渠化工程课程设计

《渠化工程学》课程设计1设计目的课程设计的目的在于巩固和加深课堂中所学的基本概念和基本理论，了解渠化工程（主要指船闸）设计的一般原则、步骤和方法，树立正确的设计思想，培养和提高计算、绘图的基本能力。2设计任务通过渠化工程课程设计，可以将所学的基础课和专业基础课同专业知识有机的结合起来，使学生更好地明确学习目的，加深专业印象，为今后从事航道及通航建筑物的勘测、规划、可行性研究、设计、施工和科学研究工作打下坚实的基础，以达到本专业培养目标的要求。3基本内容与要求3.1船闸总体平面布置及设计标准3.1.1船闸及引航道在枢纽中的布置1.船闸的布置（1）布置原则：①船闸在通航期内应有良好的通航条件，满足船舶安全迅速通畅过闸，并有利于运行管理和检修；②遵照综合利用、统筹兼顾的原则，正确处理船闸与溢流坝、泄水闸、电站等建筑物之间的关系和矛盾，优化布置，以发挥最大的综合效益；③根据国民经济发展规划，做到远近结合，既要满足设计水平年内航运的需要，又要考虑远景发展，充分留有余地；④在满足航运要求的前提下，应尽量选择经济合理、工程投资少、能就地取材、施工方便的方案；⑤对大、中型和水流泥沙条件复杂的工程应进行模型试验，优选布置方案。(2)布置方式：采用闸坝并列式。2.引航道的布置（1）引航道的布置方式：采用对称型式。（2）引航道尺度1）引航道宽度0B：单线船闸且停泊段只一侧停泊等候进闸的船舶因为，0B≥211bbbbcc=10.8+10.8+10.8+0.5*10.8=37.8m所以，取0B=40m2）引航道长度①导航段长度1l：因为，1l≥cL=160m所以，取1l=160m②调顺段长度2l：因为，2l≥cL)0.2~5.1(=(1.5～2.0)*160=240～320m所以，取2l=320m③停泊段长度3l：因为，3l≥cL=160m所以，取3l=160m④过渡段长度4l：因为，4lB10=10*（60-40）=200m所以，取4l=200m⑤制动段长度'4l：因为，'4l=CL且取=3.0所以，'4l=3*160=480m3）引航道的最小水深0H：因为本设计船闸为Ⅰ级船闸，所以引航道最小水深应满足1.5TH0（T表示设计最大船舶（队）满载吃水）。即1.5TH0=1.5*2=3m，取0H=3m。4）弯曲半径和弯道加宽①引航道的最小弯曲半径R：因为，C4LR=4*160=640m所以，取R=640m②弯道加宽值B：因为，）B2R（LB02C=）40640*2（1602=19.39m所以，取B=20m3.口门区的防沙和水流条件要求（1）口门区的防沙：船闸宜布置在顺直稳定河段，上、下游引航道口门应尽可能避开易淤积部位，尤其是凸岸淤积区及回流、环流淤积区。如因当地条件限制，找不到合适的河段时，则应通过论证，证明可采取工程措施达到通航要求，才可布置。对泥沙淤积影响较大的船闸，应考虑布置防淤清淤设施，以保证引航道尺度。（2）口门区的水流流速：口门区是过闸船舶进出引航道的咽喉。因此在通航期内，引航道口门区的流速、流态应满足船舶（队）正常航行的要求。并应尽量避免出现不良的流态，如泡漩、乱流等，如因条件限制不能避免时，则须采取措施，消减到无害程度。在《船闸总体设计规范》中，引航道口门区水面最大流速限值见下表。船闸引航道口门区水面最大流速限值（m/s）船闸级别平行航线的纵向流速垂直航线的横向流速回流流速Ⅰ～Ⅳ2.00.30.4Ⅴ～Ⅶ1.50.25因为本设计船闸为Ⅰ级船闸，所以平行航线的纵向流速不应大于2.0m/s，垂直航线的横向流速不应大于0.3m/s，且回流流速不应大于0.4m/s。3.1.2船闸型式选择1.船闸线数和级数（1）船闸线数：船闸线数是船闸规模的重要部分，应根据船闸设计水平年的客、货运量，过闸的船型船队组成，地形地质条件，船闸所在河流的重要性等因素，结合船闸尺度及通过能力、船闸级数，综合论证选择。本设计船闸采用单线船闸。（2）船闸级数：船闸级数直接影响船闸的通过能力。船闸级数的选择，应根据船闸总水头、地形、地质、水源、水力学等自然条件和可靠性、技术条件、管理运用条件等，通过经济技术比较确定。由于单级船闸较多级船闸具有过闸时间短、通过能力大、故障较少、检修停航时间较短，占线路较短、枢纽布置较易（如需设冲沙建筑物等）和管理方便等优点，因而是最广泛采用的形式。本设计船闸采用单级船闸。2.船闸建设规模及标准（1）船闸的基本尺度：船闸的基本尺度是指船闸正常通航过程中，闸室可供船舶安全停泊和通过的尺度，包括闸室有效长度、有效宽度和门槛水深。①闸室有效长度xL：闸室有效长度xL等于设计最大船队长度加上富裕长度，即：xcfLLL式中：fL—闸室的富余长度（m）。对于顶推船队：cl06.02Lf所以，闸室有效长度xL=160+（2+0.06*160）=171.6m。取xL=172m。②闸室有效宽度xB：闸室有效宽度xB是指闸室内两侧墙面最突出部分之间的最小距离，为闸室两侧闸墙面间的最小净宽度。fcbbxBcfbnbb)1(025.0式中：cb—只有一个船队或一艘船舶单列过闸时，则为设计最大船队或船舶的宽度cb;b—富余宽度附加值（m），因为7m8.10mbc，所以1mb，取b=1m；n—过闸停泊在闸室的船舶列数。所以，闸室有效宽度fcbbxB=11.8m，取xB=12m③门槛最小水深H：门槛最小水深是指在设计最低通航水位时门槛上的最小深度。我国船闸设计规范采用门槛水深大于等于设计最大船舶（队）满载吃水的1.6倍，即1.6TH所以，门槛最小水深3.2m2*1.6H，取H=4m。④船闸最小过水断面的断面系数：1.5～2.0式中：Ω—最低通航水位时，船闸过水断面面积㎡Φ—最大设计过闸船舶（队）满载吃水时船舶断面水下部分的断面面积（㎡）所以，船舶的最小断面系数=（12*4）/（10.8*2）2.22m，满足要求。（2）船闸设计水位和各部分高程1）船闸设计水位：设计河段的水文资料统计表序号项目设计洪峰流量下泄流量坝前水位下游水位1P=0.2%（校核洪水）220.812P=2.0%（设计洪水）41100217.563正常蓄水位203.004死水位278.005上游最高通航水位5400203.006上游最低通航水位200.007下游最高通航水位190.508下游最低通航水位177.502）船闸各部分高程①船闸闸门顶高程：根据国内船闸设计和运用实践，闸首门顶超高可采用下表的数值：船闸闸门顶最小安全超高值船闸等级Ⅰ～ⅣⅤ～Ⅶ超高值（m）0.50.3上闸首闸门顶高程＝校核洪水位＋超高＝220.81＋0.5＝221.31m下闸首闸门顶高程＝上游设计最高通航水位＋超高＝203+0.5＝203.5m②闸首墙顶高程：上闸首墙顶高程＝上闸首闸门顶高程＋构造高＝221.31+1＝222.31m下闸首墙顶高程＝下闸首闸门顶高程＋构造高＝203.5+1=204.5m③闸室墙顶高程＝上游设计最高通航水位＋空载干舷高度＝203+1.5=204.5m④闸室底板顶部高程＝下游设计最低通航水位－闸室设计水深＝177.5-4＝173.5m⑤闸首门槛顶高程：上闸首门槛高程＝上游设计最低通航水位－门槛水深＝200-4＝196m下闸首门槛高程＝下游设计最低通航水位－门槛水深＝177.5-4＝173.5m⑥引航道底高程：上游引航道底高程＝上游设计最低通航水位－引航道最小水深＝200-3＝197.0m下游引航道底高程＝下游设计最低通航水位－引航道最小水深＝177.5-3＝174.5m⑦导航建筑物和靠船建筑物顶高程：上游导航建筑物顶高程＝上游设计最高通航水位+最大空载干舷高度＝203+1.5＝204.5m下游导航建筑物顶高程＝下游设计最高通航水位+最大空载干舷高度＝190.5+1.5＝192m3.1.3船闸通过能力和耗水量1.船闸通过能力：船闸通过能力是指单位时间内船闸能通过的货物总吨数（过货能力）或船舶总数（过船能力），是船闸的一项重要经济技术指标。（1）船舶过闸时间（单级船闸）1）进出闸时间：船队进出闸时间，可根据其运行距离和进出闸速度确定。对单向过闸和双向过闸方式应分别计算。双向进闸距离是船队自引航道中停靠位置至闸室内停泊处之间的距离，双向出闸距离是船队自闸室内停泊处至双向过闸靠船码头的距离。单向进闸距离是船队自引航道中停靠位置至闸室内停泊处之间的距离，出闸时，是船队自闸室内停泊处至船尾驶离闸门之间的距离。其距离可分别按下式近似确定：单向进闸：）1（LL1C1=172*(1+0.4)=240.8m单向出闸：）’1（L’L1C1=172*(1+0.1)=189.2m双向过闸：212C22）1（L’LLll=172*(1+0.1)+160+320=669.2m根据《船闸设计规范》差得单向进闸速度1V=0.5m/s，单向出闸速度1’V=0.7m/s，双向进闸速度2V=0.7m/s，双向出闸速度2’V=1.0m/s。进出闸时间可按下式计算：单向进闸：111/tVL=240.8/0.5=8.03min单向出闸：114'/'tVL=189.2/0.7=4.51min双向进闸：221/t'VL=669.2/0.7=15.93min双向出闸：224'/'t'VL=669.2/1.0=11.15min2）开启、关闭闸门时间2t：闸门启闭时间与闸门型式和闸首口门宽度有关，当闸首口门宽为12m时，取2t=2min。3）闸室灌泄水时间3t：船闸灌泄水时间与水头，输水系统型式，闸室尺度等有关，取3t=8min。4）船队进出闸间隔时间：取5t=5min。5）单向一次过闸时间：543211224Tttttt=8.03+4*2+2*8+4.51+2*5=46.54min双向一次过闸时间：5432124’224’2Tttttt=2*15.93+4*2+2*8+2*11.15+4*5=98.16min6）过闸时间：单级船闸一次过闸时间可按下式计算：）2TT（21T21=47.81min（2）日平均过闸次数n可按下式计算：60nT=21*60/47.81=26.35，取n=26（3）一次过闸平均载重吨位G：根据运量预测，一顶+2*1000t船队约占30%，一顶+2*500t船队约占50%，一顶+2*300t船队约占20%G=2000*30%+1000*50%+600*20%=1220t（4）船闸通过能力P：NGn）n（21P0=0.5*(26-2)*352*1220*0.84/1.3=333（万t/年）2.船闸耗水量：船闸的耗水量是船闸的一项重要的经济技术指标。船闸的耗水量包括船舶过闸用水量和闸、阀门漏水量两部分。（1）单级船闸单向一次过闸的用水量①单级船闸单向一次过闸的用水量：CHV0=（172*12）*（203-177.5）=526323m②单级船闸双向一次过闸的用水量（用水量为单向一次过闸用水量的一半）：0021’VV=263163m③39474)’V(21’V'000V3m(2)闸阀门漏水量：ueq式中：e—止水线每米上的渗漏损失（3m/s/m），当水头小于10m时，其e=0.0015～0.00203m/s/m，当水头大于10m时，取e=0.002～0.0033m/s/mu—闸门和阀门边沿止水线的总长度（m），即①闸门止水线：mhn10430*37*232l②阀门止水线：2*3*2.5=15m所以，q=0.003*（104+15）=0.3573m（3）船闸一天内平均耗水量：12.490.3578640026*52632*0.75q86400n0.75VQ0—3m3.2输水系统型式选择及水力计算3.2.1船闸输水系统型式选择：船闸输水系统的型式可分为集中输水系统和分散输水系统两类型。输水系统类型可根据以下判别系数初步选定：HTm式中：H—设计水头（m）T—闸室灌水时间（min）因为1.5825.58m，所以才用分散