表2.1 水头-流量计算表
H (m) 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 A (m2) 30 46.5 64 82.5 102 122.5 144 166.5 X (m) 32.47 34.71 36.94 39.18 41.41 43.65 45.89 48.12 R (m) 0.924 1.340 1.733 2.106 2.463 2.806 3.138 3.460 C (m0.5/s) 39.477 42.000 43.839 45.287 46.484 47.505 48.399 49.193 Q (m3/s) 18.000 35.746 58.400 85.721 117.654 154.131 195.207 240.170 根据上表，绘制ht—Q曲线。见图2-1
⑴由ht—Q曲线查的Q设=129.4m/s时, ht=3.2 m即下游水位为h t=3.2 m。
由设计资料可知，渠底高程为46.8m，则下游水位高程为▽下= 3.2 m+46.8m=50.00m。
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⑵上下游水位差为ΔH=0.2m。
⑶上游水位▽上=▽下+ΔH=50.00m+0.2m=50.2 m<51.6m。满足要求。
2.1.2 闸孔尺寸设计
⑴闸孔尺寸的设计条件：最大闸孔要满足泄洪要求，在校核流量237 m/s，最高设计蓄水位51．6 m下保证能泄出，即Q孔≥Q泄。
⑵闸孔总净宽的计算：在Q设=129.4 m/s，闸门全开，按堰流计算。由《水闸设计规范》SL265—2001(A.0.2-1)、(A.0.2-1)得
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B0?Qu0hs2g(H0?hs) 式(2.2)
μ0=0.877+（hs/H0-0.65)
2
式(2.3)
式中：?0——淹没堰流的综合流量系数。由《水闸设计规范》表A.0.2查得 Q——过闸流量。 取Q=Q设=129.4 m/s
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hs——下游水深。 hs=3.2m H=hs+ΔH=3.2+0.2=3.4m
A?(b?mh)h=(2.8+233.4) 33.4=118.32m
H0——计入行进流速水头的堰上水深。 ?0?2
QA=129.4/118.32=1.09m/s
2?0 H0?H?=3.4+0.06=3.46m
2g h下/ H0=0.925>0.90 查《水闸设计规范》知此水闸处于高淹没，闸孔总净宽可按(A.0.2-1)(A.0.2-2)计算
?0?0.877?(hs/H0-0.65)2
=0.951
B0?Q/?0hs2g(H0?hs) =129.4/（0.95133.232?9.81?(3.46?3.2)） =21.2 m
式中：B0——闸孔总净宽；（m） Q——过闸流量；（m/s）
H0——计入行进流速水头的堰上水深;（m） ?——淹没堰流流量系数； 初步设计闸孔净宽取B0=21.2m
⑶闸孔孔数尺寸与闸室总宽度的确定：大中型水闸采用平面钢闸门时，每孔净宽b一般为6～9米，当水闸孔数较少，过去多采用弧形钢闸门，平底板的结构形式，而近年采用了钢筋混凝土闸门和反拱式底板，将闸孔净跨缩为6m，显然，如不缩减闸孔净跨，采用钢筋
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混凝土闸门是不利的，闸门过重，门上主梁受力过大，易断裂，即使采用预应力结构，根据实践经验，闸孔也不宜超过8m。如底板采用反拱的结构形式，同样闸孔净跨过大，则反拱的矢高过大，给反拱底板的施工带来不利影响，故闸孔净宽以6～8m为宜。闸孔孔径应根据闸的地基条件，运用要求，闸门结构型式，启闭机容量以及闸门的制作，运输，安装等因素进行综合分析确定，综合本设计实际情况，初定b=8米，n= B0/b ?3孔。稍后对之进行验算。
2.1.3 堰型选择
水闸一般采用宽顶堰或低槛实用堰，本设计初设时已选定不带胸墙，因此胸墙式不予以考虑。平原水闸多采用无槛宽顶堰。比较宽顶堰与实用堰的优缺点，附《水工设计手册》。本工程中采用宽顶堰形式，堰顶高程与河底相平，取高程46.8m。
表2.2 宽顶堰与实用堰的优缺点比较表
堰型 比较 1.构造简单，施工方便； 优点 2.自由泄流范围较大，泄流能力比较稳定； 3.堰顶高程相同时，地基开挖1.自由泄流时，流量系数较大； 2.选用适合的堰面曲线，可以消除波状水跃； 3.堰高较大时，可采用较小断面，水流宽顶堰 实用堰 第18页 共69页
量小。 4.有利于冲淤，排沙。 条件较好。 4.可以缩短闸孔总宽和减小闸门高度并能阻止泥沙进入渠道。 1. 自由泄流时，流量系数较小； 缺点 2. 下游产生波状水跃的可能性较大。 1.结构较复杂，施工较困难； 2.淹没度增加时，泄流能力降低很快。 2.1.4 闸墩厚度的选择
由《水工设计手册》P9，表25-2-4，对于中等跨度闸孔，中墩取1.0m，边墩取0.8m， 闸室底板总宽B=闸孔数3闸孔净宽+2*边敦+（n-1）3中墩=3*8.0+2*0.8+2*1.0=27.6m
2.1.5 水闸泄流能力校核
采用闸门全开在最高设计蓄水位51.6m情况下：由资料知，最高蓄水位=51.6m，渠底高程=46.8m，所以：
上游水位为H=51.6-46.8=4.8m；Q校=237m/s， 由ht—Q曲线得H下=4.45m,即hs=4.45 B0=Q较/?0hs2g(H0?hs) 3
?0?0.877?(hs/H0-0.65)2
=0.954 Q孔?B0?0hs2g(H0?hs) = 24?0.954?4.45?2?9.8?(4.8?4.45) =267 m/s >Q校=237m/s 满足要求
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2.2 消能防冲设计 2.2.1 节制闸泄流特点：
节制闸一般跨越河道修建，壅高上游水位，用于枯水期蓄水，抬高水位以供水闸取水。利用闸门控制水位，上、下游有较大水位差。其泄流特点为：
⑴闸门控制泄流时，流量和水位差多变。流量是随着上游来水量逐渐变化的。特征为流量越小，下游水位越低，落差越大，对下游冲刷越严重。当闸门全开时，上、下游落差则越小，落差越小，水的能量就越小。
⑵闸孔出流有多种流态，在闸门控制泄水时，呈孔口自由出流或淹没出流状态；在闸门
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全开时，则呈淹没堰流状态。对宽顶堰式的平底板水闸：
e/H>0.65为堰流，可分为自由出流：当ht/H0 <0.8时,Q???mB2gH0;淹没出流：当htH0>0.8时，Q?u0htB2g(H0?ht)。
e/H ? 0.65，为孔流，按下游水深ht对泄流有无影响，可分为自由出流：
32ht?hc\,Q?uBe2g(H0?hc);淹没出流：ht>hc\,Q???uBe2g(H0?hc)。
e——闸门开度；
H——闸前水深。
⑶闸下水流的衔接型式，可在一定范围内用闸门进行调节和控制，有可能避免波状水跃或跃首撞击闸门等不利的衔接流态。
⑷由于各个闸孔的闸门不一定同时开启，即使同时开启也难以完全消除回流，因此闸下单宽流量的分布经常是不均匀的。
2.2.2 消能设计条件
节制闸在宣泄设计洪水时，闸门全部提出水面，上、下游落差很小，过闸水流呈缓流状态，只要使水流均匀扩散，以安置回流的发展，毋需特别的消能设施。过闸水流因为上下游水位差大，呈急流状态。因此必须采取适当的消能措施，使闸下水流在尽可能短的距离内由急流状态变为缓流状态，减小水流的冲刷能力。水闸的上下游水位、过闸流量及泄流方式（孔、堰流）取决于水闸的运用要求，往往是复杂多变的，闸门的开启程序，开启孔数和开启高度可有多种组合，均影响闸下的消能设施。因此必须在各种可能出现的各种水力条件下，都能满足消能的要求，合理的确定消能设计条件是非常必要的，也是保证消能工程既安全可靠又经济合理的前提。
但若节制闸宣泄设计和校核洪水时，闸门全部提出水面，上下游落差则很小，过闸水流呈缓流，则就不必设消能设施。
节制闸消能设计条件是：在保持闸上游最高蓄水位不变的情况下，若宣泄上游多余的来水量，则由闸门控制。此时上下游水位差最大，水的能量亦最大，因此必须设置消能设施。相应的下游水位可根据ht～Q曲线确定。求出闸门控制的下泄流量Q有曲线查得h下。上游多余来水越小，闸门控制泄量越小，对下游冲刷越严重，因此此时上下游水位差最大。
蓄水时期上游的多余来水量是随时间变化的。因此，闸门控制的泄水的泄量也是经常变化的，这样就应对各种泄量进行下游消能计算。既对闸门不同的开启孔数及开启高度所对应的下泄量及不同的上下游水位差均应进行下游消能计算。但其最大的泄量是有限度的，不会超过闸下水位接近闸上最高蓄水位时下游河道所通过的流量，因此时闸已全打开，下游水深大，过闸水流为缓流，则不是消能设计条件。
对三孔闸门，应采取中孔单开，两边孔同时开启及三孔同时开启的组合方式。其目的为保持水流对称，不致过大冲刷下游河床。而开启高度一般采用0.5m之倍数。
闸门的初始开启高度（0.5m），往往是消力池深度和长度的控制因素。此时泄流量最小，
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