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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l.Omo中间三孔

放空闸,底板高程为-4.Om,两侧八孔防潮闸底板高程为2.0m,每孔闸净宽度为

10mo

表2内海排水时计算参数特性表

外海水位An

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

H9.11-

式中8为堰壁厚度,H为堰上水头。

2.5V5.27V10,为宽顶堰流。

b.堰流及闸孔出流判定

e5

=0.549^0.65,为闸孔岀流。

式中,e为闸门开启高度,H为堰、闸前水头。

C.自山出流及淹没出流判定

闸孔出流收缩断面水深he二ele=5.0X0.650=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

0.650o

收缩断面处水流速为

0.95x72x9.81x(9.11-3.25)

=10.19m/So

式中,“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;

he为收缩断面水深。

收缩断面水深he的共觇水深

he”二

 

=6.83m;

下游水深ht=5.Om

d・过流量计算

根据闸孔自山出流流量计算公式

Q1二

“0加

0.503x30x5x72x9.81x9.11

=1008.71m3/so

式中,口0为流量系数,平板闸门流量系数可按经验公式

口0二0・60-0.176

e

71

二0.60-0.176X0.549=0.503;

b为闸孔宽度,为3X10二30m。

1.1.2两侧八孔防潮闸段

a.判定堰流类型

>10,过渡为明渠流。

H3.11

=15.43

式中5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。

1

H

-1

3J1

=-0.32<0.8,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:

Q2二

cr^nnhylTgll^

30.985x0.377x8x10x72x9^1x3.1P

=721.70m3/so

式中,m为流量系数,因进口为斜坡式进口,P/H二7/3.11二2.25,cot0=30/7=4.286,查《水利计算手册》(2006年第二版)中表3-2-1取m=0.3//;

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;

oc为侧收缩系数,为有底坎宽顶堰的侧收缩系数,可山别津斯基公式讣算

式中,P为上游堰高,取7.Om;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,oc的确定可取加权平均值

=_%(—1)+入

二0・985;

式中,n为孔数,ocm为中孔侧收缩系数,经计算取0.988,ocs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

b

頁d

代替,d为墩厚,为2.Om;计算边孔侧收缩系数时,b/B用

代替,Ab为边墩边缘线与建筑物上游引渠水边线之间的距离,为20m。

因此,外海排水时,闸室过流量Q二Q1+Q2二1008.71+721.70二1730.41m3/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.Om,两侧八孔防潮闸底板高程为2.0m,每孔闸净宽度为

10m。

湖内水位/m

外海水位/m

2.5

-3.03

表2

内海排水时计算参数特性表

1.2.1中间三孔放空闸段

a.判定堰流类型

H6.5

式中8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

—5

77_6^5

=0.77>0.65,为堰流。

式中,e为闸门开启高度,H为堰、闸前水头。

c.过流能力讣算

H

0.97

~6S

二0.15V0.8,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汁算泄流量:

Q2二

acmnbyl2gHQ2

0368x3x10x72^81x6.52

二810・38m3/so

式中,m为综合流量系数,

ni(n-I)+mKm=—

n

=0.368,查《水利计算手册》表3-2-3得mm为0.359,ms为0.385,由此公式査表计算岀流量系数,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;

oc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。

式中5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。

-6.13

().5

=-12.26<0.8,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:

Q2二

o-cmnby[2gHQ2

30.994X0.374x8x10x^2x9.81x0.5°

二46.57m3/so

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;

H0为堰上水头,为0.5m;

oc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

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,oc的确定可取加权平均值

齐/”(h_】)+4

=0.994;

n

式中,n为孔数,ocm为中孔侧收缩系数,经计算取0.993,ocs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

b

乔N

代替,d为墩厚,为2.0m:

计算边孔侧收缩系数时,b/B用

b

b+^b

代替,Ab为边墩边缘线与建筑物上游引渠水边线之间的距离,为20m。

因此,内海排水时,闸室过流量Q二Q1+Q2二810.38+46.57=836.93m3/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l.Omo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二1730.41m3/s,泄槽段及消力池段宽度为B二130m,单宽流量q二Q/B二1730.41F130二13.31m3/s。

2.1.1计算收缩断面水深

乳收缩断面水深he的基本计算公式:

E0二

a2

九十;~T

2加沁

—9・11二

he+y—2

2x9.81xO.852V

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9.11m;

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;

为流速系数,查《水力计算手册》(2006年第二版)中表4-2-1,取

0.85o

经计算,得收缩水深he二1.26m。

b.收缩断面水深he的共辘水深he”计算

he”二

牛(J1+8阳—1)

129I

于(Jl+8x3.()2-1)

=4.87

式中,Fre为收缩断面弗劳德数,Frc=

g

二3.0<>

C.水流衔接状态的判别

he”二4.87>ht二3.0m,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=ohe”-ht-Az=l.1X4.87-3-0.80=1.56m

式中,o为安全系数,取1.1;

ht为下游水深,为3.0m:

Az为消力池出口水面落差。

Az

_q2q?

2^泸h:

2ghT2

二0.80m

巾'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二ohe”=1.1X4.87=5.36m

消力池池长L二6.9(he”-he)=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二

0」9J13.31G石I

二0.99m。

抗浮:

t=

k?

u-w讥

[26033-5028+2,86'25

二0.62m。

式中,t为消力池底板厚度;

AH'闸孔泄水时的上、下游水位差,为4.11m:

kl为消力池底板讣算系数,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;

Yb为消力池底板的饱和重度,取25KX/m3o

取两者讣算最大值,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汁算

Lp二

12J13.31荷T

—62.33m

K为系数,取12;

AH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.mo

f.海漫末端的河床冲刷坑深度dm讣算

dm二

13.31

3.0

二1.88nio

式中,qm为海漫末端的单宽流量,取13.31m3/s.m;

vO为河床土质允许不冲流速,因海漫下游抛填块石,取vO二3.0m/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.Om,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二856.95m3/s,消力池段平均宽度取B二130m,单宽流量q二Q/B二856.954-150=5.71m3/s。

2.1.1讣算收缩断面水深

a.收缩断面水深he的基本汁算公式:

E0二

C2g刊/

-&5二

75.712

+r

2x9.81x0.852/?

?

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5.71m3/s.m:

g为重力加速度,取9.81m/s2;

为流速系数,查《水力计算手册》(2006年第二版)中表4-2-1,取

0.85o

经计算,得收缩水深he二0.34m。

b.收缩断面水深he的共辘水深he”计算

he”二

牛(J1+8阳—1)

晋(J1+8x4.592-1)

=3.25

式中,Fre为收缩断面弗劳德数,Frc=

g

=4.59o

c.水流衔接状态的判别

he”二3.25Aht二1.47m,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二ohe”-ht-Az=l.1X3.25-1.47-0.72=1.39m

式中,o为安全系数,取1.1;

ht为下游水深,为1.47m;

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