东江水利枢纽工程船闸设计.doc

学 号 2009012115 密 级 哈尔滨工程大学本科生毕业论文东江水利枢纽工程船闸设计院（系）名称： 船舶工程学院专业名称：港口航道与海岸工程学生姓名：陈天山 指导老师：耿敬 副教授哈尔滨工程大学2013年06月学 号 2009012115 密 级 东江水利枢纽工程船闸设计Lock Design of Dong River Water Conservancy Project 学 生 姓 名： 陈 天 山所 在 学 院：船舶工程学院所 在 专 业：港口航道与海岸工程指 导 教 师：耿敬职 称：副教授所 在 单 位：哈尔滨工程大学论文提交日期：2013年06月16日论文答辩日期：2013年06月22日学位授予单位：哈尔滨工程大学 东江水利枢纽工程船闸设计 陈天山 哈尔滨工程大学摘 要 惠州东江水利枢纽工程是改善东江水环境、发电、兼顾航运、改善城市供水和农田灌溉条件的大型水利枢纽工程。枢纽工程通航建筑物采用通航船闸方案，船闸坐落在枢纽大坝右侧。船闸由闸室和上、下闸首以及上、下游引航道组成。引航道采用反对称型式，船舶曲线进闸，直线出闸，船舶过闸安全性较高。船闸输水系统采用短廊道集中输水系统，输水廊道采用矩形廊道且相对闸室轴线呈对称式分布，消能工采用简单消能工，具体消能措施为消力槛，闸室靠近上闸首设置镇静段。闸门采用人字闸门，阀门采用升降式平面阀门，阀门门槽采用矩形门槽。上、下闸首和闸室结构形式为整体式，闸室为坞式结构，底板采用不透水底板。靠船墩为独立墩式，布置在引航道右侧，靠船墩为沉箱式结构，上部胸墙现浇。关键字：船闸；引航道；输水系统；靠船墩AbstractHuizhou Dongjiang water conservancy project is to improve the quality of Dongjiang environment, power generation, taking into account the shipping, improvement of urban water supply and irrigation conditions for large-scale water conservancy project. Project navigation structures select navigation lock program located right in the hub of the dam. Lock is composed of the chamber,the upper and lower lock head,the upstream and downstream approach channel components. Approach channel select symmetric type, vessel sail curved into the lock and straight out the lock with high security. Shiplocks centralized distribution system using a short corridor, culvert rectangular chamber axis of the corridor and relatively symmetric distribution of energy dissipation using a simple energy dissipation, the specific energy dissipation measures stilling threshold, sedation segments is set near the upper lockhead. Gates select miter gate and valve adopts lifting type plane valves, valve slot rectangular gate slot. Upper and lower gate and the chamber structure in the form of the first integral, chamber of dock structure, bottom with impermeable floor. Dolphins as an independent pier, arranged in the approach channel on the right, dolphins is caisson structure, the upper parapet cast.Key words:Lock; Approach channel;Water supply systems；Dolphins目录摘 要Abstract第1章 绪论11.1 概述11.2 船闸发展及现状11.3 设计背景31.4 预期结果与意义4第2章 设计资料52.1 自然条件52.1.1 工程地理位置52.1.2 水文气象条件52.2 地理地质52.3 对外交通62.4 设计特征水位62.5 设计船型62.6 地震烈度62.7 设计依据72.8 设计要求72.9本章小结7第3章 船闸总体布置83.1 船闸基本尺度确定83.1.1 船闸型式选择83.1.2 闸室基本尺度确定93.2 闸首尺寸确定113.2.1 闸首长度确定113.2.2闸首宽度确定123.2.3 闸首平面布置123.3 引航道平面布置及尺度确定133.3.1 引航道平面布置思路133.3.2 引航道尺度确定133.3.3 引航道平面布置153.4 船闸通过能力和耗水量163.4.1 船闸过闸时间163.4.2 单级船闸年通过能力183.4.3 耗水量计算193.5 船闸各部高程203.6本章小结21第4章 输水系统224.1 输水系统设计224.1.1 输水系统选型224.1.2 集中输水系统型式234.2 输水系统布置244.2.1 镇静段长度计算244.2.1 输水廊道计算244.2.3 输水系统布置244.3 输水系统水力计算264.3.1 输水阀门处廊道断面面积计算264.3.2 输水系统阀门开启时间264.3.3 闸室输水时间计算274.3.4 输水系统灌泄水水力特性曲线计算284.4 本章小结34第5章 闸阀门的设计355.1 闸门设计与布置355.1.1 闸门的结构设计355.1.2 闸门的布置375.2 阀门的设计与布置385.2.1 阀门的设计385.2.2 阀门的布置395.3 本章小结39第6章 结构设计与计算406.1 设计资料406.1.1 建筑物等级确定406.1.2 建筑物高程水位406.1.3 建筑材料406.2 闸室结构设计与计算406.2.1 闸室结构设计406.2.2 闸室结构作用416.2.3 闸室稳定性验算456.3 靠船墩结构设计与计算486.3.1 靠船墩结构设计486.2.1 靠船墩结构计算486.2.2 靠船墩稳定性验算496.4 本章小结51结论52参考文献：54致谢57第1章 绪论1.1 概述交通运输行业是国民经济中重要的组成部分，它对于国民经济而言就如血液循环对人体，时刻影响着整个社会的经济活动。现代交通运输有铁路，公路，航空，水路和管道五种运输方式。其中水路运输（内河运输和海洋运输）是交通运输业中的一个重要的组成部分。目前，世界上科学技术和工农业生产比较发达的国家，水运都比较发达，基本上建成了四通八达的航道网，其货物的周转量仅次于铁路，在国民经济中占有重要地位。内河水运是国家综合运输体系和水资源综合利用的重要组成部分，它具有占地少、污染少、能耗低和运能大等优势。截止2012年年末，全国内河航道通航里程12.50万公里，比上年末增加383公里，同比增长0.31%。等级航道6.37万公里，占总里程的51.0%，提高0.7个百分点。其中，三级及以上航道9894公里，五级及以上航道2.64万公里，分别占总里程的7.9%和21.1%，分别提高0.3个和0.3个百分点。为更好的改善航道航行条件，延长航道网络线路长度，提高河段内的船舶载重量和货运密度，同时也更好地综合利用水资源，满足灌溉、发电、防洪、城镇供水和渔业等的需要，内河河流往往会选择进行渠化，建设水利枢纽工程。枢纽工程一旦建成，则必然造成枢纽上下游形成垂直水位落差。为保证船舶能顺利的克服水位差，船舶能顺利通过枢纽，通航建筑物是必然的选择。通航建筑物主要有船闸和升船机两大类，其中船闸应用最广。 船闸是利用向两端有闸门控制的航道内灌、泄水，以升降水位，使船舶能克服航道上的集中水位落差的厢形通航建筑物。1.2 船闸发展及现状船闸作为在河道上克服水位落差的一种工程措施，在世界水利工程建设史上早有记载，其中中国是建造船闸最早的国家。秦始皇三十三年(公元前214年)开凿灵渠,设置陡门，又称斗门（今名闸门），用以调整斗门前后的水位差，使船舶能够在有水位落差的航道上通行。这种陡门构成单门船闸，简称单闸，又称为半船闸。南朝宋景平年间(公元423424年)，在扬子津（今江苏省扬州市扬子桥）河段上建造了两座陡门，顺序启闭这两座陡门，控制两陡门之间河段的水位，船舶就能够克服水位落差上驶或下行。宋朝雍熙年间（公元984987年）在西河(今江苏省淮安至淮阴间的运河)建造两个陡门，间距50步（约合76米），陡门上设有输水设备，这就是中国历史上有名的西河闸，是现代船闸的雏型。 在欧洲，1203年荷兰出现欧洲首座船闸，1325年德国出现首座船闸，1481年意大利开始建造船闸，美国在1790年出现了首座船闸。20世纪后，在美国、苏联和西欧各国，由于河流的开发和航运的发展，船闸的数量逐渐增多,技术上也不断改进。目前据不完全统计，我国已修建大、校船闸共900余座；世界上建成大、小超过一千座。其中，在大型水利枢纽上，水头超过20m的船闸已经超过40余座。目前最世界上最大的船闸三峡船闸,三峡船闸修建于三峡大坝左侧的山体中。船闸总长6442米，其中上游引航道2113米,下游引航道2708米,船闸主体段1621米。船闸主体段闸首和闸室分南北两线,都是在山体岩石中开挖出来的。每线船闸主体段由6个闸首和5个闸室组成,每个闸室长280米、宽34米,闸室坎上最小水深5米。三峡船闸可通过万吨级船队,设计单向年通过能力5000万吨。三峡工程双线5级船闸,是目前世界上规模最大的船闸。1.3 设计背景东江是珠江水系三大河流之一，发源于江西省寻乌县，上游称寻乌水，南流入广东境内，至龙川合河坝与定南水汇合后，称东江。干流自源头至东江口全长562千米，流域面积35340平方公里。东江流域地势为东北高、西南低，分水岭最高海拔1101.9米。东江中游河源东江大桥至惠州市惠州大桥河段，全长128千米。其中河源至观音阁45千米，一般河宽200-400米，河床多为沙质，间有卵石，平均坡降0.311。在观音阁上游右岸逐渐出现台地，左岸仍为山区丘陵。汇入支流主要有新丰江、秋香江；观音阁至惠州83千米，一般河宽400-800米，河床为沙质，平均坡降0.173。两岸为平原，设有堤防。河道流量增大，流速减缓，河道江心洲（滩）众多。汇入支流主要有公庄水、西枝江。惠州东江水利枢纽工程是广东省重点工程，是改善东江水环境、发电、兼顾航运、改善城市供水和农田灌溉条件的大型水利枢纽工程。也是广东省东江流域水力开发规划的第11个东江梯级电站，工程总投资达8.9901亿元。东江水利枢纽工程整体完工后将提高上游、尤其是惠城区段的水位，形成一个包括两江在内的库容为1.16亿立方米、水面面积达28平方公里的河流型湖泊，比惠州西湖现有面积大20倍。水面不仅完全覆盖东江、西枝江内裸露的河床，美化城市面貌，而且还形成惠州市区“城中有湖”，“湖中有城”的新景观，对于改善城市水环境，调节市区气候，缓解城市热岛效应，提高人居环境质量起到重要作用，从而提高了城市品位和综合竞争力，为惠州社会经济可持续发展创造条件。该工程位于东江下游惠城区和博罗县之间的东江河段，上距惠州市惠城区约9.4km，下距博罗水文站2.8km。坝址以上控制集水面积25325km2，是一改善水环境、发电，兼顾航运，并具有改善城市供水和农田灌溉条件，发展旅游等多项综合利用效益而兴建的水利枢纽工程。依据水利水电工程等级划分及洪水标准(SL252-2000)，工程属等，工程规模为大(1)型。工程所在地区的地震基本烈度为6度，采用设计烈度为6度。根据广东省东江航道技术等级的划分，东江惠州段航道为四级航道，最大通航船舶为500t，但该河段主要通航船舶为100t、300t。东江在惠州市区到博罗县之间流向为为从东到西，东江水利枢纽工程为南北纵向横跨东江。船闸按照航道等级定位级船闸，考虑该河段主要通航船舶为100t和300t，设计以100t和300t船舶为设计依据，考虑未来水运的发展，兼顾500t级船舶通行。1.4 预期结果与意义 东江水利枢纽工程是一项落实科学发展观的德政工程，也是惠州城市基础设施建设的重点民心工程。该工程对于进一步完善惠州城市防洪体系，增强惠州防灾减灾能力，发挥着巨大的作用；对进一步提高深圳、大亚湾、惠阳、稔平半岛4个供水系统的供水能力，优化东江流域水资源配置体系，具有十分重要的意义。 东江水利枢纽工程船闸按照航道等级定位级船闸，考虑该河段主要通航船舶为100t和300t，设计以100t和300t船舶为设计依据，考虑未来水运的发展，兼顾500t级船舶通行。船闸的设计水平年为2020年，按规划预测年货运量为：上行197万t/y，下行165万t/y，年货运总量为362万t/y，客运量为10万人/y，并且留有发展余地。 第2章 设计资料2.1 自然条件2.1.1 工程地理位置 东江水利枢纽工程位于东江下游惠城区和博罗县之间的东江河段，上距惠州市惠城区约9.4km，下距博罗水文站2.8km。2.1.2 水文气象条件东江流域地处亚热带，高温多雨，具有雨量充沛、湿度大、夏季长、 热量丰富的特点。降雨以南北冷暖气团交绥的锋面雨为主，多发生在46月份。其次是台风雨，多发生在79月份。降水年内分配不均，冬春干旱，夏秋洪涝。49月占全年总降水量80以上，降水面上分布一般是西南多，东北少。以博罗站为代表的气象特性如下：(1)气温多年平均气温21.8，极端最高气温38.2，极端最低气温-2.4。(2)降水量多年平均降水量1782mm，最大年降水量2498mm(1959年)，最小年降水量1026mm(1963年)。(3)湿度 多年平均相对湿度80。(4)蒸发量 多年平均蒸发量1663mm(E20型蒸发皿)，最大蒸发量1721mm，最小蒸发量1544mm。2.2 地理地质坝址区地层岩性较为简单，主要为第四系冲积层(Qal)、燕山四期(53)花岗岩及燕山二期(52)二长花岗岩。第四系冲积层(Qal)：广泛分布于两岸一级阶地及河床。层底高程为5.66-28.43m，厚度一般1025m。岩性为冲积粘土、粉质粘土，细中粗砂、含砾中粗砂和砂卵砾石层。坝址河床第四系冲积砂、砂砾卵石层厚度1518m，自上到下分为2-22-4层，2-2层为粉细砂，松散状；2-3层为含砾中粗砂，松散稍密状；2-4层为砂砾卵石层，中密密实状。根据坝址区工程地质条件，河床表面(2-2)粉细砂层呈松散状态，稳定性差，不宜采用作为天然地基；河床(2-3)层及以下地基根据实际情况可进行密实处理，满足承载力要求后可作为建筑物的天然地基。2.3 对外交通惠州东江水利枢纽位于广东省惠州市境内的东江干流上，距惠州市城区约10km，距广州市132km。坝址右岸目前已有324国道和惠(州)博(罗)一级公路通过，广(州)惠(州)高速公路已通车，工程右岸只需修建部分对外交通道路便可与上述公路相连。坝址左岸已有防汛公路通往惠州市区。此外，尚有惠(州)河(源)高速公路和京九铁路通过工程所在地区。东江为本省主要通航河道之一，直接连通本工程坝址和黄埔新港。本工程对外交通方便，主要设备和建筑材料的运输可采用公路为主，水路、铁路为辅的方式。2.4 设计特征水位 1、上游校核水位：12.6m ；2、 上游设计最高通航水位12.01m；3、 上游设计最低通航水位6.40m；4、 下游设计最高通航水位11.79m；5、 下游设计最低通航水位0.2m。2.5 设计船型设计船型共有六种，其型式和尺度见表2.1。表2.1 设计船型数据表序号船型总长（m）总宽（m）设计吃水（m）船队尺度（m）1500t货船49.910.62.549.910.62.52500t驳船45.010.81.6111.010.81.63300t货船49.28.42.249.28.42.24300t驳船35.09.21.391.09.21.35100t货船45.05.51.045.05.51.06100t驳船32.07.01.0188.07.01.02.6 地震烈度工程所在地区的地震基本烈度为6度，采用设计烈度为6度。2.7 设计依据船闸设计总体规范(JTJ 305-2001)船闸输水系统设计规范(JTJ 305-2001)船闸闸阀门设计规范（JTJ 308-2003）船闸水工建筑物设计规范（JTJ 307-2001）内河通航标准2.8 设计要求 满足东江现有100t、300t级船舶过闸要求，并且满足航运能力提高后500t级船舶能顺利过闸。在设计水平年为2020年时，按规划年货运量应能达到：上行197万t/y，下行165万t/y，年货运总量为362万t/y，客运量为10万人/y，并且留有发展余地。2.9本章小结 本章主要给出本次设计的基本资料，包括自然条件，工程所在位置的地理地质，对外的交通运输情况，设计特征水位，设计船型和地震烈度等。设计资料的给出，为后续的设计和计算过程提供了数据和信息支持，为设计和计算带来了很大的便利。设计要求给本次设计的开展和设计思路提供了明确的方向，为各部尺度、高程数据的确定和计算结果的验算提供了基础。第3章 船闸总体布置3.1 船闸基本尺度确定3.1.1 船闸型式选择船闸是为船舶顺利通过航道上集中落差而设置的一种通航建筑物。船闸的种类有很多，可根据船闸的位置、闸室的数量、输水系统形式、结构形式、闸门形式和船闸功能等可以分为不同的类型：1. 海船闸和内河船闸 按照船闸所在的位置和航行的船舶，可分为海船闸和内河船闸两种。海船闸是指建设在封闭式的海港港池门口、海运河和入海河口，供海船通行的船闸。内河船闸是指建设在内陆河流上和人工运河上，供内河船舶航行的船闸。2. 单级船闸和多级船闸根据级数的不同，船闸又可以分为单级和多级船闸。单级船闸是指只有一个闸室的船闸；多级船闸是指在船闸轴线方向上有两个或者两个以上的闸室。单级船闸相对多级船闸船舶过闸时间较短，船闸的周转速度较快，船闸的通过能力较高。根据设计资料可知，设计水头差=上游最高通航水位-下游最低通航水位=12.01-.02=11.81m。依据船闸设计总体规范(JTJ 305-2001)3.2.1和3.3.3，水头差11.81m30m，船闸型式选用单级、单线船闸。3.1.2 闸室基本尺度确定船闸基本尺度是指船闸正常通航过程中，闸室能够供船舶安全停泊和通过的尺度，包括闸室有效尺度、有效宽度以及门槛水深。闸室的有效长度、有效宽度以及门槛水深必须要满足船舶（队）安全进出闸和停泊的条件，并应满足下列要求：（1）船闸在设计水平年内各阶段的通过能力，应满足过闸船舶总吨位数量以及客货运量要求；（2）应满足设计船舶（队）能够一次过闸；（3）应满足现有运输船舶（队）和其他船舶的过闸要求。1、闸室效长度闸室有效长度是指船舶过闸时，闸室内可以供船舶安全停泊的长度。根据船闸设计总体规范(JTJ 305-2001)3.1.5，3.1.8的规定：闸室的有效长度不应小于按式（3-1）计算的的长度，并且取整数。 (3-1)式中闸室有效长度； 设计船队，船舶计算长度； 富裕长度，顶推船队；拖带船队。2、 闸室有效宽度 闸室有效宽度是指闸室内两侧墙面最突出部分之间的最小距离，为闸室两侧闸墙面之间的最小净宽度。闸室有效宽度宜采用8m、12m、16m、23m、34m，且应满足下式： (3-2) (3-3)式中 船闸闸首口门和闸室有效宽度； 同一次过闸船舶并列停泊于闸室的最大总宽度； 设计最大船队或船舶的宽度； 富余宽度附加值，当m时，m；当时，； 过闸停泊在闸室的船舶的列数。3、设计船型、船队组合根据设计船型资料，考虑1拖+2500船队一次过闸、两艘500t级货船一次过闸、1拖+2300船队一次过闸、2艘300t级货船一次过闸，4艘100t级货船2艘并列一次过闸、 1拖+2100船队与3100船队并列过闸共六种组合。船队的组合形式如图3.1。图3.1 船舶组合形式图计算结果表3.1。表3.1 船闸基本尺度计算表（单位：m）组合情况船队长度富裕长度有效长度船队宽度富裕宽度有效宽度1拖+2500（驳船）111.05.33116.3310.81.2122500（货船）102911110.61.211.81拖+2300（驳船）91.04.7395.739.21.210.42300（货船）10191108.41.29.62100（货船）并列928.5100.5111.212.21拖+2100（驳船）与3100（驳船）并列969105141.215.2 根据以上六种组合，综合考虑本航线上已建船闸的尺度、内河航运暂定标准、货运密度的变化等方面的情况，取闸室的有效长度为120m，输水系统可根据式2.1.3进行判别，当m值在2.5到3.5之间时需讨论，论证后采用集中输水，镇静段长度取20m（计算过程见第三章），则闸室长度140m，闸室的有效宽度取16m。4、门槛最小水深门槛最小水深指在设计最低通航水位时门槛上的最小水深，与船舶（队）最大吃水和进闸速度有关。门槛水深可按下式进行计算：式中 H门槛最小水深（m）； T设计船舶、船队满载时的最大吃水（m）。门槛水深H1.6T=1.62.5=4.0m，根据船闸设计总体规范（JTJ 305-2001)，级船闸门槛水深为3.0m，级船闸门槛水深为3.5m，珠江级航道水深为3.03.4m，结合上述数据，考虑留有一定的富余量，最后确定门槛水深取3.5。 5、船闸的最小断面系数由航道工程学公式（6-4）： 最小断面系数满足大于1.52.0的要求。式中 最低通航水位时，闸室过水断面面积； 最大设计过闸船队（舶）满载吃水时船中断面水下部分的断面面积，。由上可知，门槛水深取3.5m满足最小断面系数要求，因此闸室的最终尺度长宽为：140m16m；门槛水深为3.5m。3.2 闸首尺寸确定 闸首是将闸室和上、下游引航道分隔开的挡水建筑物，其上设有输水廊道、闸门、阀门、闸阀门启闭机械及相应的设备等，用以调整闸室内水位的升降，使船舶通过船闸，克服水位落差。3.2.1 闸首长度确定 闸首长度包括门前段、门龛段和门后支持段三段。 1、门龛段船闸闸门采用人字闸门，因此门龛段长度可取门龛长度。门龛长度由门扇长度和富余长度确定，其富余长度应考虑对闸门启闭力的影响，不宜小于1/20门扇长度。人字闸门轴线与船闸横轴线交角取22.5，闸室有效宽度为16m，则门扇长度可估算为9.7m，取9.7m，富余长度不小于1/20，取0.8m，门龛长度为10.5m。上、下闸首口门宽度同闸室宽度，因此上、下闸首闸门长度相同，门龛长度相同，即上、下闸首门龛段长度一致，均为10.5m。2、门前段 门前段长度取决于输水系统廊道入口的布置形式，由于上、下闸首输水廊道口布不一致，上、下闸首的门前段取值不同。由第三章可知，上闸首门前段为10.1m，下闸首门前段为8m。3、门后支持段闸门门后支持段是指支持闸门并承受闸门推力部分的长度，主要应满足结构稳定及强度的要求，并应考虑输水廊道出口布置的要求。闸门门后支持段长度l3大致为(0.42.1)H（设计水头），设计水头为11.81m，取值为10.5m。4、总长度上闸首：，即上闸首长度为31.1m。下闸首：，即下闸首长度为29.0m。3.2.2闸首宽度确定闸首宽度由闸首口门宽度与边墩厚度确定，边墩厚度一般可以取为23倍廊道宽度。由第三章输水系统可知：输水廊道尺度为宽高=2.5m3.0m，边墩厚度取值为7.5m。闸首的总宽度为B=7.5m+16m+7.5m=31.0m。闸首总尺度：上闸首：长宽=31.1m31.0m。下闸首：宽高=29.0m31.0m。3.2.3 闸首平面布置 上、下闸首采用对称布置，其平面布置如图3.2所示。（a）下闸首 （b）上闸首图3.2 闸首平面图3.3 引航道平面布置及尺度确定 3.3.1 引航道平面布置思路由船闸总体设计规范5.4.1和4.4.2可知，引航道应由导航段、调顺段、停泊段和制动段以及过渡段等组成，其平面布置应保证通航期内过闸船舶、船队畅通无阻，安全行驶。引航道的平面布置应根据船闸的级别、线数、设计船舶（队）船型、通过能力等，结合地形、地质水流、泥沙及上下游航道等条件研究确定。引航道的平面布置型式可采用反对称型、对称型和不对称型三种，其中反对称型引航道的轴线与船闸轴线不重合，船舶（队）可以沿曲线进闸，直线出闸，其优点是进闸距离短、过闸时间短、船舶（队）进出闸安全性好。本船闸为单线、单级船闸，为保证船舶过闸的时间较短和船闸的通过能力可采用反对称型引航道布置。上、下游引航道均位于主河道上。在船闸和枢纽主体工程之间设置隔流堤，避免电站或者泄洪闸下泄水流对引航道内的流速及流态产生不利影响，以满足船舶通航水流条件的要求。3.3.2 引航道尺度确定 引航道尺度主要包括引航道长度、宽度及引航道水深。1、引航道长度引航道的长度主要取决于设计船型、船舶（对）尺度及船舶（对）操作性能。按双向过闸船舶运行的需要，引航道一般是由导航段、调顺段、停泊段、过渡段和制动段组成。前三段要求为直线段，后两段可以根据地形灵活布置。 由船闸总体设计规范(JTJ 305-2001)5.5.1可知：当采用曲线进闸，直线出闸布置时，引航道的各段长度如下： 1）导航段长度： （3-4) 式中 顶推船队为设计最大船队长，拖带船队为其中最大船长（m）；500t船队长=50m；货船中的最大船长为50m， 取导航段长度为50m。 2）调顺段长度： (3-5) 最大船长取50，调顺段长度为：，取75m。 3）停泊段长度： (3-6) 船队最大船长为50m，故取值为50m。 4）过渡段长度 (3-7)式中 引航道直线段宽度与航道宽度之差 四级航道宽为55m，引航道宽度45m，l4=10（55-45）=100m。 5）制动段长度 （3-8）由上式估算，其中顶推船队制动距离系数，根据资料，一般可在2.54.5之间取用，则2.550=125，取130m。为减少引航道的工程量，过渡段和制动段重合适用，采用130m，布置在引航道直线段的延长线上。 6）引航道直线段的总长度： 2、引航道宽度 根据船闸的布置形式和运行方式，引航道宽度要满足船舶的停靠、调顺、会让和操作上的要求。本船闸为单线船闸，反对称型引航道，引航道宽度应按双向过闸确定，即出闸船舶（队）与停靠在停泊区域等候进闸的船舶（队）会让时所需要的宽度，并考虑停泊段一侧的停船的情况。由船闸总体设计规范(JTJ 305-2001)5.5.2.1可知引航道的宽度可按下式进行计算： (3-9)式中 B0设计最低通航水位时，设计最大船舶、船队满载吃水船底处的引航道宽度（m）； bc 设计最大船舶、船队的宽度（m），最大船舶、船队的宽度为10.8m； bc1一侧等候过闸船舶、船队的总宽度（m），取最大船宽为10.8m； b1船舶、船队之间的富裕宽度，取； b2船舶、船队与岸之间的富裕宽度（m），b2=0.5bc=0.510.8=5.4m。 故引航道宽度为：，此处取45m。3、引航道最小水深 引航道为限制性航道，其水深应该大于天然航道的最小水深。引航道水深是设计最低通航水位时引航道底宽内的最小水深，等于设计船舶、船队满载吃水加富余水深。富余水深主要包括：船舶（队）航行时保持良好操纵性能所需要的最小水深；船舶（队）航行时的下沉深度；船闸灌泄水、电站运用等产生的水面波动的降低值；淤积富余深度等。本船闸为级船闸，由船闸总体设计规范(JTJ 305-2001)5.5.3，引航道最小水深可按下式进行计算： (3-10) 式中 设计最大船舶、船队满载吃水（m）。即，考虑到此值大于门槛水深取值和内河通航标准中规定的航道水深，故不再考虑其他富余量，引航道水深取3.8。3.3.3 引航道平面布置 由前可知引航道的型式及引航道各段尺度，结合地形地势条件，引航道布置型式如图3.2所示。图3.2 引航道布置图 如图所示，上游引航道右侧在导航段设有导航墙，其余段设挡土墙；下游引航道在导航段设长为30m的平直挡土墙和半径为20m的弧形挡土墙，其余段设坡度为1:1的护坡。上、下游引航道导航段轴线方向上长度均为50m，上游右侧导航墙和下游左侧导航墙与闸室轴线成30，引航道左侧调顺段和停泊段隔流墙均与闸室轴线平行，长度共为125m；引航道宽度均为45m。上、下游靠船墩均布置在引航道右侧，从停泊段到制动段，共布置9个，间隔20m均布。3.4 船闸通过能力和耗水量船闸的通过能力是指每年通过船闸的船舶总数或货物的总吨数。由于过闸船舶包括货船、客船、工作船、服务穿以及其他类型的船舶，而且在货船中又有满载船、非满载船和空船的区别，因此过船能力相同的船闸，通过货物的数量并不完全相同。在一般的情况下，船闸的通过能力是指在设计水平年期限内，每年自两个方向（上、下）通过船闸的货物总吨数，即年过闸货运量。船舶、船队进出闸运行距离可按单向过闸和双向过闸两种情况分别确定。单向过闸，进闸为船舶、船队的船首自引航道停靠位置至闸室内停泊位置之间的距离；出闸为船舶、船队的船尾自闸室内停泊位置至门外侧边缘的距离。双向过闸，进闸船队为船舶、船队自引航道停靠位置至闸室内停泊位置之间的距离；出闸船舶、船队自闸室内停泊位置至靠船建筑物之间的距离。根据船闸总体设计规范(JTJ 305-2001)表6.1.5，船队进闸平均速度为0.8m/s（单向），出闸平均速度为1.0m/s（出闸）；船进闸平均速度为1.0m/s（双向），出闸平均速度为1.4m/s（双向）。3.4.1 船闸过闸时间1) 单向过闸： (3-11)式中： T1单向一次过闸时间（min）； t1 开门或关门时间（min）； t2 单向第一个船队进闸时间（min）； t3 闸室灌水或泄水时间（min）； t4 单向第一个船队出闸时间（min）； t5 船舶、船队进闸或出闸间隔时间（min）。计算过程以船队从上游通过船闸到下游的过程为例进行。开门或关门时间t1考虑启闭机的启闭时间确定，当闸室口门宽度在1623之间时，启闭机的启闭时间为1.53min。船闸闸室口门宽度为16m，因此启闭时间t1取值2min。单向第一个船队进闸时间t2，船队进闸平均速度为0.8m/s，船队航行的距离L=调顺段长度+导航段长度+闸首长度（上）+闸室长度（不包含镇静段）=75+50+31.1+120=276.1m，t2=276.10.8=345.1s，取348s，即取5.8min。闸室灌泄水时间t3通过计算求的，取值为9min。船舶出闸速度为1.0m/s，船队航行距离L=船队长度+镇静段长度+闸首长度（下）+导航段长度+调顺段长度=50+20+29+50+75=224m，单向一个船队出闸时间t4=2241.0=224s，取228s，即3.8min。船舶、船队进闸或出闸间隔时间t5取5min。综上，单向一次过闸时间T1=42+5.8+29+3.8+25=45.6min。2) 双向过闸时间： (3-12)式中 T2上、下行各一次的双向过闸时间（min）； t2双向第一个船队进闸时间（min）； t4双向第一个船队出闸时间（min）。 单向第一个船队进闸时间t2，船队进闸平均速度为1.0m/s，船队航行的距离L=调顺段长度+导航段长度+闸首长度（上）+闸室长度（不包含镇静段）=75+50+31.1+120=276.1m，t2=276.11.0=276.1s，取282s，即取4.7min船舶出闸速度为1.0m/s，船队航行距离L=船队长度+镇静段长度+闸首长度（下）+导航段长度+调顺段长度=50+20+29+50+75=224m，单向一个船队出闸时间t4=2241.4=160s，取162s，即2.7min。 计算式为T2=42+24.7+29+22.7+45=60.8min。3) 一次过闸时间应根据单向过闸和双向过闸的过闸比率确定，当单向过闸与双向过闸次数相等时，可按下式确定： (3-13)式中 T船舶（队）一次过闸时间（min）。 单向过闸和双向过闸的过闸比率没有实测资料，采用单向过闸和双向过闸次数相同进行计算，则有：T=0.5（45.6+60.82)=38min。船闸的日工作小时可采用2022小时，在此处采用22小时。船闸日平均过闸次数按下列公式计算： (3-14)式中 n日平均过闸次数； 日工作小时（h）。计算式：n=226038=34.7，取值34。3.4.2 单级船闸年通过能力单级船闸年通过能力可按式（3-16）和式（3-17）计算。单向年过闸船舶总载重吨位： (3-15)式中 P1 单向年过闸船舶总载重吨位（t）； n日平均过闸次数； N年通航天数（d）； G一次过闸平均吨位（t）。航道等级为级，取98%的保证率，则通航天数N=3650.98=357.7，取357天。过闸船舶只有分客船、货船两类，其中客船平均每天通航2次。近期船舶通航以300t级船舶和100t级船舶为主，未来以500t级船舶和300t级船舶为主，近期一次过闸的平均吨位采用组合形式3和形式6进行平均计算，G=(3002+1005)2=550t；远期采用形式1和形式3进行平均计算。G=(5002+3002)2=800t。近期单向年过闸总载重吨位P1=0.534357550=3337950t，即333.795万吨。未来规划单向年过闸总载重吨位P1=0.534357800=4855200t，即485.52万吨。近期年过闸总吨位重P=2P1=667.59万吨；未来规划年过闸总吨位重P=2P1=971.04万吨.（2）单向年过闸客货运量： (3-16)式中 P2单向年过闸客、货运量（t）； n0日非客、货船过闸次数； 船舶装载系数； 运量不均衡系数。 船舶装载系数系数在没有实测的情况下可以采用0.50.8，采用0.8。 运量不均衡系数取1.31.5，此处取1.3。客船一昼夜过闸两次，每次四艘，每艘80人，计算式为：P=23573200.81.3=140603人/年，取14万人/年。近期年过闸货运量为P2=0.5(34-2)3575500.81.3=1933292t，级193.292万吨，取193万吨。未来单向年过闸货运量为P2=0.5(34-2)3578000.81.3=2812061t，即281.2061万吨，取281万吨。未来年过闸货运总吨位P=2P2=562万吨。3.4.3 耗水量计算船闸的耗水量是船闸的一项重要的技术经济指标。船闸的耗水量包括船舶过闸用水和闸、阀门漏水量两部分。过闸用水是指船舶过闸时，闸室灌泄水所耗用水量，与船闸水头、船闸尺度、过闸船舶排水量、过闸方式、过闸次数有关。闸、阀门漏水是指船闸闸、阀门止水不密实，从上游向下游流失的水量，与水头大小，止水构造及其安装质量、使用年限、维护保养等情况有关。 单级船闸一次过闸的用水量可按下式进行计算： （3-17）式中 V单级船闸一次过闸用水量（m3）； C闸室水域面积（m2）； H计算水头（m）。船闸一天内平均耗水量可按下列计算： (3-18) (3-19)式中 一天内的平均耗水量（m3/s）； V一次过闸用水量（m3），必要时应考虑上、下行船舶、船队排水量差额； q闸门、阀门的漏水损失（m3/s）； e止水线每米上的渗漏损失m3/(s.m)，当水头小于10m时，取0.00150.0020m3/(s.m)，当水头大于10m时取0.0020.003m3/(s.m)； u闸门、阀门止水线总长度（m）。 船闸设计水头为11.81m，大于10m，止水线每米上的渗漏损失e取0.0025m3/(s.m)。闸门阀门止水线总长度分为闸门止水线和阀门止水线，闸门止水包括底止水、侧止水和门缝止水三部分阀门止水包括顶止水、底止水和侧止水。闸门的止水线长度u1=116.5m，阀门的止水线长度u2=46.4m，止水线总长度u=116.5m+46.4m=172.9m。闸门阀门的漏水损失q=eu=172.90.0025=0.43225m3/s。一次过闸的用水量，计算水头缺乏资料，按最大水头即设计水头进行计算，计算过程：V=11.8116158.5=29950.16m3。一天内的平均耗水量 =3429950.1686400+0.43225=12.22m3/s。3.5 船闸各部高程 船闸高程包括船闸各部的顶部高程和底部高程。由于各部分建筑的位置和作用不相同，因此确定高程的依据也不相同。各部高程计算过程中结构超高取值不小于设计过闸船舶（船队）空载时最大干舷高度，500t级船舶的干舷高度为1.61.7m，因此计算过程中统一取值1.7m；结构安全超高不小于0.5m，计算过程中统一取值0.5m。 1）挡水前缘闸首的闸门顶部高程=上游最高校核水位+安全超高=12.6+0.5=13.1m； 2）下闸首的