六、 船闸输水系统设计

6.1 输水系统的选型

由公式m=T/ √H，其中闸室灌水时间T=6.6min，设计水头H=3.2m，得m=3.7，可选用集中输水系统。

采用短廊道集中输水不设消能室，对冲方式消能；输水廊道布置在两边墩下部，两侧廊道对称布置以充分发挥对冲消能的作用；阀门选用锐缘平面阀门。 （一）输水廊道

输水廊道由进口、进口转弯段、直线段、出口转弯段及出口组成。 ①进口段

廊道进口尺寸与阀门处输水廊道控制断面相同，进口修圆，修圆半径为（0.1～0.15b，其中廊道宽度b=1.5m，故修圆半径取为0.2m； ②进口转弯段

进口转弯段中心线的平均曲率半径不小于（0.9～1.0）倍廊道转弯段的平均宽度，取1.35m；进口内侧曲面的曲率半径取0.15H=0.48m，取0.5m； ③直线段

直线段适宜长度为(1.3～2.5)b=1.95～3.75m，由于门龛段较长，取7.95m，且在直线段设输水阀门和检修阀门； ④出口段

为减小出口的水流流速，扩大水流对冲面积以增加效能效果，输水廊道出口断面应扩大为阀门处廊道的1.2～1.6倍，故保持廊道高度不变，宽度增大到2.4m。 ⑤出口转弯段

廊道出口转弯段中心线的平均曲率半径的适宜大小为（1.0～1.4）倍廊道转弯段的平均宽度，取1.8m；出口内侧曲面的曲率半径取（0.2～0.25）H=0.64～0.8m，取0.8m。

此外，为使出流均匀并增加效能效率，在廊道出口转弯段起点开始扩大，并在中部设置分流导墙。分流导墙布置在廊道中部偏外侧0.1m处。 （二）输水廊道高程的确定

输水廊道出口处应满足淹没水深的要求。 ①上闸首：出口处廊道顶高程：4.8m-1.0m=3.8m，

出口处廊道底高程：3.8m-2.0m=1.8m；

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②下闸首：出口处廊道顶高程：4.8m-0.5m=4.3m，取 3.8m，

出口处廊道底高程：3.8m-2.0m=1.8m。

6.2 输水系统水力计算

（一）输水阀门处廊道断面面积

由公式，

其中闸室水域面积C=105×16=1680m，闸室水

域长度LC=105m，设计水头H=3.2m，重力加速度g=9.8m/s2，闸室灌水时间T=396s，阀门全开时输水系统的流量系数μ=0.8，对应的系数α=0.53，KV=0.6，得ω=5.97m2，则每侧廊道面积不小于2.985m2。实际取矩形断面，高2.0m，宽1.5m，输水阀门处廊道断面面积ω=2× 2.0 × 1.5 =6.0m2。

（二）输水系统的阻力系数和流量系数

局部阻力系数有：

①进口：进口处有做修圆处理，取ξen=0.2； ②拦污栅：由公式，

其中栅条厚的S=5cm，栅条净间距b=15cm，选用

长方形栅条，前端做成圆形，栅条形状系数β=1.83，得ξb=0.423； ③廊道圆滑转弯：由公式，

其中转角θ=90°，对进口转弯处系数ξ’k=0.40，得ξk=0.40；

对出口转弯处系数ξ’k=0.2525，得ξk=0.2525；

④出口：单支孔出水，取ξex=1.0；

⑤阀门：采用平面阀门，阀门井的阻力系数ξ’=0.25，当阀门开度1.0时，阀门阻力系数ξvn=0。流量系数系数计算公式为

其中????=ξen+ξb+ξk+ξex=0.2+0.423+0.40+0.2525+1.0=2.2755，当阀门完全打开后，

=0.63。

（三）输水阀门的开启时间

由公式，

其中系数kr=0.725，输水阀门处廊道断面面积ω=6.0m2，设计水头H=3.2m，初始水位的闸室横断面面积ωc=16×3.2=51.2m2，船舶浸水断面面积χ=2×6.6×2=26.4m2，波浪力系数D=0.660，重力加速度g=9.8m/s2，船舶排水量W=2×26.4×42=2217.6t，允许系缆力的纵向水平分力PL=18kN，得输水阀门开启时间tV=113s，取tV=120s。 （四）闸室输水时间

由公式，

其中闸室水域面积C=105×16=1680m2，设计水头

H=3.2m，阀门全开时输水系统的流量系数μ=0.8，输水廊道断面面积ω=6m2，对应的系

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数α=0.53，输水阀门开启时间tV=120s，重力加速度g=9.8m/s2，得闸室输水时间T=340s=5.67min，小于根据通过船闸能力计算的三班制时闸室输水时间t3=6.6min=396s，即设计满足要求。

实际平均过闸时间T=0.5×（T1+T2/2）=25.84+1.5×5.67=34.35min。 （五）过闸船舶在闸室内的停泊条件

灌水时，由公式， 其中系数kr=0.725，输水阀门处廊道断面面

积ω=6m2，设计水头H=3.2m，重力加速度g=9.8m/s2，初始水位的闸室横断面面积ωc=16×3.2=51.2m2，船舶浸水断面面积χ=2×6.6×2=26.4m2，波浪力系数D=0.660，船舶排水量W=2×26.4×42=2217.6t，输水阀门开启时间tV=120s，得船舶所受水流作用力Pl=16.94kN，允许系缆力的纵向水平分力PL=18kN，故Pl≤PL，满足要求。 （六）上、下闸首断面最大平均流速

对上闸首，

其中闸室水域长度LC=105m，设计水头

H=3.2m，闸室输水时间T=340s，槛上最小水深SC=3.2m，得对上闸首为灌水时闸室最大的断面平均流速

对下闸首，

=0.41m/s。

其中闸室水域长度LC=105m，设计水头H=3.2m，

闸室输水时间T=340s，槛上最小水深SC=3.2m，得对上闸首为灌水时闸室最大的断面平均流速

=0.56m/s

（七）集中输水系统消能工的类型

对上闸首：最大的断面平均流速故选用无消能工型；

对下闸首：最大的断面平均流速故选用无消能工型。

=0.56m/s<0.8m/s，设计水头H=3.2m<4m，=0.41m/s<0.45m/s，设计水头H=3.2m<4m，

6.3 船闸耗水量验算

由公式，平均过闸次数

其中q=eu=0.0015×(9.74×4+3.2×3+6.4×3)=0.10164m3/s，日=14×60/34.35=24.45，单级船闸单向一次过闸的用水量

V0=CH=105×16×3.2=5376m3，一次过闸用水量(认为单向过闸和双向过闸机会均等)V=0.75V0=4032m3，得船闸一天内平均耗水量???= (24.45×4023)/86400+0.10164=1.243 m3/s.

透水闸底由护面及反滤层组成。护面采用30cm厚的混凝土板；由于地基为粘性土，反滤层由中石、小石、中粗砂共三层构成， 其中19-40mm中石子厚15cm，2-10mm小石子厚15cm，中砂层厚20cm。

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为固定护面及反滤层各层间的相对位置，防止石块松动而导致炸死破坏，透水闸底应设置纵横格梁，采用钢筋混凝土结构。梁格尺寸为4m×8m，梁格断面尺寸为40cm×40cm。

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七、 设计依据及参考文献

1、刘晓平，陶桂兰．渠化工程，北京：人民交通出版社，2009 2、JTJ305-2001．船闸总体设计规范 3、JTJ306-2001．船闸输水系统设计规范 4、JTJ307-2001．船闸水工建筑物设计规范 5、JTJ308-2003．船闸闸阀门设计规范

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