3工程复核计算分析报告

3 防洪标准

防洪标准主要复核闸顶高程和防浪墙高程，其中闸顶高程为4.80m，防浪墙顶高程为7.0m，原设计水闸闸门允许越浪，所以仅复核防浪墙高程。防洪高程等于水闸设计洪水水位加波浪计算高度与相应安全超高值之和。

波浪爬高采用莆田试验站公式计算, 首先计算波浪要素，影响波浪要素计算的重要参数为风速、风区长度。

（1）平均波高hm、平均波周期Tm可按下列公式（3-1）、（3-2）计算：

?0.45???gD??0.0018?2?0.7????????0?? （3-1） ??th?0.7????gHm????????2?0.13th?0.7????0????????ghm?02??gHm?0.13th?0.7?2?0???gTm?0?gh?13.9?2m???0????0.5 （3-2）

式中：?0为计算风速（m/s）；D为风区长度（m）；Hm为水域的平均水深（m），与相应计算工况下的静水位一致。

根据《水闸设计规范》之“附录E浪压力计算”中表E.0.1-1规定：2级水闸的波列累积频率p=2（%），根据波高hm与平均水深Hm的比值、波列累积频率可查得相应于波列累积频率的波高hp与波高hm的比值。

（2）平均波长Lm、和波浪中心线超出计算水位的高度hz按式（3-3）、（3-4）计算：

Lm?gTm2?2th2?HLm （3-3）

hz?式中：H为闸前水深（m）。

（3）波浪爬高h

?hpLm2cth2?HLm （3-4）

h?hp?hz （3-5）

根据最新的太湖流域防洪规划（2003年），百年一遇的设计防洪水位为4.80m，计算风速参与基本组合时采用50年一遇的年最大风速，?0取20m/s，风区长度D-1-

取太湖平均宽度为35.7km，当太湖水位为2.99m时，平均水深为1.89m，类推设计洪水水位工况的的水域的平均水深Hm取3.7m。 本工程水闸为2级，安全超高下限值为0.5m。计算得hp=1.333m，hz=0.320m，防浪墙的防洪高程为6.95m，所以防浪墙的防洪标准满足百年一遇的防洪要求。

4 水力设计复核

根据苏州市水利勘测设计研究院提供的设计运行制度，节制闸在水位差>50cm时的闸门启动：闸门开启高度50cm，历时5min，提高开启度至100cm，至上下游水位平。船闸运行时的闸门启闭：从太湖进内河，上闸首闸门开启高度50cm，历时3min，提高开启度至100cm，历时约2min，至闸室水位与太湖水位平；从内河出太湖，下闸首闸门关闭，上闸首小开度开启，放水过程同前，待闸室水位与太湖平。本次复核计算采用的消能防冲和原来采用值得比较见表4-1。

总体规划节制闸最大过闸流量为60m3/s。在运行制度的基础上通过水力计算，确定过闸水流流态及过闸流量、消力池深度、消力池长度、消力池底板厚度，海漫长度等。

表4-1 船闸最新和原消能标准比较 （吴淞水位：m）

标准 2006 消能方向 正向 反向 正向 1996 反向 太湖侧H上 4.20 2.80 4.66 3.00 内河侧H下 3.50 3.50 3.50 3.50 4.1 过水能力 4.1.1节制闸过水能力

根据设计要求的节制闸运行制度：“节制闸在水位差>50cm时的闸门启动：闸门开启高度50cm，历时5min，提高开启度至100cm，至上下游水位平”。

按百年一遇的消能水位组合标准，正向过水是太湖侧4.80m，内河侧3.50m，水位差为1.3m；反向过水是太湖侧3.00m，内河侧3.50m，水位差为0.5m。在开启度为0.5m和1.0m时过水形式均为孔流形式。

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过水形式为孔流形式时，过闸流量可用式（4-1）~（4-4）计算：

Q?B0?'?he2gH0 （4-1）

????'1?11??'heH （4-2）

?'??[1?(heH （4-3）

)]2hs?hc??hs?hc??H?hc??H?hc?? （4-4）

式中：he—孔口高度（m）；

?—孔流流量系数；

?—孔流流速系数，可采用0.95~1.0，本工程取0.97；

?'—孔流垂直收缩系数；

?—计算系数，计算公式适用于0?rhe?0.25范围；

； r—胸墙底圆弧半径（m）

?'—孔流淹没系数，可查《水闸设计规范》（SL265-2001）表A.0..3-2。

闸门B0＝16m，钢闸门底圆弧半径r＝0 m，正向过水太湖侧4.80m，内河侧3.50m，开启度he＝0.5m时，?＝0.4，?'=0.61，?＝0.57，可得Q＝45 m3/s。同理，可得开启度he＝1.0m时，Q＝87 m3/s。

表4-2 两种开启度工况的节制闸过闸流量

开闸形式 正向 开度0.5m 开度1.0m 45 87 过闸流量Q （m/s） 反向 38 74 3

4.1.2船闸过水能力

根据设计要求的船闸运行时的闸门启闭制度：从太湖进内河，上闸首闸门开启高度50cm，历时3min，提高开启度至100cm，历时约2min，至闸室水位与太湖水位平；从内河出太湖，下闸首闸门关闭，上闸首小开度开启，放水过程同前，待闸室水位与太湖平。

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过水形式为孔流形式时，过闸流量可同节制闸控制开启度工况下的过水流量计算。开启度he＝0.5m，正向过水（太湖侧4.20m，内河侧3.50m）时Q?41.8 m3/s；反向过水（太湖侧2.81m，内河侧3.50m）时Q?38 m3/s。开启度he?1.0m，时，正向过水（太湖侧4.20m，内河侧3.50m）时Q?81.3 m3/s；反向过水（太湖侧2.81m，内河侧3.50m）时Q?74m3/s。

计算可知，闸室在开启度0.5m过水3min后，太湖或胥江的水位能够基本持平，所在船闸闸首的消能防冲复核时仅需考虑开启度0.5m过水工况。 4.2 消能防冲 4.2.1 消力池深度

节制闸最大过闸流量为60m3/s，实际在正向过水、开度1m时的流量为87 m3/s。以87 m3/s进行消能复核，根据水闸设计规范，先计算收缩水深hc，然后计算跃后水深hc//，再计算出池落差ΔZ，确定消力池深度。

（1）收缩水深hc计算：

h?T0?h?3c2c??q2g?22?0 （4-5）

式中：hc—收缩水深（m）；

T0—总势能（m）； q—过闸单宽流量（m2/s）；

α—水流动能系数，可采用1.0~1.05； ψ—流速系数，一般采用0.95；

T0?H?d?QBV022g?4.87m （4-6）

q??87/16?5.44 m/s2 （4-7）

以hc为未知量解方程，得hc=0.105 m （2）跃后水深hc//计算：

hc//2??b?hc?8??q1???1??1??3??b?2?ghc???2?0.25

（4-6）

式中：b1－消力池首端宽度，b1=16m，

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b2－消力池末端宽度，b2=22m，

代入计算得：hc//＝2.59m （3）出池落差ΔZ计算：

?Z???q22/2s2g?h???q2gh2//2c （4-7）

式中：ΔZ—出池落差（m）

hs/—出池河床水深（m），hs/＝3.5m。 代入上式计算得：ΔZ ＝ 0.07m （4）消力池深度d计算

d??0hc?hs??Z/// （4-8）

式中：σ0—水跃淹没系数，可取1.05~1.10，取1.1。

代入上式计算得：d = 0.5m，水闸实际消力池深1.5 m，满足当初设计要求。 4.2.2 消力池长度

消力池长度可按式（4-9）、（4-10）计算：

Lsj?Ls???Lj （4-9）

Lj?6.9hc?hc （4-10）

?//?式中：Lsj—消力池长度（m）；

Ls—消力池斜坡段投影长度（m），Ls＝6m； β—水跃长度校正系数，可取0.7~0.8，取0.75； Lj—水跃长度（m）。

由消力池深度计算可知，跃后水深hc//=4.09m，收缩水深hc=1.1 m，可得Lsj＝20.525m。节制闸实际消力池长度为20 m，基本满足规范要求。 4.2.3 消力池底板厚度

根据抗冲要求，消力池底板厚度可按式（4-11）计算：

t?k1?q?H/ （4-11）

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