水閘水力計算的案例綜述1.1過流能力計算1.1.1資料的分析和處理通過分析設計任務書可以得到如下參數。閘底板設計高程46.30m，10年一遇設計流量7.30m3/s，上游設計水位49.90m，下游設計水位49.80m，20年校核流量11m3/s，上游50.40m，下游校核水位50.10m，閘前灌溉水位為49.25m，閘后水位為49.15m。建筑物總長69m，由進口段、閘室段、出口段等部分組成。1.1.2計算工況的選?。?）設計工況（設計水位）：閘上游為十年一遇設計水位49.90m，下游水位49.80m。（2）校核工況（校核水位）：閘上游為二十年一遇校核水位50.40m，下游50.10m。1.1.3過流形式判別寬頂堰是水閘中最常采用的一種型式。它有利于泄洪、沖沙、排污、排冰，且泄流能力比較穩定，結構簡單，施工方便;但自由泄流時流量系數較小，容易產生波狀水躍。低實用堰有梯形的、曲線形的和駝峰形的。實用堰自由泄流時流量系數較大，水流條件較好，選用適宜的堰面曲線可以消除波狀水躍;但泄流能力受尾水位變化的影響較為明顯，當hs>0.

6H以后，泄流能力將急劇降低，不如寬頂堰泄流時穩定，同時施工也較寬頂堰復雜。當上游水位較高，為限制過閘單寬流量，需要拾高堰頂高程時，常選用這種型式。初步擬定閘底為寬頂堰。閘門選用3m×3m的平面鋼閘門。根據《水力學》（第二版）寬頂堰堰流與閘孔出流的判別條件：eHeH3m×3m的平面鋼閘門的最大開度e為3m。閘底板高程46.30m。（1）設計工況：H=49.90-46.30=1.60m，e/H=0.83＞0.65，為堰流。（2）校核工況：H=50.40-46.30=4.10m，e/H=0.73＞0.65，為堰流。（3）灌溉工況：灌溉時需關閘蓄水，提高灌溉水位，無需泄流，因此不進行灌溉工況的過流能力校核。表2-1各工況的過流形式表工況堰上水頭H閘門最大開度ee過流形式灌溉水位49.25m—3m——設計水位49.90m1.60m0.83堰流校核水位50.40m4.10m0.73堰流1.1.2計算理論公式選擇《水閘設計規范SL265-2016》附錄A計算公式（A.0.1—1）Q=σs其中：H0=H+v式中Q—過閘流量，m3b—每孔凈寬，m；H0v0—行近流速，mm—自由堰流的流量系數；ε—側收縮系數；σs淹沒系數可按以下經驗公式計算：σs=2.31?sH0(1–式中：?s—從堰頂起算的下游1.1.4計算與結果代入上式，因閘前流速很小，流速水頭忽略不計，即（v0=0）。故H0=H+0=H側收縮系數的計算公式如下：ε=1?0.2[Ka+(n?1)其中：Ka—邊墩形狀系數；Kp—閘墩形狀系數；H0—堰頂全水頭，m；b'n—堰孔數；閘墩形狀選用圓弧形閘墩，Ka=0.7,（1）設計水位：σs=2.313.53.6(1-3.53.6)0.4=0.536ε（2）校核水位:σs=2.313.84.1(1-3.84.1)0.4=0.752ε將以上參數匯總為表2-2表2-2水利參數匯總表計算工況σεmb（m）H0設計工況0.5360.4960.38531.60校核工況0.7520.8090.38534.10（1）設計工況：Q=0.536×0.496×0.385×3×2×9.8×1.602/3=9.29m3/s（2）校核工況：Q=0.752×0.809×0.385×3×2×9.8×4.102/3=25.84m3/s表2-3流量匯總表計算工況過流能力Q（m3/s）十年一遇設計流量Q（m3/s）二十年一遇校核流量（m3/s）過流能力滿足與否設計工況9.297.30—滿足校核工況25.84—25.84滿足由表可知，設計水位Q=9.29m3/s；校核水位Q=25.84m3/s，設計水位Q=9.29m3/s＞10年一遇設計流量7.30m3/s，校核水位Q=25.84m3/s＞20年校核流量11m3/s，按以上計算成果，節制閘擬定的規模為單孔3m×3m時的過流能力滿足要求。1.2消能防沖布置水閘的水頭低，閘前最高水深僅有4.10m，下游水深大，下泄水流沒有足夠的能量將水流挑射到一定遠的距離；又因為水閘下游水位變化大，灌溉期下游無水，設計工況下游水位1.50m，一般也難以產生面流式水躍。因此，水閘一般只能采用底流式水躍消能，消力池需要進行挖深。1.2.1選擇計算工況在設計時，應對可能出現的各種水利條件及最不利的水位組合情況進行計算。故選用二十年一遇校核工況進行計算。二十年一遇設計流量為11m3/s，閘前水位高程50.40m。1.2.2消力池尺寸設計（1）消力池深度計算閘前水位高程Z2為50.40m，因為閘底板高程Z1為46.30m，水閘為整體式平底板閘，閘底板設計高程與下游河道底面高程一致，所以下游底面高程Z3為46.30m。閘前行近非常小，忽略不計。閘門凈寬為1.0m，收縮斷面處的單寬流量q=Q/b=11/3=1.67m3/s，水流動能修正系數α可采用1.0～1.05，本設計取1.05。消力池的流速系數φ取0.95。消力池的寬度：首端：b1為5m，末端b2為5m。下游水深?s'為假設消力池深度為d=0.3m.從消力池底面算起的閘前總水頭為：T0=Z2-Z3+d+V0池內收縮水深hc=T0-α×q22ghc池內躍后水深?c''=?c21+8αq出池落差Δz=α×q22g(φ×?s')2?α×q22g(?c''水躍淹沒系數σ=(d+?s'+Δz)/?c當1.05≤σ≤1.10時假設正確，故不滿足要求，重新假設池深d進行計算。②假設消力池深度為d=0.5m。從消力池底面算起的閘前總水頭為：T0=Z2-Z3+d+V0池內收縮水深hc=T0-α×q22ghc×φ2池內躍后水深?c''=?c21+8αq出池落差Δz=α×q22g(φ×?s')2?α×q22g(?c''水躍淹沒系數σ=(d+?s'+Δz)/?c當1.05≤σ≤1.10時假設正確，故不滿足要求，重新假設池深d進行計算。假設消力池深度為d=0.8m。從消力池底面算起的閘前總水頭為：T0=Z2-Z3+d+V0池內收縮水深hc=T0-α×q22ghc×φ2池內躍后水深?c''=?c21+8αq出池落差Δz=α×q22g(φ×?s')2?α×q22g(?c''水躍淹沒系數σ=(d+?s'+Δz)/?c當1.05≤σ≤1.10時假設正確,故當消力池深度為d=0.8m時，滿足要求。（2）消力池長度計算池內收縮水深hc為0.41，池內躍后水深?c''水躍長度Lj=6.9(?c''—hc)=6.9×(4.32—0.41)=11.斜坡段水平投影長度Ls為4m。水躍長度校正系數β可采用0.7～0.8，取0.7。消力池長度Lsj=Ls＋βLj=4+0.7×11.8=11.66m，為安全起見，將消力池全長設為14m，斜坡段為4m，坡比1∶5。（3）消力池底板厚度計算閘孔泄水時，上下游水位差ΔH’為0.3m。收縮斷面處的單寬流量q=Q/b=11/3=1.67m3/s，消力池底板計算系數k1可取范圍0.15～0.20，為安全起見，本設計取0.20。底板厚度t=k1qΔH’