航道整治渠化工程全冊(cè)配套完整課件

航道整治渠化工程全冊(cè)配套完整課件渠化工程學(xué)

重慶交通大學(xué)河海學(xué)院

陳明棟：研究員

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E-mail:dmcdd@第五章：河流渠化工程渠化工程定義:水電——河流梯級(jí)開發(fā)，發(fā)電；水利——形成水庫，防洪、灌溉；水運(yùn)——人工航道，筑壩抬高水位，增加水深，增加航寬，淹沒灘險(xiǎn)。是航道整治的最高階段?！八こ獭毕噜弻I(yè)(綜合利用)——港航、水電、水利、河川、農(nóng)水、水工建筑、城市給排水等★。1、運(yùn)輸能力大，適宜大宗貨物：煤炭、礦石、油和集裝箱等以及長途運(yùn)輸貨物；2、運(yùn)輸成本相對(duì)較低；3、建設(shè)投資較少；4、占地少；5、環(huán)境污染少；6、重、特大件運(yùn)輸幾乎是無可代替；7、國防建設(shè)意義。水路運(yùn)輸?shù)囊饬x(優(yōu)勢(shì)):弱點(diǎn)——1、水運(yùn)的技術(shù)速度和商務(wù)速度比較低；2、水運(yùn)受自然條件的影響較大；3、水系目前還自成體系，河流間互不溝通，運(yùn)輸?shù)倪B續(xù)性較差。第一節(jié)水利資源的綜合利用

綜合利用是我國水利建設(shè)的基本原則，也是內(nèi)河航運(yùn)建設(shè)的根本方針。水資源的綜合利用就是要充分發(fā)揮水資源的作用，同時(shí)滿足發(fā)電、航運(yùn)、防洪、灌溉、工業(yè)及民用供水漁業(yè)等各方面的要求，以獲得最大經(jīng)濟(jì)效益。河流上筑壩蓄水，壩上游形成水庫以后，不光為水資源的利用創(chuàng)造了條件，河道擴(kuò)寬、水深增加，可大大改善航運(yùn)條件。一、水庫的特征

（一）水庫的特征水位：

水庫是調(diào)節(jié)河川徑流的主要工程措施。表征水庫的主要特征是水庫的面積和容積。在一般情況下，水庫的面積和容積越大，其徑流調(diào)節(jié)能力越強(qiáng)，通航保證率越高，綜合利用的經(jīng)濟(jì)效益也越大。一個(gè)綜合利用的渠化工程水庫的水位和相應(yīng)的庫容如圖5－1所示。

1、死水位：在正常運(yùn)用情況下，允許水庫消落的最低水位叫死水位。該水位以下的水庫容積稱為死庫容。

2、正常蓄水位：在正常運(yùn)用情況下，為滿足興利要求，水庫應(yīng)蓄到的水位。正常蓄水位至死水位之間的深度，稱為消落深度。正常蓄水位至死水位之間的庫容稱為興利庫容（或稱調(diào)節(jié)庫容）。

3．防洪特征水位：是指水庫各項(xiàng)防洪水位的總稱。包括校核洪水位、設(shè)計(jì)洪水位、防洪高水位和防洪限制水位等。（1）校核洪水位是遇到校核標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，壩前達(dá)到的最高水位。

（2）設(shè)計(jì)洪水位是遇到大壩的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，泄洪建筑物閘門全開，壩前達(dá)到的最高水位。

（3）防洪高水位是遇到下游防護(hù)對(duì)象的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水位時(shí)，水庫按下游安全泄量放水，壩前達(dá)到的最高水位。

（4）防洪限制水位是水庫在汛期蓄水的上限水位。防洪限制水位至防洪高水位之間的庫容稱為防洪庫容。防洪限制水位至校核洪水之間的庫容稱為調(diào)洪庫容。

4．通航水位：是指能保證水庫正常通航的水位★。

（二）水庫的水文情勢(shì)

水庫的水文情勢(shì)是指水庫多年的水文要素（如水位、水溫、流速、泥沙、波浪及水化學(xué)成分等）情況，水文情勢(shì)變化將帶來以下影響。

1．水量損失——蒸發(fā)和泄漏。

2．水庫淤積和壩下沖刷——泥沙和勢(shì)能影響。

3．波浪——風(fēng)力對(duì)寬闊水域影響。

4．水溫及冰情——熱能互換、冰凍影響。

5．水質(zhì)的變化——污染。葛洲壩和三峽影響——（氣候、洪水、環(huán)境、水質(zhì)等）學(xué)會(huì)用專業(yè)知識(shí)去解釋自然現(xiàn)象★。

（三）徑流調(diào)節(jié)的基本概念：

按照用水部門的需要，借助專門的建筑物（主要是攔河筑壩形成水庫）將河川徑流加以控制和重新分配，這一過程稱為徑流調(diào)節(jié)。即將汛期多余水量暫時(shí)攔蓄在水庫中，而在枯水期泄放以補(bǔ)充河川徑流的不足。水庫由放空到蓄滿再放空所需時(shí)間稱為水庫的蓄泄周期（調(diào)節(jié)周期）。徑流調(diào)節(jié)按調(diào)節(jié)周期的長短，可以分為日調(diào)節(jié)、年調(diào)節(jié)和多年調(diào)節(jié)等。

1．日調(diào)節(jié)：為適應(yīng)水電站調(diào)峰的需要，將一天均勻的來水過程（洪水期除外）改變?yōu)椴痪鶆虻挠盟^程，其周期為一晝夜，稱為日調(diào)節(jié)。

2．年調(diào)節(jié)：利用水庫的調(diào)節(jié)作用，把一年內(nèi)洪水期多余水量的一部分或全部攔蓄于水庫中供枯水期使用，其調(diào)節(jié)周期為一年，稱為年調(diào)節(jié)（圖5-2）。

3．多年調(diào)節(jié)：將河流中豐水年的多余水量攔蓄在水庫中，以補(bǔ)充若干連續(xù)的枯水年的水量不足，其周期較長，稱為多年調(diào)節(jié)（但水庫不經(jīng)濟(jì)）★。

二、水電站的基本概念

水力發(fā)電基本原理——借助水力機(jī)械將水流的勢(shì)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，再通過發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。水電——清潔能源。利用水工建筑物及有關(guān)的機(jī)電設(shè)備使水流的勢(shì)能變?yōu)殡娔艿墓こ蹋Q為水電工程。

（一）水電站的出力計(jì)算：

水電站的規(guī)模一般由電站的發(fā)電能力決定。水電站的發(fā)電能力取決于水流所做的功的大小。當(dāng)流量Q（m3/s）的水體落下一個(gè)高度H（m）時(shí)，其所做功的功率等于：

N=γQH（kW）（5-1）由于水電站的水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)以及輸配電設(shè)備中均有功率的損耗，實(shí)際上發(fā)出的電的功率（稱為有效功率）要比理論功率?。?/p>

N有效=ηγQH(5-2)

在工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中，式（5-2）通常簡化為：

N有效=AQH（5-3）式中：A——出力系數(shù)。根據(jù)水電站的保證率，在流量歷時(shí)曲線上查得相應(yīng)的流量,可得到水電站的保證出力。即：

N保證=AQ保證H（KW）（5-4）

（二）水電站的開發(fā)方式及主要建筑物

利用水工建筑物和相應(yīng)的機(jī)電設(shè)備產(chǎn)生電能的方式有多種多樣，而其中最主要的開發(fā)方式有壅（抬）水式、引水式和混合式三種。

1.壅（抬）水式電站，又可分為河床式、壩后式和壩內(nèi)式三種布置型式。

（1）河床式：水電站廠房建筑在河床內(nèi)，廠房與壩并列或成某一交角共同起擋水作用（圖5-3）。適用范圍：寬闊河道，水頭不高電站。（2）壩后式：水電站廠房位于壩后，庫中水流通過壩內(nèi)輸水管道引入壩后廠房（圖5-5）。適用范圍：河床斷面狹窄，下泄流量較大電站。（3）壩內(nèi)式：水電站廠房位于壩內(nèi)（圖5-6）；這類電站多用于水頭較高河谷狹窄情況，但攔河壩壩體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地形、地質(zhì)條件外，一般多不采用。

2.引水式電站：引水式電站是利用引水建筑物集中落差來獲得發(fā)電水頭（圖5-7）。

3.混合式水電站：混合式水電站是壅（抬）水式和引水式電站兩者的綜合（圖5-8）。當(dāng)上游河床平坦，有修筑水庫的條件，而下游河床坡度較陡，修建不長的引水建筑物可獲得較大水頭時(shí)，才宜建造混合式水電站。

（三）水電站的工作特點(diǎn)及裝機(jī)容量

1、水電站的工作特點(diǎn)（1）出力多變，保證率較低（2）機(jī)組啟動(dòng)和停機(jī)迅速，負(fù)荷增減方便（3）土建投資比重大，機(jī)電投資比重小

2、水電站的裝機(jī)容量

水電站的裝機(jī)容量是指電站全部機(jī)組滿載運(yùn)行時(shí)的總額定容量，即水電站全部水輪發(fā)電機(jī)組的總生產(chǎn)能力。

三、農(nóng)田水利工程

（一）農(nóng)田水利工程的一般概念

1、農(nóng)作物對(duì)水分的要求

2、調(diào)節(jié)農(nóng)田水份狀況的措施

3、農(nóng)田水利工程的組成對(duì)于干旱地區(qū)，農(nóng)田水利工程主要包括渠道工程、輸水及配水渠系、田間灌溉調(diào)節(jié)網(wǎng)、排水系統(tǒng)及容泄區(qū)等（圖5-9）。

（二）丘陵山區(qū)的農(nóng)田水利工程

對(duì)于丘陵山區(qū)，由于地形起伏，峰谷交錯(cuò)，易洪易旱，農(nóng)田水利措施往往從“治山、治水、治土”相結(jié)合的原則出發(fā)，實(shí)行外河取水和攔蓄地面徑流相結(jié)合，引水灌溉與水土保持相結(jié)合的方法。圖5-10所示的長藤結(jié)瓜式水利系統(tǒng)。（三）噴灌和滴灌工程平原——噴管；丘陵山區(qū)——滴灌。四、城鎮(zhèn)供水工程

城鎮(zhèn)供水工程是城鎮(zhèn)公用設(shè)施的一個(gè)組成部分，其任務(wù)是向工礦企業(yè)和城鎮(zhèn)居民提供生產(chǎn)和生活用水。一般要求給水工程的保證率在95%以上。給水工程一般由取水建筑物、凈化系統(tǒng)和輸配水系統(tǒng)三部份組成（圖5-11）。

第二節(jié)河流渠化的類型及特點(diǎn)

一、河流渠化的作用

1、定義：河流渠化在天然河流上修建一系列的閘壩，利用閘壩的壅水作用，抬高上游河段水位來增加河道的通航水深和寬度，然后利用通航建筑物來克服建壩所形成的集中水位落差，以保證船舶安全過壩，維持航道的連續(xù)性。

2、河流渠化的作用

河流渠化后，上游形成了寬廣的水庫，淹沒了上游灘險(xiǎn)、急彎，較大幅度地增加了航道尺度，使通航水深不再受天然流量大小的控制；庫區(qū)流速減小，有利于船舶的航行，提高了航道通過能力；提高了船只的載重量，相應(yīng)也降低了運(yùn)輸成本；此外，河流渠化同水資源的綜合利用相結(jié)合，還能滿足灌溉、發(fā)電、防洪、城鎮(zhèn)共水、漁業(yè)等需要，促進(jìn)流域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，從而獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。圖5－12大壩上游圖5－13大壩下游二、河流渠化的類型

（一）按是否連續(xù)分：

1、連續(xù)渠化沿整條河流建造一系列閘壩，將整條河流劃分成若干河段（稱為渠化河段），下級(jí)閘壩的回水與上級(jí)閘壩尾水相銜接，并滿足通航水深要求，從而使整條河流成為彼此連接的渠化河段，稱連續(xù)渠化。

2、局部渠化指渠化僅在局部河段進(jìn)行；或在相當(dāng)長的區(qū)間河段進(jìn)行，但下一級(jí)閘壩的回水與上級(jí)閘壩尚有一段距離，渠化河段之間有一段天然河段，各個(gè)渠化河段互不連接。長江渠化和規(guī)劃：奚落渡向家壩石棚朱楊溪小南海三峽葛洲壩

（二）按水頭大小分

1、高壩渠化：主要用于多目標(biāo)的綜合開發(fā)河流，一般水頭H大于20m。

2、低壩渠化：主要用于改善航行條件為主的河流，一般水頭H小于20m。

高壩渠化多用于多目標(biāo)開發(fā)的河流。從現(xiàn)在國內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)來看，多傾向于采用高壩渠化（充分發(fā)揮效益）。三、河流渠化的影響

河流渠化后，表征河流特性的水文情勢(shì)發(fā)生的根本變化，必將引起航行條件、水文條件、生態(tài)環(huán)境等變化，主要有：

(1)改善了河流航行條件，提高航道的通過能力。

(2)庫區(qū)內(nèi)易形成較大的風(fēng)浪同時(shí)易產(chǎn)生庫岸滑坡、坍塌現(xiàn)象。

(3)庫區(qū)和鄰近地區(qū)的氣候?qū)⑹艿揭欢ǖ挠绊憽?/p>

(4)對(duì)漁業(yè)的發(fā)展和水質(zhì)環(huán)境將產(chǎn)生一定的影響。

(5)將改變壩上下游泥沙的淤積規(guī)律，對(duì)河床演變有一定影響。圖5－14高峽出平湖思考題1、水電站的主要開發(fā)方式有幾種？每一種的主要特點(diǎn)如何？2、水電開發(fā)與河流梯級(jí)渠化的關(guān)系？3、什么是防洪特征水位？4、什么是通航水位？它與水庫特征水位的關(guān)系是什么？第三節(jié)河流渠化工程規(guī)劃

一、渠化工程規(guī)劃的內(nèi)容與原則：

渠化工程規(guī)劃內(nèi)容：

1.渠化河流航道等級(jí)的擬定；

2.渠化樞紐壩址的選擇及梯級(jí)布置方案的擬定；

3.樞紐的平面布置及其主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的計(jì)算；

4.進(jìn)行梯級(jí)布置方案的比較及開發(fā)程序的確定；

5.水位銜接以及影響因素。

（由各部門共同參與進(jìn)行）

應(yīng)遵循的基本原則：

1、綜合利用、全面規(guī)劃

2、因地制宜、綜合治理

3、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、水運(yùn)成網(wǎng)

4、遠(yuǎn)近結(jié)合、平戰(zhàn)結(jié)合

5、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理二、渠化工程規(guī)劃的方法

1、擬定河流的航道等級(jí)（水深×航寬×彎曲半徑）其目的就是使干流和支流達(dá)到統(tǒng)一的航道標(biāo)準(zhǔn)，形成內(nèi)河航道網(wǎng)，目前我國的《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》將航道分成Ⅶ級(jí)。（實(shí)例：烏江彭水、銀盤船閘;小南?！竭\(yùn)資源）

表1-3-1內(nèi)河航道等級(jí)

長江渠化和規(guī)劃：奚落渡向家壩石棚朱楊溪小南海三峽葛洲壩

2、渠化樞紐壩址選擇及梯級(jí)布置一般情況下，壩址選擇應(yīng)考慮以下一些因素：（1）必須貫徹綜合利用的原則

（2）樞紐位置應(yīng)選在開闊的河段上

（3）壩址宜選在河岸高程較高、水深較淺的地方

（4）盡可能選在順直的河段上

（5）盡可能選在地質(zhì)條件良好的河段上

（6）應(yīng)盡可能減少淹沒損失

（7）壩址附近應(yīng)具有豐富的建材

渠化梯級(jí)時(shí)，應(yīng)注意以下一些基本要求：（1）梯級(jí)方案必須滿足航運(yùn)的要求，一般應(yīng)做到：①各梯級(jí)水位銜接，或滿足最小水深的要求；

②梯級(jí)之間的通航時(shí)間應(yīng)大于船舶（隊(duì)）過閘時(shí)間

③梯級(jí)上下游應(yīng)有足夠長的順直段和水域面積；

④梯級(jí)應(yīng)布置在支流河口或分汊河口的下游；

⑤梯級(jí)應(yīng)盡量選在灘險(xiǎn)的下游。（2）盡量減少淹沒損失

（3）充分發(fā)揮梯級(jí)的綜合效益

3、樞紐平面布置及主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算

技術(shù)上：布置須考慮滿足通航要求；主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：船閘的通過能力；船閘的耗水量；樞紐的主要工程量；主要工程材料；工程造價(jià)；淹沒損失。

4、梯級(jí)布置方案比較及開發(fā)程序在制定梯級(jí)的開發(fā)程序時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)原則：（1）梯級(jí)方案應(yīng)突出綜合效益，兼顧各方面利益，取得各方支持；

（2）先期工程應(yīng)選在要求迫切、礙航嚴(yán)重且起控制作用的河段；

（3）先建工程應(yīng)對(duì)下一期工程無不利影響；

（4）先建工程應(yīng)施工工藝不復(fù)雜、施工條件較好的樞紐；

（5）梯級(jí)開發(fā)的程序不應(yīng)影響到工程的質(zhì)量。

思考題

1、渠化工程規(guī)劃主要有哪些內(nèi)容？2、渠化工程規(guī)劃的的主要要求？3、科學(xué)規(guī)劃與航運(yùn)發(fā)展的關(guān)系？圖5－1水庫的特征水位及其庫容

圖5－2徑流調(diào)節(jié)示意圖形

水庫蓄水水庫供水圖5－3河床式水電站

圖5－5壩后式水電站

圖5－6壩內(nèi)式水電站

圖5－7引水式水電站1-大壩；2-引水管道；3-電站廠房

圖5-8混合式水電站圖5－9灌溉排水系統(tǒng)示意圖

圖5－10長藤結(jié)瓜水利系統(tǒng)示意圖圖5－11供水工程示意圖

第六章通航建筑物

第一節(jié)通航建筑物的主要形式及特點(diǎn)第二節(jié)船閘的組成和類型第三節(jié)船閘的規(guī)模第四節(jié)船閘在水利樞紐中的布置第五節(jié)船閘輸水系統(tǒng)第六節(jié)船閘的閘門、閥門第七節(jié)船閘結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)第八節(jié)升船機(jī)的類型及其工作原理

第一節(jié)通航建筑物的主要形式及特點(diǎn)

一、船閘

——用水力直接提升船舶過壩的一種通航建筑物（圖6-1、圖6-2）。船閘組成——上下閘首、閘門、閘室等擋水建筑物；能使閘室水位升降的輸水系統(tǒng)。（圖6-4）

二、升船機(jī)

升船機(jī)——用機(jī)械的方法使船舶克服集中水位落差的一種通航建筑物（圖6-5，6-6）。

特點(diǎn)：

（1）在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)基本上不耗水，在水量不充沛的河流和運(yùn)河上，建造升船機(jī)較為有利；

（2）升船視的升降速度遠(yuǎn)較船閘閘室灌、泄水速度快，船舶通過升船機(jī)所需的時(shí)間較船舶通過船閘的時(shí)間要短；

(3)在高水頭通航建筑物中升船機(jī)的造價(jià)一般較??；

(4)機(jī)電設(shè)備是保證升船機(jī)安全運(yùn)行的一個(gè)重要部分，升船機(jī)的建造與安裝要求有較高的設(shè)計(jì)與工藝水平。

船閘與升船機(jī)的不同特點(diǎn)：（1）水力提升～機(jī)械提升（也有水力提升）；（2）船閘土建工程投資大～升船機(jī)運(yùn)行費(fèi)高；（3）船閘設(shè)計(jì)成熟，使用可靠～升船機(jī)數(shù)量少，運(yùn)行正常率還不高；（4）船閘耗水～升船機(jī)基本不耗水；（5）船閘適應(yīng)水頭較小～升船機(jī)適應(yīng)水頭較高。世界各國通航建筑物建設(shè)經(jīng)驗(yàn)表明：

（1）水頭在70m以上，宜建造升船機(jī)；（2）40m水頭以下，宜采用船閘；（3）水頭在40～70m之間，應(yīng)進(jìn)行升船機(jī)與船閘方案的比選；

第二節(jié)船閘的組成和類型

一、船閘的工作原理（圖）二、船閘的類型根據(jù)船閘不同的特征，如閘室數(shù)目、位置、功能、輸水型式、結(jié)構(gòu)型式及閘門型式等等，可以分為不同的類型：

1）內(nèi)河船閘和海船閘

①內(nèi)河船閘：建設(shè)在內(nèi)陸河流及人工運(yùn)河上。

特點(diǎn)：平面尺度相對(duì)較小，多承受單向水頭。

②海船閘：建設(shè)在封閉式海港港池口門、海運(yùn)河及入海河口。

特點(diǎn)：平面尺度大、檻上水深大、多承受雙向水頭，無上、下閘首之分。

①單級(jí)船閘——沿船閘縱向只有一個(gè)閘室的船閘。

特點(diǎn)：

（1）過閘時(shí)間短，通過能力大；

（2）運(yùn)行管理方便（建筑物及設(shè)備集中）；

（3）閘、閥門及起閉機(jī)械少，可靠性高；

（4）占地少，便于布置（直線長度小）

（5）耗水多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)地質(zhì)條件要求高（水頭高）

（6）對(duì)輸水系統(tǒng)要求高。2）單級(jí)船閘與多級(jí)船閘★帶中間閘首的船閘

特點(diǎn)：能適應(yīng)于單船或船隊(duì)或不同數(shù)量的船舶迅速通過閘室，節(jié)省了過閘時(shí)間，減少耗水，提高船閘通過能力。

圖6-11②多級(jí)船閘沿閘室軸線方向布置兩個(gè)及兩個(gè)以上閘室的船閘。

主要有：中間渠道多級(jí)和連續(xù)多級(jí)船閘。

圖6-12——連續(xù)四級(jí)船閘；

圖6-13——三峽連續(xù)五級(jí)雙線船閘?！镞B續(xù)多級(jí)船閘——能克服較大的水位落差，但船舶過閘時(shí)間長，通過能力小。

★中間渠道多級(jí)船閘——縱向兩個(gè)閘室或多個(gè)閘室之間，設(shè)有供船舶會(huì)讓的中間渠道，可提高船閘通過能力和運(yùn)行保證率。但是受地形、地質(zhì)等條件等條件限制(圖6-14)。3）單線船閘與多線船閘

多線船閘——沿橫向（閘門軸線方向）有兩線或兩線以上閘室的船閘(圖6-15)。m>3.5，采用集中輸水系統(tǒng)；

m<2.5，采用分散輸水系統(tǒng)；

m=2.5～3.5，應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，參照類似工程選定。

5）其它類型的船閘

根據(jù)船閘使用特點(diǎn)：有廣室船閘，井式船閘、省水船閘、帶調(diào)節(jié)水池船閘等類型。

①廣室（箱）船閘

閘首口門寬度小于閘室寬度的船閘，即為廣室（箱）船閘。可分三種型式：（1）對(duì)稱式：口門軸線與閘室軸線重合；（2）反對(duì)稱式：口門軸線分別位于閘室軸線的兩側(cè)；（3）鎖式：口門軸線位于閘室軸線的同一側(cè)。適用于特殊地形。

②

井式船閘

當(dāng)船閘水頭較高，地基條件較好時(shí)，為減小下游閘門的高度，在下閘首的上部建造一道橫向胸墻，過閘船舶從胸墻下面進(jìn)出閘室，這種船閘稱為井式船閘(圖6-17)。

③省水船閘

在閘室的一側(cè)或兩側(cè)設(shè)置蓄水池以節(jié)省用水（圖6-16-a、圖6-16-b）。

④帶調(diào)節(jié)水池船閘三、船閘的引航道(圖6-18)

作用：（1）保證船舶安全、順利地進(jìn)出船閘；（2）供等待過閘的船舶安全停泊；（3）使進(jìn)出閘船舶能交錯(cuò)避讓。

要求：（1）足夠的水深及相應(yīng)的平面尺度和形狀；（2）良好的掩護(hù)及水流條件。

單線船閘引航道平面布置對(duì)稱型反對(duì)稱型不對(duì)稱型

(圖6-19)引航道型式

（1）對(duì)稱型引航道的軸線與船閘軸線重合(圖6-19a)，根據(jù)引航道寬度又分全對(duì)稱式和半對(duì)稱式。（2）反對(duì)稱型引航道是上、下游引航道向不同的岸側(cè)拓寬(圖6-19b)。這類引航道對(duì)單向過閘較為有利。（3）不對(duì)稱型引航道是上、下游引航道向同一岸側(cè)拓寬，一個(gè)方向的船舶進(jìn)出閘都是直線，另一個(gè)方向的船舶進(jìn)出閘沿曲線行駛(圖6-19c)。四、船閘的組成船閘主要由閘室、閘首和引航道等三個(gè)基本部分及相應(yīng)的設(shè)備所組成(圖6-7、圖6-8、圖6-9)。

(1)閘室：指船閘上、下閘首和兩側(cè)閘室墻環(huán)繞而形成的空間。

作用是供船舶停泊使用。為了保障過閘船舶的穩(wěn)定停泊和安全升降，沿閘室墻設(shè)有系船設(shè)備和輔助設(shè)備。

（2）閘首：是將閘室與上下游引航道隔開的擋水建筑物。分上、中、下閘首，在閘首布置有閘門、輸水系統(tǒng)、閘閥門等起閉機(jī)械等設(shè)備。

作用：擋水和灌泄水。

（3）引航道：是連接閘首與主航道的一段航道。分上、下引航道，引航道內(nèi)有導(dǎo)航建筑物及靠船建筑物。

作用：引導(dǎo)船舶迅速、安全地進(jìn)出閘室。第三節(jié)船閘的規(guī)模

一、船閘基本尺度船閘基本尺度是指閘室有效長度、閘室有效寬度及門檻水深(圖6-20)。1、閘室有效長度

——船舶過閘時(shí)，閘室內(nèi)可供船舶安全停泊的長度。

（圖示）

閘室有效長度計(jì)算：

LX=lc+lf

式中：

Lx

——閘室有效長度（m）；

Lc

——設(shè)計(jì)最大過閘船隊(duì)長度（m）；

Lf

——富裕長度（m）；2、閘室有效寬度

——閘室內(nèi)兩側(cè)墻面最突出部分之間的最小距離。斜坡式閘室:有效寬度為兩側(cè)垂直靠船設(shè)施之間的最小距離。

閘室有效寬度計(jì)算式：式中：

Bx——閘室有效寬度（m）；

Σbc——同次過閘船舶并排總寬度（m）；

bf——富裕寬度（m）。

——設(shè)計(jì)最低通航水位時(shí)門檻上的最小深度。

門檻水深應(yīng)滿足：H≥1.6T

式中：

H——門檻水深(m)；

T——設(shè)計(jì)最大過閘船(舶)隊(duì)滿載吃水。3、門檻水深

4、斷面系數(shù)

在確定船閘基本尺度時(shí)，還應(yīng)考慮船閘最小過水?dāng)嗝娴臄嗝嫦禂?shù)n的要求。根據(jù)試驗(yàn)和觀察，若n值過小，則船隊(duì)(舶)過閘時(shí)，可能產(chǎn)生碰底現(xiàn)象。為保證船隊(duì)(舶)安全預(yù)利地進(jìn)閘，一般要求：

n=Ω/Φ≥l.5～2.0

式中:Ω——

最低通航水位時(shí)，閘室過水?dāng)嗝婷娣e(m2)

Φ——

最大設(shè)計(jì)過閘船隊(duì)(艙)滿載吃水時(shí)船舯斷面水下部分的斷面面積(m2)。

若有下列情況之一時(shí)，應(yīng)論證研究修建雙線或多線船閘（圖6-21、圖6-22）：

(1)單線船閘設(shè)計(jì)(實(shí)際)通過能力不能滿足設(shè)計(jì)水平年內(nèi)貨運(yùn)量需要；

(2)在運(yùn)輸特別重要的航道上，不允許因船閘檢修、沖沙和挖泥等因素造成航道斷航。二、船閘線數(shù)三、船閘級(jí)數(shù)

具有下列情況之一時(shí)，應(yīng)考慮多級(jí)船閘方案（圖6-23、圖6-24、圖6-25）：

（1）采用單級(jí)船閘受技術(shù)條件的限制，特別是受閥門水力條件和閘門技術(shù)條件的限制；

（2）受船閘所處位置的地形條件的限制，如地形較高，建單級(jí)船閘開挖深度大，與樞紐中相鄰建筑物連接難以處理等；

（3）地質(zhì)條件限制，興建高水頭單級(jí)船閘有困難；（4）河流缺水，需要節(jié)省船閘耗水量，建省水船閘又不經(jīng)濟(jì)時(shí)。

單級(jí)船閘與多級(jí)船閘的水頭也無明確界限，一般可按下述范圍考慮：

H≤20m，單級(jí)船閘(H為水頭)；20m＜H≤40m，單級(jí)或雙級(jí)船閘；H＞40m，雙級(jí)或多級(jí)船閘。

設(shè)中間渠道的多級(jí)船閘是多級(jí)船閘中的另一種型式。根據(jù)船舶所處地區(qū)的地形、地質(zhì)等條件，可在各閘室間設(shè)中間渠道以過渡（圖6-26）。思考題：1、簡述船閘上、下行的過閘原理；2、什么叫船閘有效長度和寬度(包括公式)；3、船閘基本尺度指哪些？它們?nèi)绾伪磉_(dá)?4、簡述通航建筑物型式與設(shè)計(jì)水頭的關(guān)系？解決高水頭通航建筑物輸水系統(tǒng)型式的途徑？四、船閘設(shè)計(jì)水位

1、上下游設(shè)計(jì)最高水位

船閘作為樞紐建筑物的一部分，擋水建筑物防御洪水標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與樞紐主題建筑物一致。

非溢洪船閘——上游設(shè)計(jì)最高水位通常采用水利樞紐的校核洪水位（即非常運(yùn)用洪水位）；允許溢洪的山區(qū)河流船閘——上游最高水位可取和上游最高通航水位相同的標(biāo)準(zhǔn)，目的是降低工程造價(jià)。船閘下游設(shè)計(jì)最高水位——可采用樞紐最大下泄流量相應(yīng)的下游最高水位。

2、上、下游設(shè)計(jì)最高通航水位

設(shè)計(jì)上游最高通航水位——船閘正常運(yùn)用的上限水位，又是船閘建筑物的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)之一。上游設(shè)計(jì)最高通航水位視船閘（航道）等級(jí)一般按表6-1所列頻率的洪水標(biāo)準(zhǔn)采用。最高通航水位的選擇，除按照航道、船閘的等級(jí)確定外，還須考慮其它一些因素，比如通行船舶數(shù)量，運(yùn)輸繁忙程度等。

下游設(shè)計(jì)最高通航水位——船閘正常運(yùn)用的下游上限水位，可采用上游設(shè)計(jì)最高通航水位相同的標(biāo)準(zhǔn)，但也應(yīng)考慮其它的一些因素確定。如下游有梯級(jí)時(shí)，應(yīng)考慮下游梯級(jí)回水的影響。

五、船閘高程的確定

船閘高程包括船閘閘首、閘室、閘門和引航道建筑物等的頂部高程和底部高程。

1．船閘閘門門頂高程

門頂高程=上游設(shè)計(jì)高水位+超高

(1)擔(dān)負(fù)樞紐擋水的（閘首）工作閘門，門頂高程應(yīng)采用樞紐上游校核水位加超高；如果另設(shè)有擋水閘門，則工作閘門門頂高程可采用上游設(shè)計(jì)最高通航水位加超高。

（2）第二道閘首(含單級(jí)船閘下閘首)工作閘門——采用上游設(shè)計(jì)最高通航水位加超高；多級(jí)船閘第二道閘首以下各級(jí)閘首門頂高程采用各級(jí)閘室的設(shè)計(jì)最高通航水位加超高。

（3）溢洪船閘閘首門頂高程采用上游設(shè)計(jì)最高通航水位加超高。

（4）事故閘門門頂高程為上游最高洪水位加超高；檢修閘門門頂高程等于檢修水位加超高。

根據(jù)國內(nèi)船閘設(shè)計(jì)和運(yùn)用實(shí)踐，閘門門頂超高可采用表6-3數(shù)值（p99）。

（2）第二道閘首(含單級(jí)船閘下閘首)工作閘門采用上游設(shè)計(jì)最高通航水位加超高；多級(jí)船閘第二道閘首以下各級(jí)閘首門頂高程采用各級(jí)閘室的設(shè)計(jì)最高通航水位加超高。

（3）溢洪船閘閘首門頂高程采用上游設(shè)計(jì)最高通航水位加超高。

（4）事故閘門門頂高程為上游最高洪水位加超高；檢修閘門門頂高程等于檢修水位加超高。

2、閘首墻頂高程

墻頂高程=門頂高程+構(gòu)造高（≥閘室頂高程）

擋水前緣閘首墻頂高程應(yīng)與同樞紐其他擋水建筑物擋水要求一致。

3、閘室墻頂高程

閘室墻頂=最高通航水位+超高（超高≥設(shè)計(jì)過閘船舶的最大空載干弦高度）

表6-4是長江分節(jié)駁船空載干舷高度，可作為確定閘室墻頂高程時(shí)參考（p99）。

上、下閘首檻頂高程——分別為上、下游設(shè)計(jì)最低通航水位減船閘門檻水深。

上、下游引航道底高程——分別為上、下游設(shè)計(jì)最低通航水位減引航道最小水深。

（兩者共同點(diǎn)？）

4、閘首檻頂和引航道底高程5、導(dǎo)航建筑物和靠船建筑物頂高程及引航道堤頂高程

上、下游導(dǎo)航建筑物和靠船建筑物頂高程分別為上、下游設(shè)計(jì)最高通航水位加超高。其超高值一般為設(shè)計(jì)船舶的最大空載干舷高度。

有防洪要求的引航道堤(岸)頂高程與擋水閘首墻頂高程一致。1．引航道長度

引航道——導(dǎo)航段、調(diào)順段、停泊段、過渡段、制動(dòng)段組成(圖6-28)。前三段一般要求為直線段，后兩段可根據(jù)地形靈活布置，且可部分重合計(jì)算。

六、引航道尺度（1）導(dǎo)航段

導(dǎo)航段L1緊靠閘首。船舶出閘時(shí)，在船尾尚未駛出閘首前必須沿船閘軸線直線行駛，不能轉(zhuǎn)向。因此，導(dǎo)航段長度Ll應(yīng)滿足:L1≥Lc

式中：Lc——設(shè)計(jì)船隊(duì)（船只）的長度，對(duì)頂推船隊(duì)為全船隊(duì)長，對(duì)拖帶船隊(duì)或單船為其中最大的船舶長度。導(dǎo)航段的航道寬度為適應(yīng)船舶的轉(zhuǎn)向，應(yīng)從閘首邊界開始逐漸拓寬。

（3）停泊段

停泊段L3是供等待過閘的船舶(隊(duì))?？坎⑴c出閘船舶(隊(duì))避讓交錯(cuò)的一段航道，其長度應(yīng)滿足：

L3

≥Lc

式中：Lc—最大船隊(duì)長；當(dāng)引航道內(nèi)停泊的船舶(隊(duì))數(shù)不止一個(gè)時(shí)，則L3

段的長度應(yīng)按實(shí)際需要加長。

（4）當(dāng)引航道直線段寬度與航道的寬度不一致時(shí)，需用漸變的方法將其連接起來，漸變連接的這一段引航道稱為過渡段L4

，其長度為：

L4≥10△B

式中：△B—引航道直線段寬度與航道寬度之差。

（5）船舶以一定速度通過口門區(qū)進(jìn)入引航道，停車后任會(huì)在慣性作用下滑行一段距離，這段從引航道口門到停泊段L3前沿的長度稱為制動(dòng)段l4’

。根據(jù)近十多年來進(jìn)行的一系列實(shí)船試驗(yàn)，可按下式估算

2．引航道寬度

單線船閘和雙線船閘的引航道寬度是指調(diào)順段和停泊段的寬度(圖6-22)。

（1）單線船閘引航道寬度

當(dāng)停泊段兩側(cè)都停泊等候進(jìn)閘的船隊(duì)(船舶)，則引航道寬度為：

B0≥bc+bc1+bc2+2△b

當(dāng)停泊段只一側(cè)停泊等候進(jìn)閘的船舶，則引航道寬度為：

B0≥bc+bc1+2△b

式中：

B0——設(shè)計(jì)最低通航水位時(shí)，設(shè)計(jì)最大船舶（隊(duì)）滿載吃水船底處的引航道寬度（m）；

bc——設(shè)計(jì)最大船舶（隊(duì)）寬度（m）；

bc1+bc2——一側(cè)或另一側(cè)同次過閘船舶（隊(duì)）的總寬度（m）。（2）雙線船閘共用引航道寬度

雙線船閘共用引航道，有一線或雙向過閘之分。

一線雙向過閘，另一線為單向過閘時(shí)，引航道寬度為（圖6-16和圖6-17）：

B0≥bc+bc1+b’+３△b

兩線雙向過閘時(shí)引航道寬度為：

B0≥bc+bc1+b’+bc2+３△b

（3）雙線船閘如不共用引航道寬度，其寬度應(yīng)分別按單線船閘計(jì)算。

3、引航道的水深

引航道水深是設(shè)計(jì)最低通航水位時(shí)引航道底寬內(nèi)的最小水深，等于設(shè)計(jì)船隊(duì)(船舶)滿載吃水加富裕水深。

H0/T≥1.4~1.5

式中：

H0

——設(shè)計(jì)最低通航水位時(shí)引航道底寬內(nèi)的最小水深(m)；

T——設(shè)計(jì)最大船舶（隊(duì)）滿載吃水深度（m）。

引航道直線段外為彎曲航道時(shí)，其彎曲半徑不得小于最小限值。

（1）頂推船隊(duì)和機(jī)動(dòng)駁船：

Ⅰ～Ⅲ級(jí)船閘R≥4Lc

Ⅳ～Ⅶ級(jí)船閘R≥3Lc

4、彎曲半徑和彎道加寬

第四節(jié)船閘在水利樞紐中的布置

一、布置的任務(wù)和原則

1、船閘總體布置主要研究和解決的問題

2、船閘在水利樞紐中布置時(shí)應(yīng)遵循的原則和要求二、船閘布置類型

船閘布置類型主要可分為兩種：

1、閘壩分離式布置（圖6-31）

特點(diǎn)：船閘不占河床寬度，有利于其它建筑物的布置，施工大為簡化；但土石開挖方量可能增加較多。

2、閘壩并列式布置（圖6-32）（1）伸向壩軸線上游（圖6-33）（2）伸向壩軸線下游（圖6-34）三、其它建筑物的布置

1、導(dǎo)航建筑物和靠船建筑物

（1）主導(dǎo)航建筑物：位于進(jìn)閘航線一側(cè)供引導(dǎo)船舶進(jìn)閘的建筑物。

（2）輔導(dǎo)航建筑物：位于主導(dǎo)航建筑物的對(duì)面，用以引導(dǎo)受側(cè)向風(fēng)、水流等影響而偏離航線船舶的建筑物。

（3）靠船建筑物（圖6-35、圖6-36、圖6-37、圖6-38）：為供進(jìn)閘船舶在進(jìn)閘前停泊系靠，在引航道內(nèi)布設(shè)的建筑物。

（圖6-39）

（1）外停泊區(qū)（2）前港2、外停泊區(qū)和前港

1、通航水流條件概念

2、引航道口門區(qū)（圖6-40）

3、通航水流條件的標(biāo)準(zhǔn)（1）口門區(qū)流速（見表6—5）（2）引航道內(nèi)的流速限制

四、通航水流條件五、施工通航施工通航的目的和方式？1、先建通航船閘

（1）利用老船閘通航

（2）施工圍堰在原航道處留通航口

（3）用施工導(dǎo)流明渠作為臨時(shí)航道（圖6-41）2、修建臨時(shí)通航船閘3、臨時(shí)船閘結(jié)合導(dǎo)流明渠通航的綜合方式

六、船閘通過能力和船舶過閘時(shí)間

船閘的通過能力定義——每年通過船閘的船舶總數(shù)或貨物的總噸數(shù)。★過閘次數(shù)的計(jì)算公式：

n=（τ×60）/T

式中：

τ—船閘每晝夜的平均工作時(shí)間，一般20～22h;T—船舶（隊(duì)）一次過閘的時(shí)間。

★通過能力P的計(jì)算公式：

P＝（n-n0）NGα/β式中：

P—船閘過閘貨運(yùn)量（t）;

n—日平均過閘次數(shù)（次）；

n0

—每晝夜非貨運(yùn)過閘次數(shù)（次）；

N—船閘年通航天數(shù)（天）；

G—一次過閘平均噸位，一般取設(shè)計(jì)最大過閘船隊(duì)的50％（t）；

α—船舶裝載系數(shù)，一般取0.5～0.8；

β—運(yùn)量不均衡系數(shù)，一般取1.3～1.5。船閘一次過閘所需時(shí)間

單向過閘：

雙向過閘：

式中：

t1—開（關(guān)）閘門時(shí)間；t2—單向進(jìn)閘時(shí)間；t3—閘室灌泄水時(shí)間；t4—單向出閘時(shí)間；t5—船隊(duì)進(jìn)（出）間隔時(shí)間；t'2—雙向進(jìn)閘時(shí)間；t'4—雙向出閘時(shí)間。

過閘時(shí)間：思考題：1、貨運(yùn)量為2000萬噸/年，設(shè)計(jì)船型為一頂+2×2000噸，每晝夜非載貨船過閘次數(shù)為5次，船閘年通航為360天，船舶的裝載系數(shù)為0.75，運(yùn)量不均勻系數(shù)為1.4，試求滿足上述設(shè)計(jì)貨運(yùn)量的船閘日平均過閘次數(shù)。2、簡述通航建筑物型式與設(shè)計(jì)水頭的關(guān)系？解決高水頭通航建筑物輸水系統(tǒng)型式的途徑？第五節(jié)船閘輸水系統(tǒng)一、概述

1．船閘輸水系統(tǒng)的組成及基本要求

輸水系統(tǒng)——輸水（主）廊道、進(jìn)水口、輸水閥門、出水口及消能工等設(shè)施。

（1）灌水和泄水時(shí)間不大于為滿足船閘通過能力所規(guī)定的輸水時(shí)間；

（2）船舶(隊(duì))在閘室及上、下游引航道內(nèi)具有良好的停泊條件和航行條件；

（3）船閘各部位不應(yīng)因水流沖刷、空蝕等造成破壞；

（4）布置簡單、檢修方便、工程投資少。

輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的基本要求：

取決于閘室灌、泄水時(shí)水流對(duì)停泊船只作用力的大小，通常以過閘船舶所受的水流作用力大于或小于過閘船舶的系船纜繩所能承受的拉力作為具體的衡量指標(biāo)。即作用在過閘船舶上的水流作用力不應(yīng)超過系船纜繩、系纜設(shè)備最大拉力的允許值。

在我國，纜繩拉力的允許值按分解為縱向和橫向受力衡量：

2．船舶的停泊條件

閘室和引航道允許系纜力

（1）排水量為500t和500t以上船舶（老規(guī)范）：

(6-21)

（2）排水量500t以下船舶：

(6-22)式中：PL—允許纜繩拉力的縱向水平分力(kN)；

Pc—允許纜繩拉力的橫向水平分力(kN)；

W—船舶排水量(t)。

船舶噸位（t）允許系纜力（KN）30002000100050030010050縱向水平分力464032251885橫向水平分力23201613943（新規(guī)范）二、集中輸水系統(tǒng)主要型式及水力特性

船閘輸水系統(tǒng)型式——集中輸水系統(tǒng)和分散輸水系統(tǒng)。集中輸水系統(tǒng)（頭部輸水、短廊道輸水）——輸水系統(tǒng)集中布置在閘首范圍，灌水時(shí)，水流經(jīng)上閘首集中流人閘室；泄水時(shí)，水流從閘室的下游端經(jīng)下閘首泄入下引航道。

目前，較為成熟的集中輸水系統(tǒng)主要可分為三類。（1）短廊道輸水

無消能室：

1．集中輸水系統(tǒng)的型式

有消能室：

檻下輸水：

（2）直接利用閘門輸水：

根據(jù)閘門型式和輸水方式又可分為：三角閘門門縫輸水

平面閘門門下輸水：弧形閘門門下輸水：

閥門上開小門輸水：

（3）組合式輸水

任何兩種型式組合而成：三角閘門門縫輸水和短廊道輸水組成的組合式

（1）集中輸水系統(tǒng)的水力特性

水流作用力：

流速力——縱向水流引起的

波浪力——涌波和由此產(chǎn)生的閘室縱向坡降

局部力——灌水最大能量時(shí)2．集中輸水系統(tǒng)的水力特點(diǎn)及消能措施

集中輸水系統(tǒng)采用的消能工：

消能室（圖6-50、圖6-51））

消力檻（圖6-52）及消力齒

消力梁

消力柵

消力墩

擋板與遮板

消力池（2）集中輸水系統(tǒng)的消能措施

三、集中輸水系統(tǒng)的布置

1.布置原則

（1）輸水系統(tǒng)及消能工的布置要滿足輸水能力的要求。

（2）輸水系統(tǒng)的布置要便于水流的消能及均勻擴(kuò)散。

（3）輸水系統(tǒng)和消能工的布置，在平面上應(yīng)和閘室或下游引航道的布置相適應(yīng)。

（4）上閘首輸水系統(tǒng)及消能工在立面上的布置，應(yīng)考慮到輸水過程中閘室水位的變化；下閘首輸水系統(tǒng)及消能工布置主要應(yīng)考慮下游最低通航水位時(shí)的工作情況。

2.短廊道輸水系統(tǒng)的布置

短廊道輸水系統(tǒng)有環(huán)繞短廊道輸水及檻下輸水等多種形式，本課程將主要討論環(huán)繞短廊道輸水的廊道及消能工布置。

（1）廊道進(jìn)口

廊道進(jìn)口頂部應(yīng)具有一定的淹沒水深。

廊道進(jìn)口斷面的平均流速不宜過大≯4m/s。

為了減少進(jìn)口損失，廊道進(jìn)口輪廓應(yīng)稍加修圓，修圓半徑可取為0.1～0.15倍廊道進(jìn)口寬度（漩渦圖）。

（2）廊道轉(zhuǎn)彎半徑

廊道各部分的轉(zhuǎn)彎半徑不宜過小，應(yīng)滿足規(guī)范的要求，即Rm≥（0.9～1.0）bm.（圖示）

（3）廊道出口

廊道出口也應(yīng)具有一定的淹沒水深。

廊道出口彎曲半徑：Rm≥（1.0～1.4）bm

廊道出口斷面應(yīng)該大于閥門處廊道斷面（1.2～1.6倍），一般在出口彎段應(yīng)加設(shè)起點(diǎn)位于彎段開始斷面的分水導(dǎo)墻。

船閘級(jí)別Ⅰ、ⅡⅢ、ⅣⅤ～Ⅷ淹沒水深上閘首2.01.51.0下閘首1.51.00.5四、分散輸水系統(tǒng)主要型式及水力特性

分散式輸水系統(tǒng)——輸水系統(tǒng)分散布置在閘首及閘室內(nèi)。閘室底、閘室墻內(nèi)布置縱向輸水廊道上的一系列出水支管、出水孔分散地流入閘室，因而也稱為長廊道輸水系統(tǒng)。

由于分散式輸水系統(tǒng)的水流是從較大范圍內(nèi)進(jìn)入閘室，因而與集中輸水系統(tǒng)相比，作用在船舶上的動(dòng)水作用力（波浪力、流速力、局部力）都相對(duì)較小。

根據(jù)分散式輸水系統(tǒng)布置的復(fù)雜程度及水力性能的差別分成以下三類：

1．分散式輸水系統(tǒng)的水力特性及型式

1)簡單式

閘墻長廊道，于閘室長度的中段布置一系列短支管或支孔向閘室供水。這種型式的出水孔可以采用數(shù)目較少而斷面積較大仍出水支孔，也可以采用數(shù)目較多面斷面積較小的出水支管。前者采用水流擴(kuò)散或簡單的消能工消能，而后者采用明溝消能，其消能效果較好。

1)簡單式——閘墻長廊道（短支管）

1)簡單式——閘墻長廊道（多短支管）

2)較復(fù)雜式

（1）閘底長廊道短支孔（管）出水

主廊道設(shè)置在閘室底板上，布置為單區(qū)段供水，出水孔的分布及消能條件較好，可減少局部水流的作用力。

（2）閘底長廊道分區(qū)段出水

閘底設(shè)有多根縱向長廊道，每一對(duì)對(duì)稱的長廊道只向閘室的一個(gè)區(qū)段出水。這種型式的優(yōu)點(diǎn)是可以有效地減小閥門開啟初期的波浪力。閘底長廊道分區(qū)段出水系統(tǒng)（3）閘墻長廊道閘室中部橫支廊道出水

閘墻長廊道閘室中段連接橫支廊道——將短支孔出水改成閘底橫支廊道出水（單區(qū)段）。中間向兩端出流，上下半段出流均勻，可適應(yīng)單邊輸水。

兩側(cè)閘墻橫支廊道分別布置在前后半個(gè)閘室的中部

（二區(qū)段）分區(qū)段出流，縱向分布均勻。對(duì)兩邊閥門開啟不同步或單邊開啟適應(yīng)性差。

二區(qū)段等慣性輸水系統(tǒng)——水流自閘墻廊道至閘室中部通過分流口進(jìn)人前后半個(gè)閘室。其分流口采用的是較為簡單的、用垂直隔墩分配水流的水平分流型式，分流稍不穩(wěn)定。(圖6-39)

（4）閘墻長廊道閘室中心進(jìn)口水平分流閘底縱支廊道二區(qū)段出水（5）閘墻長廊道閘室中段進(jìn)口的縱橫支廊道出水

縱橫支廊道進(jìn)口全部集中在閘室中部，前后支廊道水流慣性差別不大，加之它的出水孔分布面積廣，出流均勻，水流條件良好，要求的開挖深度也不大，是一種較好的分散輸水系統(tǒng)型式(圖6-40)。它已成功地應(yīng)用于葛洲壩2號(hào)船閘（三區(qū)段）

3)復(fù)雜式

“復(fù)雜式”——全動(dòng)力平衡系統(tǒng)。

特點(diǎn)：供水區(qū)段數(shù)較多，而且廊道水流慣性對(duì)各供水區(qū)段的影響基本相同，又稱為“等慣性輸水系統(tǒng)”。典型布置有：A、閘墻廊道閘室中心進(jìn)口（垂直分流）閘底四區(qū)段出水適用于長寬比較大的閘室B、閘底四縱支廊道二區(qū)段出水（水平分流）適用于長寬比較小的閘室。

2.分散式輸水系統(tǒng)類型的選擇

閘室中的水流作用力：波浪力——灌水初期（可以計(jì)算）；局部力——灌水中期最大能量前后（無法算）；流速力——不明顯。波浪力和局部力是主要的。前者最大值發(fā)生在；后者最大值發(fā)生在灌水最大能量前后（中期）。目前，主要依靠模型試驗(yàn)測(cè)量。目前一般采用平均比能的概念作為選擇分散輸水系統(tǒng)型式的水力指標(biāo)。

式中：H’——單級(jí)：最大水位差，多級(jí)H/2（m）；

Hc——起始水深（m）；T——灌泄水時(shí)間（t）。

H／EP.m≤77，復(fù)雜式分散輸水系統(tǒng)；

77＜／EP.m

＜105，較復(fù)雜式分散輸水系統(tǒng)；

H／EP.m≥105，簡單式分散輸水系統(tǒng)。

說明：上述指標(biāo)主要是根據(jù)國內(nèi)外的大中型船閘，最大過閘船舶(隊(duì))尺寸與閘室尺寸相當(dāng)?shù)馁Y料統(tǒng)計(jì)分析而得，適用于單船和船隊(duì)的長寬均大于閘室長寬大1/2時(shí)。若船舶尺度較可采用較上述指標(biāo)相應(yīng)降低一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)選擇更為簡單的輸水系統(tǒng)布置。一般依據(jù)資料：灌水時(shí)間(8～12min)；閘室起始水深(3.5～5.0m)。則可得各類分散輸水系統(tǒng)大致適用的水頭范圍為：

復(fù)雜式分散輸水系統(tǒng)適用于H≥28m；

較復(fù)雜分散輸水系統(tǒng)適用于12m＜H＜28m。

簡單式分散輸水系統(tǒng)適用于H≤12m。5.分散輸水系統(tǒng)的布置原則

各類分散輸水系統(tǒng)在布置中的共同要求：

（1）輸水系統(tǒng)進(jìn)口的布置，要求有良好的線型，進(jìn)口邊緣輪廓要修圓，以提高輸水效率；有足夠的淹沒水深＞0.4H。（2）輸水閥門段前后應(yīng)有一定長度的直線段，以使水流順直均勻地通過。閥門段及其以后的廊道頂部高程必須布置在下游最低通航水位以下，不容許摻入大量空氣而惡化船舶的停泊條件。

（3）當(dāng)上、中閘首輸水閥門廊道段的壓力較低或出現(xiàn)負(fù)壓時(shí)，其后的檢修閥門門槽距工作閥門的距離應(yīng)大于廊道高度的3倍，以避免檢修閥門井摻氣。

（4）輸水系統(tǒng)的主廊道斷面一般可大于輸水閥門處廊道斷面（1.3倍），以增大輸水系統(tǒng)的流量系數(shù)。

（5）閘室內(nèi)輸水系統(tǒng)的布置尤其是出水支孔的布置應(yīng)盡可能對(duì)稱（減小出流的不均勻）。

（6）閘室出水支孔(管)的布置范圍應(yīng)為閘室長度的一半以上（保證縱向出流均勻）。

（7）中、高水頭船閘的上、中閘首帷墻立面宜做成斜面，以避免當(dāng)閘室水面上升至帷墻頂面平臺(tái)時(shí)，水域面積有較大的突變，從而顯著惡化船舶的停泊條件；

（8）輸水系統(tǒng)出口布置也應(yīng)有良好的線型，以提高輸水效率，尤其要注意出口布置應(yīng)能分散水流，減弱出口水流的紊動(dòng)并達(dá)到引航道內(nèi)流速分布均勻的目的；

（9）條件允許時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮采用部分或全部由引航道外取水的旁側(cè)進(jìn)口和由引航道外排水的旁側(cè)出口的布置。思考題：

1、船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)是什么？2、船閘輸水系統(tǒng)是由－－、－－、－－和－－等組成？3、船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足哪些基本要求？4、請(qǐng)分別論述集中輸水系統(tǒng)與分散輸水系統(tǒng)的特點(diǎn)及類型？5、在灌泄水過程中，停泊在閘室內(nèi)或引航道內(nèi)的船舶將受到哪些水流作用力？集中輸水和分散輸水：

判別式：式中：

m——判別系數(shù)；

T——閘室灌水輸水時(shí)間；

H——設(shè)計(jì)水頭。分散輸水系統(tǒng)適用范圍：

復(fù)雜式分散輸水系統(tǒng)適用于H≥28m；

較復(fù)雜分散輸水系統(tǒng)適用于12m＜H＜28m。

簡單式分散輸水系統(tǒng)適用于H≤12m。

第六節(jié)船閘的閘門、閥門

一、閘、閥門的分類

閘門——關(guān)閉閘首通航口；閥門——關(guān)閉廊道出流口。按其工作性質(zhì)可劃分為:工作閘、閥門；檢修閘、閥門；事故閘、閥門。按閘、閥門的結(jié)構(gòu)特征分類，閘門可分為人字閘門（圖6-73）、升降式平面閘門、橫拉閘門（圖6-74）、三角閘門、一字閘門、弧形閘門、迭梁閘門和浮式閘門等；閥門可分為平面閥門、反向弧形閥門、圓筒閥門和蝴蝶閥門等。

二、閘、閥門的布置

工作閘門通常布置在閘首，用于關(guān)閉閘室。

檢修閘門——門槽設(shè)在上閘門的上游或下閘門的下游；

檢修閥門——設(shè)在每一工作閥門的上游和下游。

閘門布置不能影響船閘有效通航尺寸：對(duì)溢洪和泄洪船閘，其閘門應(yīng)設(shè)有方便而可靠的鎖定裝置。輸水廊道的閥門應(yīng)布置在廊道的直線段，保證閥門門前水流平順，避免使閥門超載、振動(dòng)、氣蝕等問題發(fā)生。

三、閘、閥門的選擇

幾種常用閘、閥門型式：

(1)人字閘門（圖6-75-a、圖6-75-a、圖6-76）

(2)升降式平面閘門（圖6-77）。根據(jù)不同水位差和閘首布置情況，閘門可以布置成下降式或提升式。

(3)三角閘門（圖6-78）。國外三角閘門的擋水面多做成圓弧形，因此亦稱扇形閘門。常用于低水頭頭部輸水的船閘和承受雙向水頭的中小型船閘。(4)橫拉閘門（圖6-79）

(5)平面閥門(也稱垂直提升閥門)，如圖6-80所示。

(6)反向弧形閥門（圖6-81）第七節(jié)船閘結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)

一、閘室結(jié)構(gòu)——斜坡式和直立式兩種。

斜坡式閘室具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)，但使用不方便，且耗水量大，目前已很少采用。

直立式閘室結(jié)構(gòu)由閘墻和閘底組成。

第七節(jié)船閘結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)

按受力狀態(tài)——可分為整體式結(jié)構(gòu)和分離式結(jié)構(gòu)兩大類。兩側(cè)閘墻和底板澆筑在一起的為整體式結(jié)構(gòu)（圖6-82）；閘墻和閘底分別設(shè)置的為分離式結(jié)構(gòu)（圖6-83）。分離式結(jié)構(gòu)閘墻類型較多，常用于土基上的有重力式、懸臂式、扶壁式。

分離式閘室：多用于土基上，大多采用帶有橫撐格梁的透水閘底，這種閘底比較經(jīng)濟(jì)。適用于水級(jí)較小、地基對(duì)滲透變形不敏感的情況。當(dāng)水頭較高，地基為粉砂、細(xì)砂或淤泥的閘室則可采用雙鉸式不透水底板或采用整體式結(jié)構(gòu)。在巖基上常用的型式有重力式、襯砌式和混合式，如圖6-84。

當(dāng)基巖堅(jiān)硬、完整時(shí)，可不設(shè)底板；當(dāng)基巖不耐沖時(shí)，則須作護(hù)底。1.重力式閘墻的構(gòu)造

重力式閘墻是靠自重維持穩(wěn)定，地基反力較大，對(duì)地基承載能力要求較高，因此重力式結(jié)構(gòu)只適用于較好的地基（圖）。

重力式結(jié)構(gòu)按材料可分為漿砌條(塊)石結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)及配筋混凝土結(jié)構(gòu)等。

重力式結(jié)構(gòu)按斷面型式可分為梯形和衡重式兩種。

閘室結(jié)構(gòu)型式及構(gòu)造：

重力式閘墻一般采用折線形墻背坡。漿砌條(塊)石閘墻也可做成階梯形墻背。

根據(jù)國內(nèi)已建的士基上船閘的統(tǒng)計(jì)，閘墻底寬與墻高之比約在以下范圍內(nèi)：

梯形斷面B／h＝0.7～1.3(B為底板寬，h為墻高)

梯形斷面b／h＝0.5～0.8(b為墻底寬)

衡重式B／h＝0.5～0.7

對(duì)于衡重式閘墻，一般在0.4～0.5墻高處設(shè)置平臺(tái)，平臺(tái)以上為梯形斷面，平臺(tái)以下設(shè)1:4～1:5的倒坡。

懸臂式閘室是由閘墻、底扳和后懸臂組成、從船閘軸線分成兩半的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，在底板中間接縫中設(shè)置有止水，形成不透水的閘底。懸臂式結(jié)構(gòu)適用于承載能力較低的地基，且閘室高度與閘室寬度之比較大的情況。2、懸臂式閘室的構(gòu)造

扶壁式結(jié)構(gòu)由立板、肋板和底板組成，底板分趾板和內(nèi)底板。由于閘室墻系直接建筑于土基上，地基的承載能力很小。立板、肋板和底板等的連接部位須設(shè)置斜托，圖6-85。3、扶壁式閘墻的構(gòu)造4、襯砌式

巖基上除重力式結(jié)構(gòu)外，還有襯砌式和混合式結(jié)構(gòu)。重力式結(jié)構(gòu)與土基上重力式結(jié)構(gòu)基本相同。當(dāng)基巖頂面高程高于閘墻頂高程時(shí)，可采用襯砌式閘室結(jié)構(gòu)。襯砌式結(jié)構(gòu)有重力式襯砌和帶錨筋的薄襯砌。階梯形襯砌斷面如圖6-86，倒梯形襯砌斷面如圖6-87。

基巖頂面低于閘墻頂高程時(shí)，可采用混合式結(jié)構(gòu)，即基巖以上采用重力式，基巖以下采用襯砌式結(jié)構(gòu)。5、混合式

透水閘底由護(hù)面(塊石或混凝士板等)、反濾層及縱橫格梁組成，反濾層采用中石、小石、中粗砂構(gòu)成。砂性地基，反濾層多為3～4層；粘性地基，多為2～3層。

護(hù)面一般采用干砌塊石，厚度一般為25～40cm，在石料缺乏地區(qū)，也可采用混凝土板。

6、閘底設(shè)計(jì)

為固定護(hù)面及反濾層各層間的相對(duì)位置，閘底須設(shè)置縱橫格梁，縱橫格梁控制的面積以30m為宜，其斷面尺寸不宜小于40cm×40cm，格梁配置構(gòu)造鋼筋。雙鉸底板是兩邊閘墻的前趾與底板以斜接或搭接組成兩個(gè)假想鉸，并在鉸接處設(shè)止水以形成不透水的分離式結(jié)構(gòu)。這種型式具有不透水及抗浮、抗?jié)B性能好，閘墻與底板分別受力可減小底板中部的彎矩等優(yōu)點(diǎn)。二、閘首結(jié)構(gòu)

船閘的閘首內(nèi)一般設(shè)有輸水廊道、閘門、閥門、閘閥門啟閉機(jī)械及其相應(yīng)的設(shè)備等。因此閘首布置及尺寸與所選用的閘門型式、輸水系統(tǒng)及有無帷墻等有密切關(guān)系。典型閘首布置如圖6-88所示。

閘首結(jié)構(gòu)——整體式結(jié)構(gòu)和分離式結(jié)構(gòu)（按其受力狀態(tài)）。在土基上為避免由于邊墩不均勻沉降而影響閘門正常工作，一般采用整體式閘首結(jié)構(gòu)；巖基上的閘首，則可采用分離式結(jié)構(gòu)，如葛洲壩工程l、2、3號(hào)船閘，建于砂巖上，其上閘首均采用分離式結(jié)構(gòu)。當(dāng)巖石較完整時(shí)，可不設(shè)底板，只有當(dāng)巖石裂隙較多或巖石較軟弱時(shí)，才考慮加設(shè)底板或護(hù)底．必要時(shí)也可采用整體式結(jié)構(gòu)。

1、閘首布置及構(gòu)造

根據(jù)受力和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，閘首在長度(順?biāo)?方向上一般由三段組成。對(duì)于不同的門型，各段尺寸亦各異，圖6-89為人字閘門的閘首分段圖式。

1)

門前段長度L1

門前段長度主要根據(jù)工作閘門型式、檢修門尺度、門槽構(gòu)造及檢修要求確定（圖6-90）。

2）門龕段長度L2

門龕段長度因工作閘門型式不同而異。(1)人字閘門

式中：

Bc—

閘首的口門寬度(m)；

d—

門龕（槽）深度(m)，一般為門厚加0.40～0.8m；

θ—

閘門與船閘橫軸線的夾角，一般取20°～22.5°。(2)橫拉閘門

橫拉閘門的門槽寬度，主要由門厚、上下游支承木的厚度及閘墩楔形支承厚度組成：

L2＝h十2(0.2十0.25)式中：

h—橫拉門厚度，m；支承木厚度取0.2m，楔形支承厚度取0.25m。（3）三角閘門

三角閘門門庫較大，其外形尺寸除要滿足閘門尺度及構(gòu)造要求外，還a須滿足輸水消能的要求，主要根據(jù)模型試驗(yàn)確定。據(jù)已建船閘三角門門庫尺度的統(tǒng)計(jì)，其門龕長度可取為:

L2=(0.5～0.7)Bc

平面閘門的門槽與前幾種門型相比是最小的，在閘首布置中不會(huì)因門槽的尺寸而增加閘首的長度，主要視門體結(jié)構(gòu)尺度而定。

（4）平面閘門

閘門支持段主要須滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及強(qiáng)度的要求，并須考慮輸水廊道進(jìn)出口布置的要求。人字閘門的支持段長度，目前設(shè)計(jì)仍假定是在其獨(dú)立工作條件下進(jìn)行穩(wěn)定和強(qiáng)度的驗(yàn)算確定的，因此須要有足夠的長度。

3）閘門支持段長度L3

據(jù)已建船閘支持段尺度的統(tǒng)計(jì)，的變化幅度較大，其范圍如下：

L3≈(0.3～1.2)h或L3≈(0.4～2.1)H式中h—邊墩自由高度(m)；H—設(shè)計(jì)水頭(m)閘首邊墩厚度，一般根據(jù)門龕深度、廊道寬度、閥門井尺度等因素確定。據(jù)已建船閘的統(tǒng)計(jì)，邊墩厚度一般取為2～3倍廊道寬度。

對(duì)有帷墻的上閘首，為減小水流動(dòng)力的影響、保障船舶停泊安全可將帷墻邊緣做成拱形或多邊形的傾斜面。閘首的邊墩，在較好的土基上一般均采用混凝土或鋼筋混凝士重力式邊墩，部分邊墩可采用漿砌塊石的污工結(jié)構(gòu)。當(dāng)?shù)鼗^差時(shí)，閘首邊墩可采用輕型結(jié)構(gòu)如扶壁式、空箱式結(jié)構(gòu)等（圖6-91）。

在巖石地基上，通常均采用分離式閘首結(jié)構(gòu)，邊墩一般均采用重力式結(jié)構(gòu)。當(dāng)巖石頂面較高時(shí)也可采用襯砌式結(jié)構(gòu)。當(dāng)巖石較堅(jiān)實(shí)、完整，裂隙較少時(shí)，也可由巖石中直接開挖而成。

三、引航道導(dǎo)航和靠船建筑物船閘引航道中設(shè)有導(dǎo)航和靠船建筑物以及護(hù)坡、護(hù)底等結(jié)構(gòu)。

1.導(dǎo)航和靠船建筑物（圖6-92）

船閘導(dǎo)航、靠船建筑型式較多，在已建船閘中用得最多的是重力式導(dǎo)航、靠船建筑結(jié)構(gòu)，其次是墩式、框架式導(dǎo)航、靠船建筑，其他還有樁墩式、浮式、空箱式、扶壁式和連拱式等（圖6-93）。

導(dǎo)航及靠船建筑物的前沿應(yīng)做成垂直平整面，以利于船舶?？考跋挡窗踩?。當(dāng)引航道水位變幅較大時(shí)，可在靠船建筑物正面分層設(shè)置系船鉤。導(dǎo)航及靠船建筑物主要承受船舶撞擊力，其尺度一般根據(jù)穩(wěn)定和強(qiáng)度計(jì)算確定。并應(yīng)滿足系船、照明及信號(hào)裝置等布置要求。

2、護(hù)坡和護(hù)底

已建船閘—般采用漿砌塊石、干砌塊石、混凝土塊體及草皮等護(hù)坡，基本上滿足了岸坡不致被破壞的要求。

根據(jù)船閘運(yùn)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在閘首外底部和輔導(dǎo)墻外鋪砌30m左右長度的護(hù)底或護(hù)坡是十分必要的。護(hù)坡結(jié)構(gòu)為25～40cm塊石，下墊以10cm中石子和10cm黃砂，如圖6-95。砂地基的下游護(hù)坡，如圖6-96所示