船闸毕业设计模板正文

湘江长沙枢纽工程蔡家洲方案水闸设计第 1 页 共 82 页1 工程基本资料1.1 概述长株潭经济一体化的发展主轴之一，是湘江生态经济带的开发与建设。湘江生态经济带北起长沙月亮岛，南至株洲航电枢纽，绵延 128 公里，有 100 多座山峦，15 个洲岛，连接了 3 个大城市和 12 个小城镇，是一个集多种功能于一体的带状经济综合体。生态经济带建设的主要内容是沿湘江两岸布局建设一批高新技术产业区、现代农业生态区、农业园旅游观光区和自然生态保护区；建设高标准的沿江风光带和绿色休闲长廊、高品位住宅区、中心小城镇、生态旅游景点等；全面进行湘江河流的开发和航运码头的建设；统一规划并加大治理沿江的污水污物的力度，治理两岸与河道的脏、乱、差现象，美化生态环境；改善水质和水环境，保证三市数百万人的生活饮用水和工农业生产用水，使沿江的经济发展和环境保护步入良性循环的轨道，走可持续发展的道路，提高和创造高的生活质量目标。为此， 湘江生态经济带概念规划国际咨询中已将湘江长沙枢纽列入湘江生态经济带建设的主要内容之一。近年来湘江枯水期水量不足，水位偏低的现象经常出现。特别是 2003 年 7月下旬以来连续 5 个月少雨导致严重干旱，使长株潭河段遇到了历史上未见的特枯水情，枯水水位比 98%保证率的水位低 1.2m：长沙经济作物受旱灾的面积达 25.6 万亩，8.6 万多人发生饮水困难；湘潭各水厂取水水头仅有 1.5m，正常提水困难，需挖掘机开渠引水，17.6 万亩作物受灾，其中 60%绝收，约 30 多万人饮水发生困难。给水力、电力和航运带来很不利的影响，一度使长株潭地区出现油缺、油贵局面，严重制约三市经济发展。为此，建设湘江长沙综合枢纽已迫在眉睫。1.2 湘江概况水情特性湘江水量充沛，流域内多年平均降水量一般为 13001500，径流与降水关系极为密切，年际变化大，年内分布不均。湘潭水文站多年平均流量为 2110 m3/s，最大流量 20300m3/s，最小流量 100m3/s。每年 48 月为汛期，10 月至次湘江长沙枢纽工程蔡家洲方案水闸设计第 2 页 共 82 页年 2 月为枯水期。年内水位变幅较大，达 9.513m 。湘江是少沙河流，湘潭水文站多年平均含沙量为 0.16/m 3。1.3 水文1.3.1 坝址径流1.3.1.1 径流系列本阶段长沙综合枢纽坝址径流考虑如下：以湘潭水文站作参证站推算坝址径流；湘潭水文站控制流域面积 81638km2，坝址控制流域面积 90500km2（包括浏阳河控制流域面积 4665km2 和捞刀河控制流域面积 2543km2） ，坝址控制流域面积与湘潭水文站控制流域面积的相对差为 10.86%。根据水文计算规范，当两者集水面积相差超过 3%，但小于 15%，区间降雨量和下垫面条件与设计流域相差不大，则应按面积比修正。据此，长沙枢纽坝址径流不能直接采用湘潭水文站径流，应按面积比进行修正后再引用。或直接采用湘潭水文站径流，再加上支流浏阳河、捞刀河的径流。本阶段坝址径流采用前一方法按面积比进行修正，其修正系数：KA 坝址 /A 湘潭站 90500/816381.10855Q 坝址 1.10855Q 湘潭站式中：Q 坝址 坝址日平均流量Qt 湘潭站 湘潭水文站日平均流量A 坝址 坝址控制流域面积A 湘潭站 湘潭水文站控制流域面积由此可求得坝址 19522002 年逐日平均流量系列，再统计求得坝址月、年平均流量。1.3.1.2 径流一般状况表 11 坝址多年平均水位表年份 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 年均1990 24.43 25.57 26.69 28.19 26.73 29.95 29.24 26.63 25.63 25.46 25.86 24.21 26.551991 25.73 26.14 27.16 27.67 27.48 27.20 29.94 29.04 26.90 24.90 23.62 24.02 26.651992 24.73 26.24 28.54 28.28 28.99 28.46 30.75 25.78 24.36 24.07 23.07 23.17 26.371993 24.41 24.03 26.08 26.23 28.22 28.59 30.61 30.98 29.79 26.03 25.45 24.59 27.08湘江长沙枢纽工程蔡家洲方案水闸设计第 3 页 共 82 页1994 24.12 25.57 26.42 28.01 27.99 29.78 28.69 29.82 26.58 27.47 24.60 25.85 27.08续表 1-11995 26.02 26.58 25.97 27.74 27.48 30.45 31.22 27.96 25.67 26.16 24.18 23.63 26.921996 24.12 23.94 24.96 28.11 27.10 27.98 31.61 31.25 27.03 24.73 24.24 23.41 26.541997 23.62 25.35 25.27 28.69 27.54 28.14 29.68 27.83 26.67 26.30 25.20 26.06 26.701998 27.77 27.40 28.79 26.77 28.25 30.31 32.78 33.70 30.86 25.34 22.64 22.62 28.101999 22.30 22.62 22.72 25.45 27.37 27.77 33.39 30.62 30.37 25.91 24.93 23.79 26.442000 23.97 23.93 26.50 27.65 26.80 29.27 29.38 27.19 27.88 27.87 25.72 24.35 26.712001 24.57 24.93 25.50 27.49 28.01 29.05 27.65 25.98 26.91 25.26 24.38 23.50 26.102002 23.29 24.18 25.44 26.23 30.19 29.19 30.69 31.74 27.27 25.68 26.30 26.00 27.18Hcp 24.54 25.11 26.16 27.42 27.86 28.93 30.43 29.12 27.38 25.78 24.63 24.25 26.80表 12 坝址多年平均流量表年份 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 年均1990 1262 2108 3090 5095 2552 4786 2215 1001 857 1240 1940 902 22541991 2190 2225 3411 3769 3220 2058 819 1490 1029 817 651 864 18791992 1422 3117 6539 4543 4834 4205 4965 922 905 563 435 526 27481993 1142 993 2456 2560 5031 4907 4907 2437 1468 1148 1496 1127 24731994 922 2100 3016 5223 4508 7700 4192 7670 2061 2638 1124 2385 36281995 2599 3507 2369 4129 3642 5605 3006 1593 738 2192 960 783 25941996 1119 968 2193 5259 3925 2702 3283 4494 1595 1018 737 672 23301997 898 2014 2255 5214 4081 3994 4239 3211 3776 2763 1755 2594 30661998 4478 4127 6652 3191 4619 7012 2429 1091 902 547 291 364 29751999 301 373 459 2034 3760 3234 4010 4190 4163 1461 1298 873 21802000 1009 974 3260 4937 3759 5058 1189 1682 2102 3004 1715 1172 24882001 1319 1560 2214 4589 4864 5789 2761 1716 1254 812 1131 853 24052002 798 1326 2222 2687 5138 4585 6666 7332 2017 2862 3244 3041 3493Qcp 1497 1953 3087 4095 4149 4741 3437 2987 1759 1620 1291 1243 26541.3.1.3 径流系列代表性分析和特性坝址年平均径流过程线见下图。湘江长沙枢纽工程蔡家洲方案水闸设计第 4 页 共 82 页图 1.1 坝址年平均径流过程线19522002 年这 51 年径流系列，丰、中、枯水分布较均匀。丰水年 17 年，中水年 13 年，枯水年 21 年。连丰（枯）年一般为 23 年。51 年系列中以1994 年为最丰，年平均流量为 3630m3/s，年径流量为 1148 亿 m3；1963 年为最枯，年平均流量为 1040 m3/s，年径流量为 328 亿 m3；年径流极值比为 3.5。从流量过程线中可看出，19522002 年这 51 年系列基本涵盖了丰、中、枯水段，能反映径流系列总体的特性，具有较好的代表性。湘江在此河段径流呈如下规律：从 1 月6 月份径流逐月递增，这 6 个月来水量占全年来水量的 61.2%，6 月份达到最高, 达 14.9%。从 6 月12 月份来水递减。湘江来水 61.3%集中在 37 月份这 5 个月；余下 7 个月仅占 38.7%。湘江为雨水补给河流，枯水径流一年中出现两次，一次是 10 月次年 2 月的冬季枯水，另一次是夏季内历时短暂的枯水。10 月次年 2 月共 5 个月的平均径流只占年径流的 23.8%。 最枯月为 12 月, 来水最小, 仅占全年的 3.9%。湘潭站历年实测最小流量为 100 m3/s（1966 年 10 月 6 日） ；实测最枯月平均流量为 152m3/s（ 1956 年 12 月） 。1.3.2 洪 水1.3.2.1 暴雨特性湘江长沙枢纽工程蔡家洲方案水闸设计第 5 页 共 82 页湘江流域暴雨多为气旋雨，偶尔为台风雨。暴雨多发生于每年 47 月，尤以 5、6 两月为甚。暴雨时空分布不匀。全流域暴雨中心主要分布在湘东南汝城、湘东黄丰桥、湘东北浏阳等三处。暴雨历时多为 1d；连续 2d 或 2d 以上的较少。但在两次暴雨过程之间，间以大雨或中雨，因而形成历时长、雨区广、强度大的强降水过程，这种雨型极易构成湘江大洪水。1.3.2.2 坝址洪峰流量频率计算坝址控制流域面积为 90500km2，与湘潭水文站控制流域面积 81638km2 相差10.86%（区间有浏阳河、捞刀河汇入） 。长沙综合枢纽坝址洪水成果采用湘潭水文站洪水成果，并按面积比的 n 次方进行修正。经分析计算， n0.666。坝址设计洪峰流量频率成果见下表。表 13 坝址洪峰流量频率成果表频率(%) 0.1 0.2 0.5 1 2 5 10 20 50Q（ m3/s） 31200 29600 27500 25800 24100 21600 19600 17500 137001.3.2.3 坝址水位流量关系曲线根据推求的坝址逐日平均水位与坝址逐日平均流量，直接点绘坝址水位流量关系曲线见下图。图 1.2 坝址水位流量关系曲线湘江长沙枢纽工程蔡家洲方案水闸设计第 6 页 共 82 页由上图可以看出：坝址水位受下游顶托影响，使其水位流量关系远非一元关系。洞庭湖顶托多发生在 59 月，年顶托天数少则 90 天，多的达半年以上。坝址处未出现明显逆流。本阶段坝址水位流量关系考虑如下：水位流量关系取上、中、下三线；上线对全年和分期洪水按洪峰水位频率计算成果与洪峰流量频率计算成果直接配合取用，中线按各级流量下的平均水位取用，下线基本根据水位下限直接定线。各成果分别见下表。表 14 坝址 HQ 关系表（上线）频率 (%) 0.1 0.2 0.5 1 2 5 10 20 33.3 50H（m） 37.95 37.52 37.03 36.56 36.14 35.42 34.86 34.16 33.74 32.89Q(m3/s) 31200 29600 27500 25800 24100 21600 19600 17500 16200 13700表 15 坝址（9 月次年 3 月）HQ 关系表（上线）频率(%) 0.1 0.2 0.5 1 2 5 10 20 33.3 50H（m） 36.88 36.31 35.54 34.89 34.22 33.24 32.39 31.4 30.81 29.64Q(m3/s) 28500 26200 22900 20400 17900 14600 12100 9460 8200 5820表 16 坝址 HQ 关系表（中、下线）表中 线 下 线流量 (m3/s) 水位(m) 流量 (m3/s) 水位(m)200 22.29 200400 23.45 400 23.00600 24.42 600 23.30800 25.33 800 23.601000 25.81 1000 23.801200 26.07 1200 24.001400 26.32 1400 24.261600 26.49 1600 24.501800 26.68 1800 24.752000 26.85 2000 24.962200 27 2200 25.182400 27.18 2400 25.382600 27.34 2600 25.582800 27.5 2800 25.76续表 1-6湘江长沙枢纽工程蔡家洲方案水闸设计第 7 页 共 82 页3000 27.66 3000 25.943200 27.81 3200 26.113400 27.95 3400 26.273600 28.08 3600 26.423800 28.21 3800 26.574000 28.33 4000 26.744200 28.46 4200 26.864400 28.58 4400 27.004600 28.7 4600 27.144800 28.81 4800 27.275000 28.92 5000 27.415200 29.04 5200 27.545400 29.14 5400 27.675600 29.25 5600 27.815800 29.36 5800 27.946000 29.47 6000 28.076200 29.57 6200 28.206400 29.68 6400 28.326600 29.78 6600 28.456800 29.89 6800 28.577000 29.99 7000 28.701.4 气象湘江流域气象观测始于 1938 年。解放后，省气象局在各市、县设立了气象台（站） ，进行气象观测。观测项目有气压、气温、温度、云量、降水、雨日、蒸发、风速、地温、日照、积雪等。气象要素统计主要依据坝址附近长沙气象站 19512001 年观测资料，其资料系列完全规范满足要求。长沙站气象站多年月、年平均气象要素值统计见下表。表 17 长沙站气象站气象要素多年月、年平均值表气温 气压 湿度 降水量 蒸发量 日照 风 地温气象要素 mb % mm mm h m/s 1 月 4.7 1020.9 81 55.2 40.2 87.4 2.5 5.52 月 6.2 1018.1 83 88.0 41.0 66.1 2.6 7.13 月 10.9 1014.1 84 131.0 64.1 79.0 2.6 12.0续表 1-7湘江长沙枢纽工程蔡家洲方案水闸设计第 8 页 共 82 页4 月 16.8 1009.0 83 197.5 95.5 102.5 2.6 18.45 月 21.7 1004.4 83 206.5 122.8 124.5 2.4 24.06 月 25.8 1000.2 82 184.4 154.5 157.1 2.3 29.17 月 29.3 998.1 75 101.4 245.9 255.2 2.7 34.58 月 28.7 999.7 77 113.0 215.7 241.0 2.4 33.69 月 24.1 1006.7 79 50.6 157.3 178.8 2.6 28.010 月 18.4 1013.7 80 80.6 106.3 141.6 2.4 20.611 月 12.5 1018.2 80 64.1 67.5 116.9 2.4 13.512 月 6.9 1020.9 80 42.4 48.5 102.5 2.5 7.7全年 17.2 1010.3 80 1400.6 1359.3 1652.6 2.4 19.51.4.1 气温湘江流域年平均气温在 1618之间，湘江流域地处亚热带湿润气候区，暑热期长，具有大陆性气候特点。湘江沿岸各城市年平均气温在 1719之间，年中 1 月份气温最低，3 月后增高较快，7 月份气温最高，9 月份后又明显下降，气温由南向北逐渐降低，温差不大。统计长沙气象站多 19512001 年观测资料，年平均气温 17.2，极端最高气温 43.6（1961 年 7 月 24 日） ，极端最低气温为-12.0（1972 年 2 月 9 日） 。1.4.2 降水湘江流域属我国南方湿润地区，雨量充沛，流域多年平均降水量为1472.9mm。降水量的年际变化大，且年内分配极不均匀，46 月多暴雨，79月炎热干旱，所以洪涝、干旱灾害频繁。在地域分布上很不均匀，总的趋势是山区大于丘陵，丘陵大于平原。长沙地区多年平均降水量为 1400.6mm，降水多集中于每年 46 月这三个月，占年降水的 46%；历年最大降水量1690.3mm（1993 年） ，历年最小降水量 962.0mm（1978 年） ，最大日降水量为224.5mm（1965 年 7 月 5 日） ；多年平均降水天数为（0.1mm）158.4d，历年最长降水天数为 18d（1970 年、1973 年 2 月3 月） 。1.4.3 湿度湘江流域，年平均相对湿度在 7585%之间。冬季相对湿度可达 80%以上。夏季相对湿度亦在 75%以上，只有南岭北坡，因位居背风坡，绝对湿度和相对湿度稍有减少。长沙站多年平均相对湿度 80%，历年最小相对湿度为10%（ 1973 年 12 月 28 日） ；冬季绝对湿度 5g/m3，夏季绝对湿度 1030g/m 3。湘江长沙枢纽工程蔡家洲方案水闸设计第 9 页 共 82 页1.4.4 风湘江流域冬季盛行偏北风，夏季盛行偏南风，春秋两季流域内仍以偏北风居多，年平均风速为 1.92.8m/s，向南逐渐减弱。七至八月，盛吹南风，平均风速 3.35.4m/s ，最大风速为 25.0m/s（衡阳 1972 年 5 月 8 日） ，偶有台风侵入。流域大风日数多在 510 天之间。大风以春夏多，秋东少，春季大风日数约占全年大风日数的 3540%。长沙地区多年平均风速 2.4m/s；历年最大风速 20.7m/s（1980 年 4 月 13 日，10 分钟平均风速） ，极端最大风速 24.0m/s，历年最大风力 9 级；主导风向WN，其频率为 24%；（ 1980 年 4 月 13 日）多年平均最多风向为 NNW，其频率为 17%。1.4.5 水温多年平均水温为 19.4，最高水温为 34.4(1971 年 7 月 21 日)，最低水温为 1.6(1972 年 2 月 7 日)。1.4.6 地温地面多年平均温度为 19.5，极端最高地面温度为 71.7(1980 年 7 月 1 日)，极端最低地面温度为-15.2(1957 年 2 月 7 日)。1.4.7 冰霜期多年平均冰霜日 24d，最多 45d，最少 7d。1.4.8 雪历年最大积雪厚度 27cm（1991 年 12 月 28 日） ，历年积雪最长持续时间11d（1974 年 1 月 29 日2 月 8 日） 。1.5 泥沙湘江河流所挟带的泥沙，主要来自降水（尤其是暴雨）对