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1.0m 。
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 。
表2 内海排水时计算参数特性表外海水位/m湖内水位/m5.111.01.1.1中间三孔放空闸段 a.判定堰流类型27.511.948==Hδ式中δ为堰壁厚度，H 为堰上水头。
2.5＜5.27＜10，为宽顶堰流。
b.堰流及闸孔出流判定11.95=H e =0.549≤0.65，为闸孔出流。
式中，e 为闸门开启高度，H 为堰、闸前水头。
c.自由出流及淹没出流判定闸孔出流收缩断面水深h c=ε1e=5.0×0.650=3.25m 。
式中，e 为闸门开启高度，为5.0m ；ε1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0.650。
收缩断面处水流速为υc=)(20c h H g -ϕ=）（25.311.981.9295.0-⨯⨯⨯=10.19m/s 。
式中，ψ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；H 0为闸前总水头，为9.11m ； hc 为收缩断面水深。
收缩断面水深hc 的共轭水深hc”=)181(22-+c c c gh h ν=)125.381.919.1081(225.32-⨯⨯+=6.83m ；下游水深ht=5.0m ＜hc”=6.83m ，故为自由出流。
d.过流量计算根据闸孔自由出流流量计算公式Q 1=002gH be μ=11.981.92530503.0⨯⨯⨯⨯⨯=1008.71m³/s 。
式中，μ0为流量系数，平板闸门流量系数可按经验公式 μ0=0.60-0.176He=0.60-0.176×0.549=0.503； b 为闸孔宽度，为3×10=30m 。
1.1.2两侧八孔防潮闸段 a.判定堰流类型43.1511.348==Hδ＞10，过渡为明渠流。
式中δ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。
H h t =11.31-=-0.32＜0.8，为自由泄流； 式中，h t 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： Q 2=2302H g mnb c σ=2311.381.92108377.0985.0⨯⨯⨯⨯⨯⨯=721.70m³/s 。
式中，m 为流量系数，因进口为斜坡式进口，P/H=7/3.11=2.25，cot θ=30/7=4.286，查《水利计算手册》（2006年第二版）中表3-2-1取m=0.377；b 为每孔闸净宽，为10m ； n 为孔数，为8孔； H 0为堰上水头，为3.11m ；σc 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σc =)/1()(/2.014/13B b BbH P -+-α；式中，P 为上游堰高，取7.0m ；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 ，α为系数，取0.10。
多孔闸过流时，σc 的确定可取加权平均值nn cscm c σσσ+-=)1(=0.985；式中，n 为孔数，σcm 为中孔侧收缩系数，经计算取0.988，σcs 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db b+代替，d 为墩厚，为2.0m ；计算边孔侧收缩系数时，b/B 用bb b∆+代替，Δb 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=Q 1+Q 2=1008.71+721.70=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-3.0m ，两侧八孔防潮闸底板高程为2.0m ，每孔闸净宽度为10m 。
表2 内海排水时计算参数特性表湖内水位/m外海水位/m 2.5-3.031.2.1中间三孔放空闸段 a.判定堰流类型38.75.648==Hδ式中δ为堰壁厚度，H 为堰上水头。
2.5＜7.38＜10，为宽顶堰流。
b.堰流及闸孔出流判定5.65=H e =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.过流能力计算H h t =5.697.0=0.15＜0.8，为自由泄流； 式中，h t 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： Q 2=2302H g mnb c σ=235.681.92103368.0⨯⨯⨯⨯⨯=810.38m³/s 。
式中，m 为综合流量系数，nm n m m sm +-=)1(=0.368，查《水利计算手册》表3-2-3得m m 为0.359，m s 为0.385，由此公式查表计算出流量系数，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； H 0为堰上水头，为5.5m ；σc 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==5.048Hδ96＞10，过渡为明渠流。
式中δ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。
Hh t =5.013.6-=-12.26＜0.8，为自由泄流； 式中，h t 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： Q 2=2302H g mnb c σ=235.081.92108374.0994.0⨯⨯⨯⨯⨯⨯=46.57m³/s 。
式中，m 为流量系数，因进口为斜坡式进口，P/H=5/0.5=10，cot θ=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； H 0为堰上水头，为0.5m ；σc 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σc =)/1()(/2.014/13B b BbH P -+-α；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 ，α为系数，取0.10。
多孔闸过流时，σc 的确定可取加权平均值nn cscm c σσσ+-=)1(=0.994；式中，n 为孔数，σcm 为中孔侧收缩系数，经计算取0.993，σcs 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db b+代替，d 为墩厚，为2.0m ；计算边孔侧收缩系数时，b/B 用bb b∆+代替，Δb 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=Q 1+Q 2=810.38+46.57=856.95m³/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1.0m 。
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=1730.41m³/s ，泄槽段及消力池段宽度为B=130m ，单宽流量q=Q/B=1730.41÷130=13.31m³/s 。
2.1.1计算收缩断面水深a ．收缩断面水深hc 的基本计算公式： E 0=2222cc h g q h ϕ+→9.11 =22285.081.927.12cc h h ⨯⨯+式中，E 0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/s 2；ψ为流速系数，查《水力计算手册》（2006年第二版）中表4-2-1，取0.85。
经计算，得收缩水深hc=1.26m 。
b ．收缩断面水深hc 的共轭水深h c”计算 h c”=)181(22-+c c Fr h =)10.381(229.12-⨯+=4.87 式中，Fr c 为收缩断面弗劳德数，Fr c =cc gh h q =3.0。
c ．水流衔接状态的判别hc ”=4.87＞ht=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=σhc ”-ht-Δz=1.1×4.87-3-0.80=1.56m 式中，σ为安全系数，取1.1； ht 为下游水深，为3.0m ； Δz 为消力池出口水面落差。
Δz 222222'2Ttgh q h g q -=ϕ=0.80mψ’为消力池末端升坎的流速系数，取0.95； h T 为池末局部水深，h T =σh c”=1.1×4.87=5.36m消力池池长L=6.9（hc”-hc ）=6.9×（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='1H q k ∆=11.431.1319.0=0.99m 。
抗浮：t=bmP W U k γ+-2=2586.228.5033.602.1+-=0.62m 。
式中，t 为消力池底板厚度；ΔH ’闸孔泄水时的上、下游水位差，为4.11m ； k 1为消力池底板计算系数，取0.2； k 2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 ；γb 为消力池底板的饱和重度，取25KN/m³。
取两者计算最大值，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计算L p =H q K ∆=11.431.1312=62.33m K 为系数，取12；ΔH 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.m 。
f ．海漫末端的河床冲刷坑深度d m 计算 d m =m m h v q -][1.10=30.331.131.1-⨯=1.88m 。