水閘水力計算

1、一、閘孔寬度的確定1、流量計算南沙平原總面積741.9km2, 72小時設(shè)計暴雨值20年一遇為258mm。 產(chǎn)流計算采用初損后損法。南沙平原為沙性土，初損取30mm，后損取每 小時0.5mm。設(shè)三日洪水總量為Q。Q = （0.258m-0.03m-0.0005mX 72 ）X 741.9 X106m2=0.192mX 741.9 X106m3=14244.48 萬 m3南沙平原為河網(wǎng)地區(qū)，錢塘江一線排澇閘共11座，閘孔總寬為192m。 外六工段閘分得三日排澇流量為2826.58萬m3外六工段閘平均流量 Q=2826.58 X 104/72 X 60 X 60 X 50%=218.1m3/s。2

2、、閘孔總寬度計算外六工段及相關(guān)地段潮汐特征表：（85國際：米）*地點(diǎn)項目、*外六工段外四工段鹽官備注歷史最高潮位7.837.928.03平均高潮位3.994.113.92平均低潮位1.191.840.66歷史最低潮位-1.65-0.77-2.32百年一遇高潮位7.938.077.83五十年一遇高潮位7.677.837.59二十年一遇高潮位7.287.447.26百年一遇低潮位-1.65-0.77-2.32五十年一遇低潮位-1.09-0.47-1.57二十年一遇低潮位-0.630.01-1.12注：摘自蕭圍蕭圍北線外六工段至外八工段標(biāo)準(zhǔn)塘軸線調(diào)整（即新圍2000 )畝工程初步設(shè)計內(nèi)河起排水位4.

3、3m (85國際，下同)，外江水位取平均高潮位3.99m, 閘底板高程1.2m。應(yīng)用寬頂堰流量公式推算水閘總寬：式中：。一淹沒系數(shù) 一側(cè)收縮系數(shù)ho一堰頂全水頭(m)m一流量系數(shù)Q過閘流量(m3/s)v0上游行近流速H一上游水深H2V)版4.303.991.201.20H0hh/H=(3.99-1.2) / (4.3-1.2) =2.79/3.1=0.9查表得淹沒系數(shù)為。=0.83側(cè)收縮系數(shù)定為1流量系數(shù)m 一般取0.385寬頂堰流量公式簡化為：R Q B = m、2gH 02H0和V0都是未知，須進(jìn)行試算:第一次試算:不計行近流速，H0=H=4.3-1.2=3.1mD QB = mp2gH

4、；218.10.83 x 0.385 扣；2 x 9.81 x 3.12218.10.83 x 0.385 x 4.43 x 5.49218.17.77=28.07mV01TZ 218.1218.1V =01 28.07 x 3.1 87.017=2.506m / sH = H +、= 3.1 + 2.5062 = 3.1 + 0.320 = 3.420m 012 g 2 x 9.81第二次試算：,=218.12 0.83 x 0.385、2 x 9.81 x 3.420；218.10.83 x 0.385 x 4.43 x 6.325218.1 = 24.36m8.95402218.1218

5、.102 24.36 x 3.1 75.516=2.888m / s02V2 =3.1 + 02-2g=3.1 +2.88822 x 9.81=3.1 + 0.425 = 3.525m第三次試算:。m、2gH、02218.1218.1218.10.83 x 0.385 % 2 x 9.81 x 3.525,0.83 x 0.385 x 4.43 x 6.618 9.36823.28m03218.1218.10323.28 x 3.1 72.168=3.022m / s03=H+032g= 3.1+3.02222 x 9.81=3.1 + 0.465 = 3.565m033.565 - 3.52

6、53.5650.043.565=0.01122 = 1.12% 5%滿足精度要求=3.565m03218.1m。、2gH0.83 x 0.385 x.2x 9.81 x 3.565218.1218.10.83. x 0.385 x 4.43 x 6.731 9.528= 22.89m取 B=24m，即 4 孔 6m,中墩寬為1為閘底板高程1.2m （85國標(biāo)）二、流量計算1、設(shè)計流量計算米用寬堰流量公式Q =o m *8 - n - b J2g H ；V 2H 0 = H + 2-式中：。一淹沒系數(shù) 一側(cè)收縮系數(shù)m一流量系數(shù)n一閘孔數(shù)b 0一單孔凈寬(m)ho一堰頂全水頭(m)v0上游行近流速

7、(m/s)H一上游水深(m)內(nèi)河起排水位4.3m (85國際，下同)，外江水位取平均高潮位3.99m, 閘底板高程1.2m。(圖1-1)，應(yīng)用寬頂堰流量公式推算設(shè)計流量：由 h/H=(3.99-1.2) / (4.3-1.2) =2.79/3.1=0.9 查表得淹沒系數(shù)為O =0.83； 由于為無坎高寬頂堰，流量系數(shù)m取0.385； n=4, b0=6m；側(cè)收縮系數(shù) 由下面三式進(jìn)行計算：8=8 z (n - 1) + 8 bnb -8 = 1 - 0.171 x (1 - 0) xrb /(b + d )zb0 + dA o o z = 1 - 0.171 X (1 -b0zdb + z、，

8、d ,、)X 4b0/(bo+ 艾 + bb)+ b0 一中間閘孔側(cè)收縮系數(shù)z ,一邊閘孔側(cè)收縮系數(shù) bd 中間閘墩厚度zb 一邊閘墩順?biāo)飨蜻呄蜻吘壘€至上游河道水邊線之間的距離 b根據(jù)初步設(shè)計三視圖，dz=1m； bb=0mb = 1 - 0.171 x (1 - o) x v b /(b + d ) zb0 + d oo /=1 - 0.171 x (1 - 6 ) x 4：6/(6 +1)=1 - 0.171 x 0.1429 x 0.9622d)x J b /(b + 芯 + b )=1 - 0.024 = 0.976 = 1 - 0.171 x (1 、zdb + 2 + b TOC

9、 o 1-5 h z 61=1 - 0.171 x (1 -) x 4；6/(6 + + 0)6 + - + 0、22=1 - 0.171 x 0.077 x 0.980=1 - 0.013 = 0.987 = ,(n-1) + b = 0.987(4 -1) + 0.976 = 3.937 = 0.984 n44H0和V0都是未知，須進(jìn)行試算確定設(shè)計流量:第一次試算： 不計行近流速，H0=H=4.3-1.2=3.1m3. 3182.45182.45 = 2.180m / s83.70Q =b m n - b J2 gH 2 = 0.83 x 0.385 x 0.984 x 4 x 6 x 履

10、 x 9.81 x 3.12 =7.546 x 4.43 x 5.458 = 182.45m3 / sV =Q1=01(n x b0 + 3) x H (4 x 6 + 3) x 3.1H 01 = H + g = 3.1 + ；18； = 3.1 + 0.242 = 3.342m第二次試算：Q =b m-e-n - b !2gH ； = 0.83 x 0.385 x 0.984 x 4 x 6 x*吃 x 9.81 x 3.342； =7.546 x 4.43 x 6.110 = 204.25m3 / sV02204.25(n x b0 + 3) x H (4 x 6 + 3) x 3.12

11、04.25 =2.440m / s83.7H02V 224402=H + 02 = 3.1 += 3.1 + 0.303 = 3.403m2g2 x 9.81第三次試算:Q3 2 m e n b0 再H0.2； = 0.83 x 0.385 x 0.984 x 4 x 6 xx 3.4032 =7.546 x 4.43 x 6.278 = 209.87m3 / sV03Q3(n x b0 + 3) x H209.87(4 x 6 + 3) x 3.129.87 = 2.507m / s83.7H03V2=H + 03 = 3.1 +2 g2.5072 = 3.1 + 0.320 = 3.420

12、m2 x 9.81第四次試算:-,33V04211.44Q 4= (n x b0 + 3) x H(4 x 6 + 3) x 3.1211.44=2.526m / s83.7Q =b m - n - b 寸 2 gH 2 = 0.83 x 0.385 x 0.984 x 4 x 6 x*，2 x 9.81 x 3.4202 =7.546 x 4.43 x 6.325 = 211.44m3 / sH04H04H04-H033.425 - 3.420 0.005=0.0015 = 0.15% 5%3.4253.425V 22.5262=H + = 3.1 += 3.1 + 0.325 = 3.42

13、5mg2 x 9.81滿足精度要求，Q = b m-e-n - b0 鼻H； = 0.83 x 0.385 x 0.984 x 4 x 6 x J2x 9.81 x 3.4253 =7.546 x 4.43 x 6.339 = 211.91m3 / s得設(shè)計流量：Q=211.91m3/s2、最大流量計算根據(jù)表1-1，當(dāng)外江為平均低潮位時將為自由出流，a=1.0,孔全開時將有最大流量Qmax，Qmax也要經(jīng)過試算求得。第一次試算：水閘四不計行近流速，H0=H=4.3-1.2=3.1m3 3Q = m-e n -b -j2gH2 = 0.385x 0.984x 4x 6x J2x9.81 x 3.

14、12 =9.092 x 4.43 x 5.458 = 219.83m3 / sV01219.83max1=(n x b0 + 3) x H (4 x 6 + 3) x 3.12些=2.626m / s83.7H01=H + 01 = 3.1 + 2.626 = 3.1 + 0.351 = 3.451m2g2 x 9.81第二次試算:3 3Q 2 = m e n - b0 J2gH0 j = 0.385 x 0.984 x 4 x 6 x 廿2 x 9.81 x 3.4512 =9.092 x 4.43 x 6.411 = 258.22m3 / sV02Qmax 2(n x b0 + 3) x

15、H258.22(4 x 6 + 3) x 3.1258.22=3.085m / s83.7H02V 2=H + 0 = 3.1 +2 g3 一0852 =3.1 + 0.486 = 3.586m2 x 9.81第三次試算:命 3 = m -e- n - b0 鼻H J = 0.385 x 0.984 x 4 x 6 xx 3-586t =9.092 x 4.43 x 6.791 = 273.52m3 / s273.52273.52 =3.268m / s83.7V03 = (n x b +3) x H - (4x 6 + 3) x 3.1 0H 03 = H + 乒=3.1 + ；26； =

16、3.1 + 0.545 = 3.645m第四次試算：3Q = m n - b 司 2gH 2 = 0.385 x 0.984 x 4 x 6 xq 2 x 9.81 x 3.6452=9.092 x 4.43 x 6.959 = 280.29m3 / sV04280.29max 4=(n x b0 + 3) x H (4 x 6 + 3) x 3.12些=3.349m / s83.7H04V 23.3492=H + 04 = 3.1 += 3.1 + 0.572 = 3.672m2 g2 x 9.81第五次試算:氣X5 = mn b0 再H ，0.385 x 0.984 x 4 * x 6 E

17、 x 3-6723 =9.092 x 4.43 x 7.036 = 283.39m3 /sV05Qmax5(n x b0 + 3) x H283.39(4 x 6 + 3) x 3.1283.39 = 3.386m / s83.7H05V 2=H + 05 = 3.1 +2gH 05H05-H043.684 - 3.672 0.012 =0.0033 = 0.33% 5%3.6843.684滿足精度要求，H0 牝 H05 = 3.684m-h 3 八八 -3Q = m n b %:2gH 2 = 0.385 x 0.984x 4 x 6 x x;2 x9.81 x 3.6842 =9.092

18、x 4.43 x 7.071 = 284.80m3 / s得設(shè)計最大流量：Qmax=284.80m3/s三、消能設(shè)計1、消力池池深計算（1）計算消力池深度的流量確定將消力池初始工況設(shè)為上游為起排水位4.3m,下游平均低潮位。下 游平均低潮濕位為1.99m （表1-1），而閘低板高程為1.2m，所以初始工 況為下游無水。用式公d =. 0hc-h fz計算消力池深度。（如圖3-1）圖3-1從式d =。h - h - Az中不難看出當(dāng)h - h 最大時所需的池深最深，0 c sc s當(dāng)閘門拉啟，隨著流量的增大，下游水深也會逐漸上升。因此最大流量時往往得出的hc- h最大，池深也不是最深。應(yīng)通過試算

19、各種流量下的h - h的差距，當(dāng)h - h最大時選用這時的流量作為計算池深的流量。2、消力池池長計算由于水躍長度與下游水深關(guān)系不大，消力池池長計算的流量取最大流量 Q =284.80m3/s。max消力池長度為：L = L +p LL一消力池長度sjL一消力池斜坡段水平投影長度七一自由水躍長度P一水躍長度校正系數(shù)自由水躍長度計算采用歐氏公式：L = 6.9,h ” h j 1 cC）h ”一設(shè)池后最大流量時的躍后水深 Ch一設(shè)池后收縮水深Ch 3 - Th 2 + 土 = 0c 0 c2 g 2T一消力池底算起的總勢能0q過閘單寬流量a 一水流動量校正系數(shù)（取1.0）g 重力加速度（取9.8m/s2）4 流速系數(shù)（取0.95）八，/） 284.80q = Q /履4 + 37= 27= 10.55m3（s - m）d 消力池池深（1.2m）h 一上游水深(4.3-1.2=3.1m)%最大流量時的行近流速(3.39m/s)V 23392