弗劳德数，Frc=c．水流衔接状态的判别

qhcghc=4.59。

hc”=3.25＞ht=1.47m，为远离水跃，须采取工程措施，强迫水流发生临界或稍有淹没的水跃。

式中，ht为下游水深，为1.47m。 d．消力池的水力计算

消力池的池深S=σhc”-ht-Δz=1.1×3.25-1.47-0.72=1.39m 式中，σ为安全系数，取1.1； ht为下游水深，为1.47m； Δz为消力池出口水面落差 Δzq22g'ht22q22ghT2=0.72m

ψ’为消力池末端升坎的流速系数，取0.95； hT为池末局部水深，hT=σhc”=1.1×3.25=3.58m

消力池池长L=6.9（hc”-hc）=6.9×（3.11-0.58）=17.46m。

消力池底板厚度可根据抗冲和抗浮要求，按下式计算，并取其大值： 抗冲：t=k1qH'=0.195.715.53=0.69m。

8

抗浮：t=k2UWPmb=1.239.9229.862.87=0.62m。

25式中，t为消力池底板厚度；

ΔH’闸孔泄水时的上、下游水位差，为5.53m； k1为消力池底板计算系数，取0.19； k2为消力池底板安全系数，取1.2；

U为作用在消力池底板地面的扬压力，经计算为39.92kPa； W为作用在消力池底板顶面的水重，经计算为29.86kPa；

Pm为作用在消力池底板上的脉动压力，其值可取跃前收缩断面流速水头的5%，经计算为2.87kPa；

γb为消力池底板的饱和重度，取25KN/m³。 取两者计算最大值，消力池底板厚度取0.69m。 e．海漫长度计算 海漫长度按经验公式计算

Lp=KqH=125.715.53=43.97m K为系数，取12；

ΔH为水闸上下游水位差，为5.53m； q为消力池出口单宽流量，为5.71m³/s.m。 f．海漫末端的河床冲刷坑深度dm计算 dm=1.1qm5.71hm=1.11.47=0.63m。 [v0]3.0式中，qm为海漫末端的单宽流量，取5.71m³/s.m；

v0为河床土质允许不冲流速，因海漫下游抛填块石，取v0=3.0m/s； hm为海漫末端河床水深，取1.47m。 经计算，海漫末端的冲刷坑深度dm为0.63m。

9