取水枢纽进水闸设计计算说明书一工程概况：某灌区总灌溉面积97.6万亩，灌区分布在河道两岸，两岸灌溉面积大致相等。

根据河流的水沙情况及取水要求，经过综合比较，修建由拦河坝，冲沙闸，进水闸组成的冲沙槽式Ⅱ等取水枢纽。

拦河闸横跨河道修建，于主河道正交，闸地质河宽270m，拦河闸底板高程与河床平均高程相同，为31.5m，两岸堤坝高程39.8m，闸上游限制最高洪水位38.8m，冲沙闸布置在拦河闸两侧，地板高程31.5m，进水闸为了满足两岸灌溉要求，采用两岸布置方案。

枢纽平面布置如图1所示：二工程资料：1.气象：多年平均气温7.5°C 。

月平均最搞气温20.3°C ，月平均最低气温-18°C，冻层深度1.0—1.5m，多年平均风速4.1m/s ，汛期最大风速8.4m/s 。

2.水文：33进水闸以5％的洪水作为停水标准，灌溉临界期相应的河道流量Q=400sm/3，闸址处平均含沙量1.8kg/m3，实测最大含沙量4.74kg/m3。

3.地质情况：渠道附近属于第四纪沉积岩，厚度较大，两岸滩地为粉质壤土及粉沙，其下为砾质中沙，次下为砾质粗沙：沿河一带地下水埋藏深度随地形变化，一般在2.5m左右，因土质透水性强，地下水位变化受河道水位影响大，丰水期河水补给地下水位较高，枯水季节，地下水补给河水。

4.地基土设计指标：地基允许承载能力[σ]＝250KN/m2；地基应力分布允许不均匀系数η＝2～3；砼与中砂摩擦系数 f＝0.4；砼容重γ＝24KN/ m3；回填土：尽量以透水性良好的砂质中砂或粗砂回填，回填土壤容重γ干＝16KN/ m3；γ湿＝10KN/ m3；γ饱＝20KN/ m3；C=0；填土与墙后摩擦角δ＝05.地震：本地区不考虑地震影响6.工程材料：石料场距闸址不远，石料抗压指数2500KN/cm左右，容重：γ＝24KN/ m3；采石场用粗细骨料及砂料，距渠首2.5—3.0km。

7.交通：进水闸有交通要求，要求桥面总宽5m 。

三设计资料：1.渠道设计资料：渠首底板高程32.10m；每年最大引水流量Q＝78m3/s；灌溉期正常挡水位35.00m；相应下游水位34.80m；渠道纵坡I＝1：3500；渠道边坡m＝1.75；渠道底宽B＝26m；渠道顶部高程37.5m；渠道顶部宽度6m；2. 确定设计流量与水位：以水闸最大引水流量78m3/s作为设计流量。

因所设计进水闸为有坝式引水，根据有坝引水上游水位的确定办法，进水闸的上游水位是有拦河坝（闸）控制的。

闸的上游设计水位，即拦河坝（闸）应该壅高的水位。

其他时期的水位决定于相应时期内拦河坝（闸）泄流时的坝顶（闸前）溢流水位。

所以上游水位是正常挡水位35.00m，相应下游水位34.80m。

3.泄流计算资料：四设计内容及步骤：<一>枢纽和建筑物等级确定:根据引水流量划分枢纽和建筑物等级，所设计的水闸最大引水流量78m3/s，根据《灌溉与排水工程设计规范》的要求，灌溉流量在50～200 m3/s，故该枢纽为Ⅱ等枢纽，其主要建筑物为二级建筑物。

<二>闸孔设计:1.堰型选择:因为宽顶堰构造简单，施工方便，适用于广大灌区内建筑物众多，技术力量分散的情况。

所以水闸底板（堰型）采用宽顶堰形式。

由于闸上游水位变幅较大而在最高水位时要求挡水，所以采用胸墙孔口。

2.堰顶高程:灌溉渠系中各种水闸的堰顶高程于渠底高程有密切关系，进水闸的堰顶高程常等于或略等于闸后渠底，且比闸前河床至少高一米，以防止推移质泥沙入渠。

所设计的水闸闸前河底高程31.5m，闸后渠首渠底高程32.1m。

水闸底板高程一般应高于渠首渠底高程。

综合考虑以上因数，确定闸底板顶部高程为32.5m。

3.闸孔净宽：1）计算行进流速V0：初步拟定闸前渠宽为B=26m，sm B P H Q V /857.026)15.2(78)(00=+=+=2）计算行进水头： mg v H H 537.28.92857.00.15.2222000=⨯⨯+=+=χ 3）为了加大流量系数，堰顶头部设计为圆角形4.05.21===H P i ，圆角形半径取为r ＝0.5m ，故2.05.25.0==H r 。

查相关资料得宽顶堰流量系数m ＝0.374。

4）求s σ（淹没系数）：8.0907.0357.25.328.340>=-=H h s ,查相关资料得s σ＝0.832 5）假设侧收缩系数0.1=ε 则孔口总净宽m Hg m QL 012.14357.26.192374.00.1826.00.78223230=⨯⨯⨯⨯⨯==σε4.单孔宽度与闸室总宽度及孔数： 初步拟定为3孔，则单孔净宽67.43012.140==b ，即单孔宽度m b 50=，取闸室边墩厚0.65m ，墩头为1/4圆形，中墩厚为 1.30m ，墩头为半圆形。

边孔侧收缩系数：96667.0)95.651(95.654.02.01.01)1(2.0144,=-⨯+-=-+-=Bb B b HP αε1.0(=α常数）中孔侧收缩系数：9749.0)3.651(3.656.01.014''=-⨯-=ε 故：9722.039749.0296667.0)1("'_=⨯+=-+=nn εεε此时实际流量：s m B H g m Q /811504.4427.4374.09722.0832.023230'=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=σε由于实际流量略大于水闸最大流量，但小于5％，所以可以闸孔数3，每孔宽度为5m 。

闸室总宽10(1)35(31) 1.317.6L nl n d =+-=⨯+-⨯=<三>消能防冲设计：1.设计工况确定：闸门孔口为3孔，在只开启2孔情况下，计算不同开度e 下的泄流能量，确定最不利情况下对应流量作为确定消力池深度的设计流量。

设计条件为上游水位37.15m ，下游水位为34.80m 。

对于孔口出流,02.3≤He∴e ≤3.02H 。

堰上总水头H=37.15-32.5=4.65m ，∴e ≤3.02×4.65＝14.04m 。

堰上总水头:m H P B Qg H gv H H 75.4])([222102000=++=+=αα（由上游水位37.15m ，查表得Q ＝3083m 3/s ） 。

孔口出流流量002gH e b Q s μσ=,其中对于平板闸门：e He0378.060.0176.060.0-=-=μ ，m b 0.50=，先设0.1=s σ ，则 e Q μ244.48= 。

设当闸孔有两孔开启一孔关闭情况下，随e 开度不同，单宽能量H q E ∆=γ的变化现列表计算如下。

1）计算过程： 当e ＝0.5m 时，1075.065.45.0==H e ,查表得平板闸门垂直收缩系数,6154.02=ε 先按自由s m e gH be Q /04.285.05812.0488.96488.96230=⨯⨯===μμ 。

平板闸门5812.01075.0176.060.0176.060.0=⨯-=-=Heμ ， m e h c 3077.05.06154.02=⨯==ε，s m bhc Q v c /113.93077.00.5204.28=⨯⨯==。

13.2]13077.02113.981[23077.0]181[222"=-⨯+=-+=c c c cgh v h h ， 由Q ＝28.04查灌溉渠道水位流量关系曲线图二知相应下游水位33.70m ，此时m h m h c t 13.26.11.327.33"=<=-=。

为自由出流，804.220==b Qq ，s m KN H q E /8.9445.3804.28.9⋅=⨯⨯=∆=γ m H 45.37.3315.37=-=∆ 。

2）由上表可知，在只开两孔时，随e 增大，单宽能量增大，即当流量达到最大引水流量Q ＝78m 3/s ，E 最大，即消力池设计流量亦取Q ＝78m 3/s 。

此时m h m h c t 21.37.2"=<=，将发生远驱式水跃，由于"ct h h <约1.0m ，故采用降低护坦高程形式的消力池。

2.消力池池深及池长的确定：如图所示,初步估算m h h d t c j 64.07.2185.305.1"1=-⨯=-=σ 。

试算，取d 0＝0.6m （因d 0<d ）。

则E 01=E 0+d 0=P 2+H 0+d 0=32.5-32.1+4.75+0.6=5.75m 。

根据)(21011c c h E g qh -=φ，迭代计算1c h 值：所以取c h ＝0.84，则：m gh q h h cc c458.3]181[222"=-+=，627.3454.305.1"=⨯==c j t h h σ261.36.0627.38.9278.7627.32)(220220=-⨯⨯+=-+=d gh q h d f t t 17.37.295.08.9278.77.2222222'2=⨯⨯⨯+=+=t t h g q h C ϕ,C d f =)(0 ，可取池深d ＝0.60m 。

池长由经验公式m h h L c c 18)834.0454.3(9.6)(9.61"1=-⨯=-= ， 3.消力池底板（护坦）厚度确定：由于护坦下设排水，故可忽略渗透压力，由《水闸设计》护坦厚度用下式估算：m H q K t 51.035.2)1876.77(2.025.05.025.05.00=⨯⨯=∆=，取t ＝0.6m 。

（K 0——经验系数，q ——单宽流量，H ∆——上下游水位差）。

在护坦下面设置反滤层和排水孔，渗透压力很小。

护坦依靠自重可满足稳定性要求，故不需进行抗浮验算。

4.海漫的布置构造：在前1/3利用浆砌石，并在内部设置排水孔，底部设反滤层，垫层，后2/3段利用干砌块石，用卵石和毛砂组成垫层，末端为31.5m ，应满足粗糙，透水，柔性的要求： 根据《水闸设计》底流消能后海漫长度可有：m H Kq L x 2835.232.4114/12/14/12/1=⨯⨯=∆=，厚度取0.4m 。

K ——与河床土质有关的经验系数。

q ——消力池出口处单宽流量。

H ∆——上下游水位差。

5.防冲槽的布置构造：根据工程经验，防冲槽采用宽浅式，深度取2.0m ，底宽取5.0m ，上游坡率取m 1＝2， 下游m 2＝3，采用粒径大于30cm 的抛石，冲刷深度t 取1.0m 。

由经验公式t h v qt -=][1.1'，0.32676.77＝＝闸B Q q =，[]v 对砂质取0.8，h t ＝34.8-32.1＝2.7m 。