水闸闸孔计算及过流能力校核
水闸过流计算
水闸过流计算①开敞式水闸过流计算a.当hs ≤ 0.72H 0时，过闸水流为自由出流，流量公式Q =εmB 2gH 03/2；b.当0.72H 0<hs≤0.9H 0时，过闸水流为淹没出流， 流量公式2/3002H g mB Q σε= 单孔闸:s s b b b b 0401171.01⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=σ 多孔闸，闸墩墩头为圆弧形时：()b z b z b zz b zb d b b b d b b d b b d b b NN ++⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡++--=+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=+-=221171.011171.0110040000400εεεεε 4.000131.2⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=H h H h s sσ式中：B 0---闸孔总净宽(m)；Q---过闸流量(m 3/s)；H 0---计入行近流速水头的堰上水头(m)；g---重力加速度，可采用9.81(m/s 2)；m---堰流侧收缩系数；b 0---闸孔净宽(m)；b s ---上游河道一半水深处的宽度(m)；N---闸孔数；εz ---中闸孔侧收缩系数；d z ---中闸墩厚度(m)；εb ---边闸孔侧收缩系数；b b ---边闸墩顺水流向边缘线至上游河道水边线之间的距离(m)；σ---堰流淹没系数；h s ---由堰顶算起的下游水深(m)。
c.9.0/0≥H h s 当时，为高淹没出流，其流量计算公式： ()20000065.0877.02⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=-=H h h H g h B Q s s s μμ 式中：μ0---淹没堰流的综合流量系数；其它符号意义同前。
对于平底闸，当设有胸墙时为孔流，流量计算公式： ee e e h r H h H h gH h B Q 16200718.24.0111112=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-+='+'-'='=λλεεεφμμσ 式中：h e ---孔口高度(m)；μ---孔流流量系数；φ---孔流流速系数，采用1.0；ε′---孔流垂直收缩系数；λ---计算系数，适用于25.00<<eh r 范围； r---胸墙底圆弧半径(m)；σ′---孔流淹没系数，由规范表中查得。
水闸设计
三、防渗排水设计
修正
各角偶点渗压值
三、防渗排水设计
四、闸室设计
1.底板：
底板的结构、布置、构造在第四节已作了介绍，这里不在重复
2.闸墩：闸墩顺水流方向的长度与底板相同，为13m。闸墩为钢筋混凝土结构，中墩厚为1m，缝墩厚1.4m，边墩厚0.7m。
闸墩顶部高程在泄洪时应高于设计或校核洪水位加安全超高；关门时应高于设计或校核洪水位加波浪计算高度加安全超
三、防渗排水设计
1.防渗计算
①地基有效深度的计算。 L0=13+21=34m；S0=6.5m；;L0/S0=34/7.5=5.5＞5，故用Te=0.5L0 计算得Te=0.5×34=17m＜T实，故取最小值Te=17m作为计算深度Te.
分段阻力系数的计算。通过地下轮廓的各角点和尖端将渗流区域分成8个典型段
大坳水闸设计
水闸设计流程
闸孔设计
消能防冲设计
防渗排水设 计
闸室设计 两岸翼墙设计
一、闸孔设计
*主要内容：闸孔型式、堰型的选择、堰顶高程的确定、闸孔尺寸 1.闸孔型式：不带胸墙的开敞式闸孔型式 2.堰型的选择：平底板宽顶堰 3.堰顶高程：与原河床高程相同 4.闸孔尺寸：孔数15，单孔净宽10m
一、闸孔设计
三、防渗排水设计
主要内容： 1.防渗设计
地下轮廓线的拟定（铺盖、板桩、底板） 渗透压力计算 渗透坡降的验算 2.排水设计 在消力池护坦下设置水平排水层、垂直排水孔 在上下游翼墙设置水平排水管（排除绕渗水和降低墙后地下水位）
三、防渗排水设计
1.防渗设计
（1）底板：由于闸基土质以砂性为主，故防渗设备采用铺盖与板桩相结合的形式，闸 板上下游侧设齿墙，板桩取长度4m，厚度为0.5m。
水闸设计步骤
水闸设计步骤一、拟定闸孔形式比较最高水位与地面高程，确定闸孔结构形式。
二、选用堰型及堰顶高程根据闸基土质及运行要求，确定堰型 三、利用堰流公式初步拟定闸孔宽度。
渠道断面面积： A 平均流速： AQ v =平底堰：Hh e＞时为堰流，否则为闸孔出流； 曲线形堰：Hh e＞时为堰流，否则为闸孔出流。
h e ――闸门开度计入行进流速的上游水深：=+=gv H H 220α式中：H ——上游水深；α——流速系数，取；0v ——上游行进流速。
A ．H h s＜时用下式计算过流能力： 2/302H g mB Q σε=0H h s ＞时，σ＝4.000)1(31.2H h H h s s -⨯ ； （《水闸设计规范》公式0H h s 时, σ=1侧收缩系数ε＝１.０，流量系数m=B=2/302H g m Qσε＝B ．H h s≥时用下式计算过流能力： )(2000s s h H g B h Q -=μ20065.0877.0⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+=H h s μ闸孔总净宽： B=)(200s s h H g h Q-μ==时所需的闸孔总净宽小于初拟定的闸宽综合以上引水情况和排水情况计算并考虑一定的安全储备确定B= 六、验算闸孔过水能力m b m d m b b z 65.85.05.266.3,0.1,40=-⨯====+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=40001171.01z zz d b b d b b ε=++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++-=4002/2/1b z b z b b d b b bd b b ε淹没系数为：=-=4.000)1(31.2H hH h s s σ 侧收缩系数为：ε==+-NN b z εε）（1计算流量为：2/302H g mB Q σε=计 或)(2000s s h H g B h Q -=μ七、画出闸孔宽度布置图消能防冲设计一、用孔流公式计算闸门初始开度和出闸水流出使流量设闸孔开度e 为 根据闸门相对开度：=he判别出流形式 由《水利学》表8-7查得平板闸门的垂直收缩系数：=2ε 收缩断面水深：==e h c 2ε流量系数：=-=he 176.060.0μ收缩断面流速：====202022εμεμgH be gH be bh Qv c c收缩断面的共轭水深：=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+=''18122c c cgh v h h C潜孔比：()()=--''''cc th H h h由《水力学》图8-34查得淹没系数σs = 比较t h 与 ''c h 的大小确定出流形式如闸孔为淹没出流，则流量根据《水力学》（8-24）计算单孔流量：gH be gH be Q s s s 220μσμσ==；总流量： =Q 以相同的方法设一组不同的闸孔开度e 值，求得相应的 h c ’’－h t 最大时，相应的下泄水流的能量最大最大流量计算表三、计算出闸水流的水跃 消力池宽度：=B 单宽流量： ==B Q q 上游河道断面面积： =A 平均流速： ==AQ V 跃前水深c h 按《水闸设计规范》公式（）计算：022203=+-ϕαg q h T h cc式中：α——水流动能校正系数，取； q ——过闸单宽流量；ϕ——水流动能校正系数，取；0T ——由消力池底板顶面算起的总势能移项得2302ϕg q h T c += 令==22ϕαg q则230cc h h T α+=， 即cc h T h -=0α故=--=00T T T h c ααα按迭代法计算''c h设m h c 0.10==-=-=+ncn c n ch T ah T g q h002212/φ 式中：=++=g V d H T 2/2000==322c gh q Fr α跃后水深：()=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⨯=25.0212"1812b b Fr hh c c或根据2Fr 值查表得共轭水深比=1η ，则"c h ＝c h 1η；若//c h ＞h s 则需设消力池。
闸门水力计算说明
水闸水力计算说明一、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1.1.1中间三孔放空闸段 a.判定堰流类型27.511.948==Hδ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11.95=H e =0.549≤0.65，为闸孔出流。
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h c=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υc=)(20c h H g -ϕ=）（25.311.981.9295.0-⨯⨯⨯=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；H 0为闸前总水头，为9.11m ； hc 为收缩断面水深。
收缩断面水深hc 的共轭水深hc”=)181(22-+c c c gh h ν=)125.381.919.1081(225.32-⨯⨯+=6.83m ；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Q 1=002gH be μ=11.981.92530503.0⨯⨯⨯⨯⨯=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=0.60-0.176He=0.60-0.176×0.549=0.503； b 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43.1511.348==Hδ＞10，过渡为明渠流。
水闸设计
流量 Q（m3 / s) 下游水深H 上游水深 hs 1490 1650 1806 1.76 2.07 2.38 3.25 3.47 3.67
单宽流量 12.41 13.75 15.05
qs
上、下游 海漫长度L p 水位差 H ' 1.49 1.4 1.29 46.7 48.4 49.6
则为淹没出流，列表计算
表 2 流态判别
流量Q（m3/s） 下游水深hs(m)
H 0 (m)
Hs 0.8H 0
流态
设计流量2010
校核流量2265
2.76
3.21
4.11
4.43
否
否
非淹没出流
非淹没出流
（3）、闸孔总净宽计算 计算结果列入下表 表 3 闸孔总净宽计算
流量Q （m3/s） 下游水深 hs(m) 总净宽
1.05 消力池出口流速系数： ' 0.95 水跃淹没系数：
消力池长度：L 4m 0
P 1 0.25H 0 H 0
" Lj 6.9 hc hc
L L0 L j
其中：
m 0.385 ， H0 1.61m ，由于本水闸为无坎宽顶堰，P1 d 。
冲刷变形;具有一定的透水性，以便使渗水自由流出，降低扬压力；表面具有一 定的粗糙度，以利进一步消除余能。 所以选择在海漫的起始段为10米长的浆砌石水平段，因为浆砌石的抗冲性能 较好，其顶面高程与护坦齐平。后45米做成坡度为1：15的干砌石段，以使水流 均匀扩散，调整流速分布，保护河床不受冲刷。海漫厚度为0.5米，下面铺设 15cm的砂垫层。如下图所示
由于
L0 / S0 5时：Te 0.5L0
闸门水力计算说明
水闸水力计算说明一、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1.1.1中间三孔放空闸段 a.判定堰流类型27.511.948==Hδ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11.95=H e =0.549≤0.65，为闸孔出流。
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h c=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υc=)(20c h H g -ϕ=）（25.311.981.9295.0-⨯⨯⨯=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；H 0为闸前总水头，为9.11m ； hc 为收缩断面水深。
收缩断面水深hc 的共轭水深hc”=)181(22-+c c c gh h ν=)125.381.919.1081(225.32-⨯⨯+=6.83m ；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Q 1=002gH be μ=11.981.92530503.0⨯⨯⨯⨯⨯=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=0.60-0.176He=0.60-0.176×0.549=0.503； b 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43.1511.348==Hδ＞10，过渡为明渠流。
水闸水力计算
平底宽顶堰淹没出流过流能力计算(校核洪水)
一、输入参数
闸孔总净宽………………………B0=84m 重力加速度……………………… g=9.81
上游水位……………………… H上=1301.65m 上游行进流速……………V0=2
底板高程…………………… H上底=1292.5 侧收缩系数……………ε=0.95
下游水位……………………… H上=1299.57m 流量系数……………m=0.38
下游底高程………………… H下底=1292m
二、计算过程
1、当hs/H0<0.9
上游水深 H=9.150m流速水头 V0^2/2/g=0.204
下游水深 h s=7.570m计入行近流速水头的堰上水深 H0=9.354淹没系数σ=2.31hs/H0(1-hs/H0)^0.4=0.964
淹没出流过流能力 Q=3702.445
2、当hs/H0>0.9
综合流量系数μ0=0.902
淹没出流过流能力 Q=3394.634
附：侧收缩系数计算
1、单孔闸
闸孔净宽…………………… b0=4m 上游河道一半水深处的宽度… b s=6m 堰流侧收缩系数ε=0.948
2、多孔闸
闸孔孔数…………………… n=6 中闸墩厚度……………………… d z=4m 闸孔净宽…………………… b0=14m 边闸墩厚………………………b b=3m
中闸孔侧收缩系数εz=0.964中闸孔侧收缩系数εz=0.958
堰流侧收缩系数ε=0.963。
水闸工程复核计算方法分析与
水闸工程复核计算方法的分析与探讨摘要：水闸工程是水利基础设施的重要组成部分。
建国以来,我国陆续兴建了大量的水闸。
根据统计资料,截至2008年底,我国已建成各类水闸上千座。
这些工程在防洪、防潮、排涝、供水等方面发挥了重要的作用,为兴利除害、保护人民生命财产安全做出了巨大的贡献。
本文简要介绍了水闸工程复核计算的基本内容和方法,包括水闸的过流能力、消能防冲能力、渗透稳定、闸室稳定和结构受力计算等,并对该计算方法进行分析与探讨，从而对水闸工程给出合理化的综合评价与建议。
关键字：水闸工程工程复核复核计算过流能力消能防冲能力闸室稳定水闸工程对于防洪、防潮、排水等方面有重要意义，因此，水闸工程的建设至关重要，其安全质量问题直接关系到水利工程的好坏，在水闸工程建设中，复核计算是一个重要的步骤，它不但检查了之前的设计方案是否符合实际要求，还深一步的从理论上给水闸工程建设做了科学指导，本文将针对水闸工程复核计算问题展开论述。
1水闸工程简介1.1水闸定义及其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。
多用于河道，渠系水库、湖泊岸边。
关闭闸门，可以拦洪、挡潮、蓄水从而抬高上游水位，以满足上游取水或通航的需要，开启闸门，可以泄洪、排涝、冲沙、取水或根据下游用水的需要调节流量。
水闸在水利工程中的应用十分广泛，多建于河道、渠系、水库、湖泊以及滨海地区。
水闸分为节制闸、进水闸、分洪闸、排水闸、挡潮闸、冲沙闸，一般由闸室、上游连接段和下游连接段组成。
1.2水闸工程简介水闸的建筑需要考虑多方面的因素，并且要进行周密的计算以及复核，以期达到最好的拦洪，泄洪等效果。
水闸工程的基本内容主要包括闸址的选择，闸孔的设计(包括堰型的选择、闸底板高程的计算、闸孔总净宽的计算)，防渗设计，消能防冲设计，闸室布置等。
我国修建水闸的历史悠久。
当前我国水闸的建设，正向形式多样化、结构轻型化、施工装配化、操作自动化和远动化方向发展。
在当今的水闸建设中，对水闸工程的复核计算显得尤为重要。
水闸设计说明书
——墩孔的个数；
——边孔的个数。
（1）设计时的泄洪能力
根据式2-2、2-3、2-4计算可得：
对于中孔：
得
靠缝墩孔：
得
对于边孔：
得
所以
（2）校核时泄洪能力
根据式2-2、2-3、2-4计算可得：
对于中孔：
得
靠缝墩孔：
得
对于边孔：
得
所以
与假定的接近，根据选得的孔口尺寸与上下游水位，近一步换算流量如下表所示。
黏土
砂土
中细砂层
以下土层
水文气象
1、地震设计烈度：60。
2、多年平均年最大风速： 。
3、冰冻。闸址处无河水冰冻现象。
4、孔口设计水位
表1-3
计算情况
闸上水位
闸下水位
过水流量
设计情况
2.5m
2.4m
460m3/s
校核情况
3.0m
2.4m
670m3/s
5、消能防冲设计
设计情况：闸上水位2.6m，闸下水位-1.0m，初始流量由闸门开度确定；
渗透压力 =1.2
地震动水压力 =1.0
5、地震惯性力分项系数 ： =1.0
⑥结构系数 ： =1.2
第二章闸孔设计
2.1闸址的选择
闸址、闸轴线的选择关系到工程的安全可靠、施工易难、操作运用、工程量及投资大小等方面的问题。在选择中首先应根据地形、地质、水流、施工管理应用及拆迁情况等放面进行分析研究，权衡利弊，经全面分析比较，合理确定。
2.3拟定闸孔尺寸及闸墩厚度
由于已知上、下游水位，可推算出上游水头及下游水深。如表2-1所示。
计算说明：
设计时上游过水面积
校核时上游过水面积
小型水闸—设计小型水闸闸孔
底板高程选择的一般原则
水闸类型
主要功能
底板高程
进水闸、分洪闸
引水或泄洪 ，防大量推移 质沙进入渠道或分洪区
∇底板 ∇闸前河床
拦河闸、冲沙闸
以利泄洪、排沙
∇底板 ∇闸前河床
排水闸、挡潮闸
低洼处排水 、排涝
∇底板 ∇闸前河床
03
小结
知识点小结：
1、水闸闸底板高程的确定需要综合考虑闸址条件、水闸的类型 与作用、过闸流量大小、水闸规模及工程投资等来确定。 2、对于不同规模的水闸，闸底板高程直接影响闸孔尺寸及工程 投资，因此闸底板高程的确定也需几种方案论证比较。
03
小结
知识点小结： 闸孔宽度设计步骤： 1.闸孔总净宽度； 2.单孔净宽和孔数； 3.考虑闸墩总厚度，拟定闸室总宽度； 4.过流能力校核，闸孔尺寸调整。
孔流式闸孔在上游水位较低时也会出现堰流状态。
孔流与堰流判断条件：
e 0.65为孔流 H
e 0.65为堰流 H
e为闸门开启高度，H为堰上水头
02
闸孔的特点
堰流式闸孔 堰流式闸孔依靠闸门挡水，闸门全开时，过闸水流具有自由水面。 适用条件：平原地区，开敞式水闸用的多 优 点：水闸的过水面积和泄流量都随着水位的抬高而增大，
宽顶堰 低实用堰 其他类型
梯形堰 驼峰堰 WES低堰
低实用堰
梯形堰
驼峰堰
WES低堰
宽顶堰型（采用较多）
优点：结构简单，施工方便， 泄流稳定，利于泄洪排沙，平原 区采用较多。 缺点：流量系数较小，易产生波 状水跃。出闸水跃无强烈旋滚， 水面呈波状 ，主流在底部。
草街航电枢纽减小闸门高度 •消除波状水跃
闸孔宽度设计
目 录
1 闸孔总净宽 2 闸室总宽度 3 小结
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闸门孔数n 15中间闸墩侧收缩系ξz 0.97276988单孔净宽b010边闸孔侧收缩系数ξb
0.91021928总净宽B0150侧收缩系数ξ0.96859984闸墩厚度dz 2断面面积2424.35b b 62洪水流量Q 12400原河道底高程324
坎顶高程324平底板，无底坎宽顶堰
河道流速 5.114773032淹流流量系数m 0.385上游水位340.5h0/H00.857941711下游水位339.3堰流淹没系数σ0.907938421上游水深16.5过流能力Q 16941.53473堰上水深H017.83337937过流能力校核0.366252801下游水深h015.3
闸门孔数n 15中间闸墩侧收缩系ξz 0.97276988单孔净宽b010边闸孔侧收缩系数ξb
0.91021928总净宽B0150侧收缩系数ξ0.96859984闸墩厚度dz 2断面面积2659b b 62洪水流量Q 13900原河道底高程324
坎顶高程324平底板，无底坎宽顶堰
河道流速 5.227529146淹流流量系数m 0.385上游水位340.9h0/H00.923859917下游水位340.9堰流淹没系数σ0.761839423上游水深16.9过流能力Q 14768.28942堰上水深H018.29281656过流能力校核0.062466865下游水深h016.9
闸门孔数n 15中间闸墩侧收缩系ξz 0.97276988单孔净宽b010边闸孔侧收缩系数ξb
0.91021928总净宽B0150侧收缩系数ξ0.96859984闸墩厚度dz 2断面面积2685.15b b 62洪水流量Q 14600原河道底高程324
坎顶高程324平底板，无底坎宽顶堰
河道流速 5.437312627淹流流量系数m 0.385上游水位341.1h0/H00.919016455下游水位341.1堰流淹没系数σ0.776772748上游水深17.1过流能力Q 15447.17611宽顶堰堰流泄流能力计算(P=5)
宽顶堰堰流泄流能力计算(P=3.33)
宽顶堰堰流泄流能力计算(P=2)
堰上水深H018.60684855过流能力校核0.058025761下游水深h017.1
宽顶堰堰流泄流能力计算(历史最大洪水)
闸门孔数n15中间闸墩侧收缩系ξz
0.97276988单孔净宽b010边闸孔侧收缩系数ξb
0.91021928总净宽B0150侧收缩系数ξ0.96859984闸墩厚度dz2断面面积2931.025 b b62洪水流量Q15000原河道底高程324
坎顶高程324平底板，无底坎宽顶堰
河道流速 5.117663616淹流流量系数m0.385上游水位341.9h0/H00.930600741下游水位341.9堰流淹没系数σ0.739464462上游水深17.9过流能力Q15456.0191堰上水深H019.2348869过流能力校核0.030401273下游水深h017.9。