闸门水力计算说明.docx
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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
外海水位/m
湖内水位/m
5.11
1.0
1.1.1中间三孔放空闸段
a.判定堰流类型
2.5V5.27V10,为宽顶堰流。
b.堰流及闸孔出流判定
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=£1e=5.0®.650=3.25m。
式中,e为闸门开启高度,为5.0m;
£1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
uc=•2g(Ho-hc)=0.9529.81(9.11-3.25)=10.19m/s。
式中,书为闸孔流速系数,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。
收缩断面水深he的共轭水深
下游水深ht=5.0mvhe”=(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=J0be2gH0=0.503305、29.819.11=1008.71m3s。
式中,卩0为流量系数,平板闸门流量系数可按经验公式
卩0=0.60-0.176空=0.60-0.176X0.549=0.503;
H
b为闸孔宽度,为3X10=30m。
1.1.2两侧八孔防潮闸段
a.判定堰流类型
'=48=15.43>10,过渡为明渠流。
H3.11
式中S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。
ht1
;=37;=-0.32<°8,为自由泄流;
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:
——3
Q2=;「cmnb2gH02=
3
=0.9850.37781029.813.112=721.70m3s。
式中,m为流量系数,因进口为斜坡式进口,P/H=7/3.11=2.25,cotB
=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;
Zc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
ab1/4
Zc=1-3()(1-b/B);
3/0.2+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,a为系数,取0.10。
多孔闸过流时,Zc的确定可取加权平均值
—=f(n")%s=0.985;
n
式中,n为孔数,Zcm为中孔侧收缩系数,经计算取0.988,Zcs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用代替,d为墩厚,为2.0m;计算边孔b+d
侧收缩系数时,b/B用—代替,△b为边墩边缘线与建筑物上游引渠水边线
b+Ab
之间的距离,为20m。
因此,外海排水时,闸室过流量Q=Qi+Q2=1008.71+721.70=仃30.41m3s。
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
外海水位/m
2.5
-3.03
1.2.1中间三孔放空闸段
a.判定堰流类型
48
7.38
H6.5
式中S为堰壁厚度,H为堰上水头。
2.5V7.38V10,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
h^=0.97=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:
33
Q2=;「cmnb2gH02=0.368310、29.816.52=810.38m3s。
式中,m为综合流量系数,口=mm(n_1)叫=0.368,查《水利计算手册》
n
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,贝M则收缩系数不再计算。
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;
Zc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
48=96>10,过渡为明渠流。
H0.5
式中S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。
hk^^^=-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:
3,3
Q2=;「cmnb、2gH02=0.9940.37481029.810.52=46.57m3s。
式中,m为流量系数,因进口为斜坡式进口,P/H=5/0.5=10,cotO=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;
n为孔数,为8孔;
Ho为堰上水头,为0.5m;
Zc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
b1/4
Zc=1-3()1/4(1-b/B);
£'0.2十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,a为系数,取0.10。
多孔闸过流时,Zc的确定可取加权平均值
三J:
cm(n-1)%s=0.994;
n
式中,n为孔数,Zcm为中孔侧收缩系数,经计算取0.993,Zcs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用代替,d为墩厚,为2.0m;计算边孔b+d
侧收缩系数时,b/B用—代替,△b为边墩边缘线与建筑物上游引渠水边线
b+Ab
之间的距离,为20m。
因此,内海排水时,闸室过流量Q=Qi+Q2=810.38+46.57=856.95mas。
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=1730.41m3s,泄槽段及消力池段宽度为B=130m,单宽流量q=Q/B=1730.41T30=13.31m3s。
2.1.1计算收缩断面水深
a收缩断面水深he的基本计算公式:
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;
q为收缩断面处的单宽流量,为13.31m3s.m;
g为重力加速度,取9.81m/S2;
书为流速系数,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"==c(.18Frc2-1)=旦(183.02一1)=4.87
22
式中,Frc为收缩断面弗劳德数,Frc=一q=3.0。
hc4ghc
c.水流衔接状态的判别
he”=47>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=Zhc”-ht-△z=1.1487-3-0.80=1.56m
式中,Z为安全系数,取1.1;
ht为下游水深,为3.0m;
△z为消力池出口水面落差。
22
△z卑2q2=0.80m
2g®2ht2ghT
『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=Zhc”=1.>4.87=5.36m
消力池池长L=6.9(hc”-hc)=6.9X(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=k「.qH'=0.1913.314.11=0.99mo
抗浮:
一U-WPm60.33-50.282.86,
t=k2=1.2=0.62m。
b25
式中,t为消力池底板厚度;
△H'闸孔泄水时的上、下游水位差,为4.11m;
ki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;
丫b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=K.qH=12.13.31、4.11=62.33m
K为系数,取12;
△H为水闸上下游水位差,为4.11m;
q为消力池出口单宽流量,为13.31m3s.m。
f.海漫末端的河床冲刷坑深度dm计算
dm=1.1出hm=1.113.31「3=1.88m。
[v。
]3.0
式中,qm为海漫末端的单宽流量,取13.31m3s.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.Om/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=856.95m3s,消力池段平均宽度取B=150m,单宽流量q=Q/B=856.95母50=5.71m3s。
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:
式中,Eo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5.71m3s.m;
g为重力加速度,取9.81m/W;
书为流速系数,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”号(厂吩一小詈⑺8曲“)®5
式中,Frc为收缩断面弗劳德数,Frc=——q—=4.59。
hcJghc
c.水流衔接状态的判别
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