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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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