《城市防洪防澇規(guī)劃與設計》課件 第7章 防洪閘

城市防洪防澇規(guī)劃與設計第7

章

防洪閘7.1

總體布置7.2

水力計算與消能防沖ONTENS7.1

總體布置7.1.1概

述 □

防洪閘是指城市防洪工程中的擋洪閘、分洪閘、排（泄）洪閘和擋潮閘等。（1）擋洪閘：用來防止洪水倒灌的防洪建筑物，擋洪閘一般修建在江河的支流河口附近，在江河洪水位上漲至關閘控制水位時，關閉閘門防止洪水倒灌；在洪水位下降至開閘控制水位時，開啟閘門排泄上游積蓄之水。若閘上游河道或調蓄建筑物的調蓄能力較小，容納不了洪水持續(xù)時間內的水量時，需要設置提升泵站與擋洪閘聯(lián)合運行，以解決河道調蓄能力的不足。（2）分洪閘：建于河道一側用于分泄河道洪水的水閘。對蓄洪區(qū)而言，又稱進洪閘。分洪閘常建于河道一側的蓄洪區(qū)或分洪道的首部。當河道上游出現(xiàn)的洪峰流量超過下游河道的安全泄量，為保護下游的重要城鎮(zhèn)及農(nóng)田免遭洪災，必須進行分洪時，將部分洪水通過分洪閘泄入預定的湖泊洼地（蓄洪區(qū)或滯洪區(qū)）或分洪道，以削減洪峰流量，待洪峰過后通過排水閘排泄入原河道，也有通過分洪道將洪水分泄入水位較低的臨近河流。（3）排（泄）洪閘：用來排泄蓄（滯）洪區(qū)和湖泊的調節(jié)水量，或分洪道的分水流量的泄水建筑物，排（泄）洪閘是依據(jù)蓄（滯）洪區(qū)的調洪能力或分洪分流的流量，決定其排水能力和運行方式。（4）擋潮閘：建于濱海地段或河口附近，用來擋潮、蓄淡、泄洪、排澇的水閘。漲潮時關閉閘門，防止潮水倒灌進入河道，攔蓄內河淡水，滿足引水、航運等的需要。退潮時，潮水位低于河水位，開啟閘門，可以泄洪、排澇、沖淤。擋潮閘具有雙向擋水、操作頻繁等特點。7.1.1概

述 □

防洪閘設計主要要求：（1）設計必須滿足城市防洪規(guī)劃對防洪閘的功能和運行方式的要求。（2）防洪閘的選址和布置，應根據(jù)其本身的特性和條件，多做比較論證（包括進行模型試驗），以便做出安全可靠、技術可行和經(jīng)濟合理的最優(yōu)方案。（3）因地制宜地修建防洪閘上下游河道的整治工程。以穩(wěn)定河槽，保證防洪閘宣泄洪水流暢。（4）具有綜合利用功能的防洪閘，設計應分清主次，在保證防洪閘防洪功能正常運作的前提下，最大限度地滿足綜合利用的要求。（5）洪閘設計，應采取必要的措施防止上下游產(chǎn)生有危害性的淤積。（6）工程應安全可靠，管理運用靈活自便。7.1.2

閘址選擇 閘址應根據(jù)水閘的功能、特點和運用要求，綜合考慮地形、地質、水流、潮汐、泥沙、凍土、冰情、施工、管理、周圍環(huán)境等因素，經(jīng)技術經(jīng)濟比較后選定。閘址宜選擇在河道順直、河勢相對穩(wěn)定的河段，經(jīng)技術經(jīng)濟比較后也可選擇在彎曲河段裁彎取直的新開河道上。閘址宜選擇在地形開闊，岸坡穩(wěn)定，巖土堅實和地下水水位較低的地點。閘址宜優(yōu)先選用地質條件良好的天然地基，避免采用人工處理地基。閘址應有足夠的施工場地、運輸、供電和供水等條件，以保證施工的順利進行。具有不同功能的防洪閘，在閘址選擇上各自有特點。分洪閘閘址宜選擇在河岸基本穩(wěn)定的順直河段或彎道凹岸頂點稍偏下游處，但不宜選在急流河段，彎曲半徑一般不小于3倍水面寬度。彎曲河段水流結構的主要特點存在橫向河流，橫向河流將流速較高的表層含沙量小的水流推向凹岸，使河道主流靠近凹岸，并形成深槽。與此同時，橫向河流將河底含沙量大的水流推向凸岸，分洪閘可利用這種彎道橫流的特點，作為分洪防沙的措施之一，深槽有利于分洪，分洪閘的分洪方向與河道主流方向夾角小，分流平順，分流量也大。7.1.2

閘址選擇 □

分洪閘閘址具體位置結合實際情況確定：擋洪閘與排（泄）洪閘的閘址宜選擇在河道順直、河槽和岸邊穩(wěn)定的河段，排水出口段與外河交角宜小于60°。擋潮閘建在大海河口或支流河口附近的河段上，河口最主要的水文現(xiàn)象是受海洋潮汐的影響。感潮的程度是隨著河流的水流大小和潮汐的大小面變化的，一般使水位、流速分布呈周期性的變化。大潮漲潮時，水面形成倒比降，這時河流出現(xiàn)倒灌。在潮差小的河口底層，海水呈楔狀上溯，河水成薄層位于其上，這時垂直流速分布呈舌狀，形成異重流。擋潮閘閘址宜選擇在岸線和岸坡穩(wěn)定的潮汐河口附近，且閘址泓灘沖淤變化較小，上游河道有足夠的蓄水容積的地點。——從彎起點至分洪閘中點的弧長(沿彎道中心線)(m)；——試驗系數(shù)， =

0.6~1.0，一般選用0.8；——彎道水面寬度(m)；——彎道中心線的彎曲半徑(m)。7.1.3

總體布置 2）防沖槽防沖槽是水流進入防洪閘的第一道防線，一般采用砌石或堆石。防沖槽深度一般不小于1.0

m，底寬不小于2.0m，邊坡不小于1∶1.5。砌石下面設粗砂、碎石墊層，各層厚度不小于0.1。3）進口翼墻進口翼墻的主要作用是促成水流良好的收縮，引導水流平順地進入閘室、同時起擋土、防沖和防滲作用。鋪蓋及防沖槽7.1.3

總體布置 常用的翼墻形式有以下幾種：（1）直角翼墻：直角翼墻由兩段互成正交的翼墻組成。翼墻在垂直流向方向插入河岸的直墻長度視岸邊的坡度及其頂端插入岸頂深度

而定，

值可取0.5～1.0

m。直角翼墻的優(yōu)點是防止兩岸繞流的效果較好，但造價較高，且在緊靠翼墻入口處上游容易發(fā)生回流，故岸邊必須加強防護。直角翼墻1—上游翼墻；2—邊墩；3—下游翼墻；4—鋪蓋；5—閘室底板；6—護坦7.1.3

總體布置 （2）八字形翼墻：八字形翼墻是順水流方向的墻段向河岸偏轉一個角度，偏轉的夾角

視水流情況取小于或等于30°。八字形翼墻進水條件較直角翼墻有所改善，但水流進閘室仍有轉折。八字翼墻圓弧翼墻（3）圓弧形翼墻：圓弧形翼墻是由兩個不同半徑的弧形墻組成，以適應水流收縮的需要。由于圓弧形翼墻有良好的收縮段，能使水流平穩(wěn)而均勻地進入閘室。7.1.3

總體布置 （4）扭曲面翼墻：扭曲面翼墻是由直立的邊墩處開始逐漸變?yōu)槟骋辉O計坡度的扭曲面，扭曲面為水流創(chuàng)造良好的漸變收縮條件，流勢平順。但施工較為復雜，墻后填土不易夯實。（a）縱剖面（b）平面扭曲面翼墻7.1.3

總體布置 基土種類閘底板寬度/m基土種類閘底板寬度/m砂礫石和礫石（1.25～1.75）H黏壤土（2.00～2.25）H沙壤土和沙土（1.75～2.00）H黏

土（2.25～2.50）H4）上游岸邊防護由于閘室縮窄了河道的寬度，水流進入閘室后，流速加大，在閘室上游能產(chǎn)生沖刷，因此，除河底設有鋪蓋和防沖槽外，岸邊也應該采取相應的防護措施。岸邊防護長度一般比防沖槽末端稍長，并在防護端部設齒墻嵌入岸邊，以防止水流淘刷。2．閘室段閘室段由閘底板、閘墩、岸墻、邊墩、閘門和工作橋、交通橋等上部結構組成。1）閘底板（1）閘底板高程應不低于閘下游出口段末端的河床高程，一般不宜高于上游河床的高程，有特殊要求時應做專門研究。（2）閘底板長度與寬度，主要是根據(jù)水力計算、閘室在外力作用下的穩(wěn)定要求以及機械設備布置等因素確定。閘底板寬度7.1.3

總體布置 閘墩形式升臥式平面閘門7.1.3

總體布置 （2）海漫：作用是繼續(xù)消減水流出消力池后的剩余能量，并進一步擴散和調整水流，減少水流速度。為使海漫充分發(fā)揮防沖的作用，應具有以下性能：①

具有柔韌的性能：當下游河床受沖刷變形時，要求海漫能適應變形，繼續(xù)起護面防沖的作用。②

具有透水的性能：使?jié)B透水流自海漫底部自由逸出。以消除滲透壓力。海漫采用混凝土板或漿砌石護面時，必須設置排水孔。為防止?jié)B透水流將土顆粒帶出，因此，在海漫護面下設置墊層，一般設兩層墊層，各層厚度為0.1～0.2

m，在滲透壓力較大的情況，應考慮設置反濾層。③

具有粗糙的性能：海漫護面具有粗糙性能，有利于消除水流能量，故海漫常用砌石、拋石或混凝土預制塊為護面。（3）防沖槽：在海漫末端水流仍有較小的沖刷能力，為防止海漫末端由于受水流淘刷遭到破壞。而在末端設置防沖槽。當防沖槽下游河床形成最總沖刷狀態(tài)時，防沖槽內的堆石將自動地鋪護沖刷坑的邊坡，使其保持穩(wěn)定，從而保護海漫不遭破壞。（4）出口翼墻：它的作用是引導出閘水流均勻地擴散，以減少單寬流量，有利于消能，并防止水躍范圍內尾水的壓縮而惡化效能。因此，出口翼墻順水流方向的長度至少應與消力池的長度相等。7.2

水力計算與消能防沖7.2.1

水力計算 1．實用堰式閘孔1）孔

流當實用堰頂上設置控制閘門，在閘門部分開啟或有胸腔阻水，且出流不受下游水位影響時，閘下出流呈自由式孔流。過閘流量：實用堰孔流——過閘流量（m3/s）；——流量系數(shù)，

=

；——垂直收縮系數(shù)；——流速系數(shù)，實用堰 =

0.95；——閘門開啟高度（m）；——閘門寬度（m）；——堰上水頭（m）；——計入行進速度在內的堰上水深（m）， = +

；——流速分布不均勻系數(shù)，

=

1.0~1.1。7.2.1

水力計算 （1）進口有坎寬頂堰的側收縮系數(shù)。

a

H+ /2，——上游坎高（m）?！呱纤睿╩）。——閘孔凈寬（m）。——上游河寬（m），對于梯形斷面，近似用1/2水深處的水面寬，即

=為底寬，

為邊坡系數(shù)，

為水深（m）。——系數(shù)，閘墩（或邊墩）墩頭為矩形，寬頂堰進口邊緣為直角時，

=

0.19；墩頭為曲線形，寬頂堰進口邊緣為直角或圓弧時，

=

0.10。（2）進口無底坎寬頂堰側收縮系數(shù)：對于無底坎的平底閘，出現(xiàn)寬頂堰流，是由于平面上閘孔小于上游河寬，過水斷面收縮而引起的。因而邊墩收縮對過閘流量的影響已包含在流量系數(shù)中，計算用以下幾種情況處理：①

單孔閘：若計算中流量系數(shù)m按表直接選用，側收縮系數(shù)

不再計算（即取

），即側收縮對過閘流量的影響包含在流量系數(shù)m中。7.2.1

水力計算 直角形翼墻進口的平底寬頂堰流量系數(shù)

a

H八字形翼墻進口的平底寬頂堰流量系數(shù)7.2.1

水力計算 3）過閘流量計算擋潮閘過閘流量計算是否正確，不但和閘下潮型選擇及閘上河流水庫蓄泄能力的計算密切相關，而且和過閘流量的計算方法有關。當閘下潮水位的漲落不影響過閘流量時，計算方法最簡單，這是臨界流情況，可直接應用水力學公式計算過閘流量。以往常用堰流計算法和合成波計算法，近年來由于電子計算機的普遍應用，對過閘的不恒定流做了大量的計算工作，并通過實測驗證，認為擋潮閘過閘流量完全可以用寬頂堰的公式計算。閘孔尺寸選擇應根據(jù)過閘流量與上下游河道的泄流能力，進行若干方案比較，求得最經(jīng)濟的組合方案。4．防洪閘閘頂高程確定擋洪閘與分洪閘的閘頂高程確定方式相同，為：——閘頂高程（m）?！l前河道設計水位（m）?！ɡ艘u擊高度。δ——安全超高，一般不小于0.5

m。e——由于風浪而產(chǎn)生的水位升高?！L速（m/s）；——浪程（km）；——閘前水深（m）；——風向與計算吹程方向的夾角（

）。7.2.2

消能防沖 1．護坦設計護坦是閘身以下消減水流動能及保護在水躍范圍內河床不受水流沖刷的主要結構，由于護坦表面受高速水流作用，因此護坦材料必須具有抗沖耐磨的性能，一般采用混凝土或鋼筋混凝土結構。1）水面連接的判別由于防洪閘前后水流等水力要素之間的關系不同，在閘下游可能發(fā)生各種不同連接形式。防洪閘多是平底出流，因此只有底流式連接形式，假定防洪閘為定流量，下游河道水流狀態(tài)為均勻流態(tài)，下游水深

為正常水深。一般建閘河道均系緩坡，水流是緩流狀態(tài)，下游