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1、 衢江姚家航电枢纽01船闸总体设计及下闸首结构计算绪论本船闸设计是拟在衢江姚家枢纽的一个船闸工程。衢江是浙江省最大河流钱塘江南源兰江的主流，集水面积11477.2km2，河流全长257.9km。由于滩多、水浅，航道条件差，水运业日益萧条。目前通航船只为3t12t。据交通部门预测，衢江年运量到2010年可达到200万吨，主要物资有石灰石、莹石、化肥、木材、水泥、煤炭和钢材等。鉴于目前的航道状况，无法满足远期货运量的要求。目前，塔底、小溪滩都已开工建设，安仁铺、红船豆、游埠梯级也已完成前期设计工作，加快姚家梯级水利枢纽建设，尽早使衢江航道全面通航显得尤为迫切。姚家枢纽是衢江干流开发中的第六级也是最
2、下游一级枢纽。工程是以航运和水力发电为主，结合改善水环境及灌溉条件等综合利用工程。该工程由泄洪闸、船闸、发电厂房等建筑物组成，电站装机44.1MW，多年平均发电量约6533万KW.h。船闸设计标准为500t级。衢江水量充沛，水力资源丰富。建设姚家水利枢纽工程，可以充分利用衢江水力资源，年发电量达6533万KW.h，电站装机16.4MW，能对电网起到一定的调峰作用。本工程的建设可以有效缓解金华市目前用电紧张的局面。水力资源是可再生的清洁能源，本工程的建设符合国家的能源产业政策。其位于衢江下游段，河流呈东西流向，南岸为下店村，北岸为姚家村。工程横跨衢江，本段水流湍急，江面宽约500m，两岸为堤坝，
3、姚家段堤脚有宽约40m的滩地，地面高程约2929.50m。工程区地层分布白垩系上统基岩和第四系冲积堆积层。地下水为松散岩土类孔隙潜水，主要分布在第四系地层中。由大气降水补给，并排泄于河道。姚家枢纽工程实施后，可为恢复和提高衢江的航运能力奠定基础，并可加快上游砂石资源和矿产资源开发，促进兰溪市及衢江两岸广大地区经济更快地发展。衢江的船闸建设基本上都是与水电枢纽建设相配套的，故而在枢纽选址及船闸在枢纽总体平面布置中的位置受到水电部门的一定制约，船闸的总体布置有点困难，而其困难点主要突出在上下引航道的布置及其与河流主航道的衔接上。因此本船闸工程的设计难度是很大的，需要结合模型试验及参照以往相类似工程
4、的经验，选择适合的解决办法。 水利枢纽的布置，主要是确定水利枢纽中各主要建筑物之间的位置。枢纽工程总体布置设计，应在确保通航要求的基础上，根据工程建设任务要求，以充分发挥工程综合利用效益，正确处理进期与远期、上游与下游以及干流与支流等关系。0.1 枢纽的组成及功能衢江姚家航电枢纽的主体建筑物包括船闸、泄水建筑物、电站。船闸在枢纽中的布置应满足通航水流条件，保证船舶进出闸安全、迅速方便。船闸布置在河床稳定，冲淤变化不大的顺直河段。通航建筑物上，下游引航道及闸室应布置在同一条直线上，并要求引航道顺直，保证船舶快速过闸。0.2 枢纽布置原则按渠化枢纽总体布置设计规范(JTJ220-98)，布置时应考
5、虑下列因素：1、地形、地质、水文及泥沙条件；2、上、下游航道衔接条件；3、主要水工建筑物的使用要求；4、淹没损失及环境影响；5、施工难易，施工期长短及施工期通航条件；6、分期投产及其衔接条件；7、使用管理条件；8、工程量及投资。0.3 坝址方案确定根据钱塘江流域综合规划及钱塘江中游“三江”梯级开发规划，规划枢纽坝址位于姚家村上游马鞍山嘴河道最窄处。从规划坝址河段地形上分析，可供选择坝址比较的河段局限于马鞍山嘴以下约1000m范围，该河段相对顺直，河床宽度渐变，向下逐渐增宽，河宽约300m500m。该河段在平面上呈“Z”字形，平顺段上、下均为转弯段，坝址位置只能在该段河道中选择。故有上下坝址两种
6、方案选择。上坝址（规划坝址，比较方案）：位于马鞍山嘴，左岸为马鞍山山体，右岸介于下应村与下店村之间，坝轴线垂直于水流方向。该坝址河床断面窄而深，上游处有一大拐弯，河宽仅250m，流速大，坝址处流态相对较下坝址复杂。上游洪水位壅高值相同的前提下，枢纽布置向右岸拓浚宽度较下坝址宽得多，右岸拓浚工程量大，左岸因布置电站，需要布置装配场及进出厂区的道路，因此，山体开挖工程量巨大，工程投资相对也大。从工程布置相对合理性方面考虑，电站需布置在左岸；船闸需布置在右岸，便于今后兴建二线船闸留有余地。船闸布置在右岸，上游引航道长度较短，且该坝址横向流速速也大，影响船只航行。为此在这一岸布置船闸对衢江航运船只较为
7、不利。该坝址河道窄，施工导流布置，施工条件较下坝址差。下坝址（推荐方案）：位于马鞍山嘴下游约500m处，距上坝址约730m，轴线右岸距下店村约150m，坝轴线垂直于水流方向。该坝址处河宽约470m，处于“Z”字形河段中部较平顺段，河床断面基本呈“U”形。受上游马鞍山体的影响，该坝址处洪水期主流稍偏右，相对上坝址来说水流较为平顺，流态相对要好，流速较小。坝址左河床有一宽约45m的滩地，高程约29.0m。在两坝址上游洪水位壅高值相同的前提下，枢纽布置向右岸拓浚宽度较上坝址小，右岸拓浚工程量小，工程投资相对也小。从工程布置相对合理性方面考虑，船闸与电站的布置正好与上坝址相反，电站需布置在右岸，不涉及
8、房屋拆迁。船闸则布置在左岸，姚家村距防洪堤约150m，该范围正好可作为今后兴建二线船闸的预留地。船闸布置在左岸，上游引航道长度较长，处于这一岸对衢江航运船只通航较为有利，且该坝址横向流速较小，有利于船只航行。该坝址河道相对较宽，施工导流布置，施工条件较上坝址好。若上下坝址正常蓄水位相同，则两坝址对库内上游的排涝和浸没影响基本相同。下坝址因左岸防洪堤内地势较低，需增加坝址马鞍山嘴段长600m的防洪堤基础防渗处理工程量。右岸地势较高，不存在浸没影响。从地质钻探成果看，上、下坝址基岩面高程均在20.0m，变化不大，坝基处理及基岩开挖差距不大。经综合分析比较，本阶段选用下坝址方案。上、下坝址位置见图0
9、.1.0.4 枢纽总体布置坝址以上集雨面积较大，洪峰流量大，洪水涨幅明显。为确保衢江行洪，本工程的建设不能消弱上游衢江两岸防洪堤原有的防洪能力，工程的总体布置要利于河道行洪，尽可能使坝址处河道的行洪宽度及过水断面积与原河道基本相同。受上游左岸山体影响，坝址河段主槽位于中间稍偏右，河床平均高程约22.022.5m，河宽约480m。左侧河床相对较高，有宽约45m的河滩地，左岸已建有防洪堤，堤顶高程约35.5m，堤内姚家村距堤脚约150m。坝址右岸也有已建成的防洪堤，堤顶高程约35.535.9m。下店村位于坝址上游约150m，有公路与320国道相连，交通便捷。根据工程特点，本枢纽建筑物布置与选型要考
10、虑行洪方便，非汛期挡水，汛期敞开行洪，挡水泄洪建筑物须布置在河道中央。考虑到本工程的首要任务是航运开发，为确保工程安全及航道运行安全、维护管理方便、设计施工经验丰富等方面考虑，主体挡水建筑物推荐泄洪闸方案。衢江航道规划的航道等级为级，通航船只为500t级，结合衢江航道的特点及枢纽闸址处地形特点、水流条件等，工程总体布置对船闸布置在左岸和右岸进行综合定性分析比选。0.4.1 枢纽总体布置方案比较1) 布置方案方案一：船闸布置在左岸，电站布置在右岸。总体布置自左至右依次为船闸、泄洪闸、电站。方案二：船闸布置在右岸，电站布置在左岸。总体布置自左至右依次为电站、泄洪闸、船闸。2) 方案比较方案一：枢纽
11、闸址河段地形在平面上呈左岸微凸，右岸微凹，船闸布置在左岸相对较平顺。考虑到左岸有马鞍山体，为通航船只进出船闸方便，布置时不宜太往左靠，因此，船闸靠老防洪堤脚布置，保持原有防洪堤的完整性，上游引航道长约600m；下游有足够的河段用来布置下游引航道，且下闸首偏向河道内侧，有利于船只通行。根据航运量预测，到2020年前须修建二线船闸才能满足货运量的需求，船闸布置于左岸，现状堤内为农田，便于划定左岸防洪堤脚向姚家村侧约200m宽度为兴建二线船闸的预留地。电站则布置在右岸，只需拆除右岸原防洪堤，不涉及房屋拆迁等政策处理难点，建电站有拓宽的余地，可确保工程后河道行洪断面积与原河道大体相等，以利行洪。电站布
12、置在右岸，下店村有公路与320国道相连，交通便捷。方案二：枢纽闸址河段地形右岸为凹岸，船闸布置在右岸将影响上、下游引航道的布置，涉及大张坑村民房较大的拆迁量，船只通行也不顺畅。上游上店村紧靠老防洪堤，右岸地势较高，没有兴建二线船闸的位置，无法保证远期货运量的需求。二线船闸往右拓进，需涉及下店村及大张坑村大量的房屋拆迁，上下游引航道更难布置。电站布置于左岸，从地形及流态上看，受淤的可能性较右岸大，特别是尾水受淤较大，影响电站发电效益，且还需要拆除左岸原防洪堤并重建。左岸距国道远，仅有低等级的乡村公路到姚家村，运输大宗货物需兴建对外交通公路，现状交通不及右岸便利。优缺点比较：方案一拓浚工程量小，投
13、资省，枢纽建筑物布置有利于行洪、有利于通航，电站上下淤积的可能性较小，电站效益较好。兴建二线船闸涉及房屋拆迁、征地等政策处理难度较小。电站布置在右岸，现场有一定的拓宽余地，可确保建坝后河道行洪断面积与原河道大体相等，以利行洪。右岸下店村有公路与320国道相连，交通便捷。方案二拓浚工程量大，投资高，枢纽建筑物布置不利于通航，特别是二线船闸。受地形条件限制，兴建二线船闸将涉及下店村及张坑村的房屋拆迁等，政策处理难度较方案一大。电站布置在左岸，上下受淤的可能性较大，将影响电站的发电效益。左岸交通不及右岸便捷。经综合比较，本阶段工程总体布置选择方案一。枢纽布置自左至右依次为船闸、泄洪闸、电站。现将两种
14、比较方案如图0.1. 图0.1 船闸方案图与坝址选择第1章 船闸总体设计船闸主要由闸首、闸室、引航道、导航和靠船建筑物及相应的设备组成。1.1船闸的规模 1.1.1船闸的分级船闸应按设计最大船舶吨级分为7级，其分级指标见表表1.1 船闸分级指标表船闸级别IIVVVIVII设计最大船舶吨级30002000100050030010050注:设计最大船舶吨级系指通过船闸的最大船舶载重吨(DWI)；当为船队通过时，指组成船队的最大驳船载重吨。衢江姚家航电枢纽01船闸最大船舶吨级为500吨，为IV级船闸。1.1.2 设计船型 本船闸的设计船只为500吨级1拖3船设计，布置方式为13,船舶尺寸为191*1
15、0.8*2.2（长宽满载吃水）最大干舷高为2.0m。最大单船船长为45m。1.1.3 船闸尺度船闸尺度包括闸室有效长度、闸室有效宽度和门槛最小水深及船闸最水断面的断面系数。根据设计船型、船队，满足船闸在设计水平年限内各期（近期、远期）客货运量及过闸船舶总载重吨数确定。1) 闸室有效长度 （1-1）式中：闸室有效长度（m）；设计最大过闸船队、船舶的长度（m），当一闸次有两个或多个船队船舶纵向排列过闸时，则为各设计船队船舶长度之和加上各船队船舶之间的停泊间隔;富裕长度（m）,机动驳. 取为200m.2) 闸室的有效宽度 （1-2）式中 ：船闸闸首口门和闸室有效宽度(m)；一闸次过闸船舶并列停泊于闸
16、室的最大总宽度()。当只有一个船队或一艘船舶单列过闸时，则为设计最大队或船舶的宽度；富裕宽度(m)；富裕宽度附加值()，当时，；当 时， ；过闸停泊在闸室的船舶的列数。，采用现行国家标准内河通航标准（GBJ139）中规定的8m、12m、16m、23m、34m，取.3) 门槛水深门槛水深应满足： (1-3)式中：H门槛水深（m）；T设计最大过闸船舶满载吃水（m），取门槛水深3.6m.4) 最小过水断面的断面系数据实验和原形观测，若n值过小时，船队(舶)可能产生触底现象。若n值过大，加大工程量，造成不必要的浪费，为保证船队（舶）安全顺利的进闸，设计要求： (1-4)式中：最低通航水位时，闸室过水断
17、面面积（），；最大设计过闸船队（舶）满载吃水时船舯断面水下部分的断面面积。本设计中3.6*12/0.95/10.8/2.2=1.932.0，满足要求。表1.2 船闸基本尺度表计算项目计算式结果闸室有效长度200闸室有效宽度12门槛水深 3.6过水断面系数1.931.1.4 船闸线数衢江姚家航电枢纽01船闸位于广东北部山区，航道运输不繁忙，年通过能力较低，仅为526万吨，在年通航期内允许由于船闸检修，疏浚，冲沙和事故等原因造成断航，同时借鉴其它船闸的成功经验，拟建为单线船闸。1.1.5 船闸级数1) 船闸设计水头的选取作用在船闸上水头的大小，是影响船闸输水系统型式的一个重要因素。若采用一个频率较
18、小，历时短的最大水头作为设计水头，这样会导致输水系统复杂化，使工程造价增加，造成不必要的浪费。衢江姚家航电枢纽河段径流以降水补给为主，每年的降雨集中在5-9月份，同时还要满足枢纽其他部分功能所需水位的要求，本船闸设计水头取枢纽正常蓄水位与下游最低通航水位之差作为设计水头。根据设计基本资料中给出的特征水位，可得=28.5-23.0=5.5m2) 船闸级数的确定：本设计船闸采用单级船闸。a. 水头 40m，采用两级或多级船闸。1.2 船闸设计水位和各部分高程1.2.1 船闸特征水位a.闸坝设计洪水位：34.38m；b.上游设计最高通航水位：28.50m；c.下游设计最高通航水位：23.50m；d.
19、上游设计最低通航水位：28.00m（水库死水位）；e.下游设计最低通航水位：23.00；g.波浪浪高： （ 1-5） 式中：计算风速（m/s），取1.9（m/s）；吹程（公里）取（35）倍的河宽，取4倍的河宽。1.2.2 船闸各部分高程 表1.3 船闸各部分高程计算内容计算式计算结果（m）上闸门顶高程上游设计最高水位+超高+浪高36.08下闸门顶高程上游设计最高通航水位+超高29.00上闸首墙顶高程上闸门顶高程+超高36.58下闸首墙顶高程下闸门顶高程+超高闸室墙顶高程31.00闸室墙顶高程上游设计最高通航水位+空载干舷高度31.00上闸首门槛顶高程上游设计最低通航水位-门槛水深24.40下闸
20、首门槛顶高程下游设计最低通航水位-门槛水深19.40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24.40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19.40闸室底高程下闸首门槛高程19.40上游导航及靠船建筑物顶高程上游设计最高通航水位+空载干舷高度31.00下游导航及靠船建筑物顶高程下游设计最高通航水位+空载干舷高度26.00注：安全超高0.5m 空载干舷高度2.5m 设备安装结构高度1.0m1.3 引航道 1.3.1引航道的布置单线船闸引航道平面布置，一般有对称型、反对称型、不对称型三种型式。引航道的平面布置直接影响船舶进出闸的时间，从而影响船闸的通过能力。不对称型引航
21、道是上、下游引航道向相同的岸侧拓宽。在这类引航道中，船舶可以沿直线进闸，曲线出闸，进闸速度可以较快。为满足通过能力的要求，使船舶（队）进闸速度较快，有利于单向过闸，本设计采用不对称式。1.3.2 引航道尺度1) 引航道长度包括导航段，调顺段，停泊段，过渡段，制动段A导航段长度 (1-6)式中：导航段长度（m）；顶推船队为设计最大船队长。=45mB调顺段长度 (1-7)式中：调顺段长度（m）；顶推船队为设计最大船队长(m)，=（1.52）45=67.590 取80m。C停泊段长度 (1-8) 式中： 停泊段长度=240mD过渡段长度 (1-9) 式中：引航道直线段宽度与航道宽度之差, E制动段长
22、度 制动段与过渡段重合使用。 2) 引航道的宽度A单线船闸引航道的宽度考虑引航道只有一侧停靠过闸船队（舶）的情况： （1-10）式中：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 )；设计最大船舶、船队的宽度(m)；一侧等候过闸船舶、船队的总宽度(m)；船舶、船队之间的富裕宽度，取=；船舶、船队与岸之间的富裕宽度，取=0.5。取引航道的宽度B引航道的底宽 （1-11）式中：m引航道水下岸坡的边坡系数，取m=0.5； 引航道底宽内最小水深。1.3.3 引航道最小水深IV级船闸引航道最小水深 （1-12）取引航道水深1.3.4 最小弯曲半径分上下游计算，本次设计上下游弯曲半
23、径相同。IV级船闸顶推船队 ： （1-13）取最小弯曲半径 R=765m1.3.5弯道加宽B=lc2/(2R+B0)=4545/（2*135+40）=6.53m取6.6m表1.4 引航道尺度表引航道尺度计算公式计算结果备 注引航道长度导航段 45m调顺段(1.52.0)80m停泊段45m过渡段10400m与制动段重合使用引航道宽度引航道的宽度+40m引航道的底宽-2m(-T)38.9m引航道口门宽口门宽1.560m引航道水深H01.5T3.5m最小弯曲半径R4 765m弯道加宽B=lc2/(2R+B0)6.61.3.5 引航道上的建筑物 1) 导航建筑物的投影长度 (0.51.0) （1-14
24、） 式中： 设计最大过闸船队、船舶的长度（m） 导航建筑物的投影长度 取190m。 2) 辅导航建筑物的投影长度 (0.350.75) （1-15） 式中： 设计最大过闸船队、船舶的长度（m） 辅导航建筑物的投影长度 (0.350.75) =(66.85143.25，取140m1.3.6靠船建筑物 本设计取船队计算长度，1.3.7引航道上建筑物的型式本设计船闸是岩基上的船闸，水头为5.5m，故选用重力式的结构型式。1.4 闸首尺度1.4.1 门扇的基本尺度：（初步拟定人字闸门）1).门扇长度 （1-16）式中：闸首口门宽度，一般与闸室的有效宽度相同； 由门扇的支垫座的支承面至门盒外缘的距离,取
25、 闸门关闭时门扇轴线与闸室横轴线的夹角，取。取7.2m2) 门扇厚度取（1/81/10），本次设计取=0.8m。 （1-17）3) 门扇高度门扇高度,指闸门面板顶到闸底的距离。上闸首门扇高度 =上闸门顶高程-上闸首门槛高程+m （1-18） =36.08-24.40+0.2=11.88m下闸首门扇高度 =下闸门顶高程-下闸首门槛高程+m =29.0-19.4+0.2=9.80m 式中：m闸门面板底与门槛顶的距离，m=（0.150.25）m；当闸门关闭时，门底止水位于门槛侧面时取正值。1.4.2 闸首长度1) 门前段门前段根据检修闸门的尺度、输水系统的布置方式初步拟定：对于人字闸 (1.02.0
26、)+C （1-19） 式中：为检修闸门的门槽宽度0.82.0m，取=1m。下闸首检修闸门放在支持段，此处不用计算检修闸门门槽宽度。下闸首门前段为 (1.02.0)+C=2.0+1.0=3.0m上闸首门前段为(1.02.0)+C=1.0+0=1.0m2) 门龛段 (1.01.2) （1-20）式中：闸首的门口宽度 d门龛深度一般取门厚0.40.8,取1.07+0.7=1.77闸门与船闸横轴线的夹角，一般取2022.5，取22.5，取8m3) 支持段 (0.30.5) （1-21）式中：边墩墙在闸首底板以上的高度。上闸首：=上闸首墙顶高程-上闸首门槛高程 =36.58-24.4=12.18m下闸首
27、：=下闸首墙顶高程-下闸首门槛高程 =31.0-19.4=11.60m因此，上闸首： (0.30.5) =0.512.18=6.09m,取为4m. 下闸首： (0.30.5) =0.511.05=5.8m,取为5m. 上闸首： ,取15m 下闸首： ,取14m1.4.3 闸首宽度闸首宽度等于闸首口门的宽度和两侧边墩之和，闸首边墩厚度主要取决于门龛深度、廊道宽度和弯曲半径急阀门宽度等因素。对有廊道的边墩厚度初步估算时可取23倍廊道宽。 （1-22） 式中：b阀门处廊道宽度，b=3.0m。 B=12.0+223.0=24.0m1.4.4 闸首底板厚度对于平板底板按() 上闸首： 取8米 下闸首：
28、取3米表1.6 上闸首尺度表尺度计算公式计算结果备 注闸首长度门前段=（1.02.0）+3m门龛段+(0.20.3)8m支持段4m闸首宽度+2（23）b）24m门扇长度7.2m门扇厚度（1/81/10）0.8m门扇高度11.88m底板厚度（1/3.51/4.5）8m尺度计算公式计算结果备 注闸首长度门前段=（1.02.0）+1m门龛段+(0.20.3)8m支持段5m闸首宽度+2（23）b）24m门扇长度7.2m门扇厚度（1/81/10）0.8m门扇高度9.80m底板厚度（1/3.51/4.5）3m表1.7 下闸首尺度表1.5船闸的年通过能力和耗水量1.5.1通过能力的计算1） 船闸进出闸运行距
29、离单向过闸：进闸距离是指船舶在引航道的停靠位置至闸室内停泊处的距离 （1-23）出闸距离是指船舶自闸室内停泊处至船尾离开闸门之间的距离 （1-24）双向过闸：进闸距离是指船舶自引航道停靠位置至闸室内停泊处的距离。 （1-25）出闸距离是指船舶自闸室内停泊位置至靠船建筑物之间的距离。 （1-26）2) 船舶进出闸时间 过闸方式船 舶进闸()出闸（）单向双向单向双向船队0.50.70.71.0排筏（拖轮牵引）0.30.50.50.6机动单船0.81.01.01.4非机动船0.40.50.40.5表1.8 进出闸平均速度表单向进闸 : 双向进闸 : 单向出闸 : 双向出闸 : 单向进闸时间： 单向出
30、闸时间： 双向进闸时间： 双向出闸时间： 闸门启闭时间： 船队进出闸间隔时间： =4闸室灌泄水时间输水系统型式，先初步拟定为8则单向过闸时间：双向过闸时间 ： 采用单向过闸与双向过闸所需时间的平均值来表示过闸时间， 3) 船闸日平均过闸次数 （1-27） 式中：日平均工作时间，=25.1 取4) 每昼夜非运货船过闸次数 取 5) 船闸年通过天数 取6) 船舶装载系数 7) 运量不均衡系数8) 船闸通过能力则船闸通过能力按船闸总体设计规范（JTJ 3052001）计算：双向船闸客货运量 （1-28）单向通过能力567/2=283.5万吨250 万吨 满足通过能力的要求。1.5.2 耗水量的计算船
31、闸的耗水包括船舶过闸用水和闸、阀门漏水两部分。1) 船舶过闸耗水闸室水体体积 （1-29）式中：闸室有效长度闸室有效宽度设计水头单向过闸每次用水量为，双向过闸每次用水量为；平均每次过闸用水量=11385m3，2) 闸、阀门漏水损失 按船闸总体设计规范（JTJ 3052001）计算： （1-30）式中：止水线每米上的渗流损失,当水头小于10米时，取，取闸门、阀门止水线总长度。闸门止水线长度，阀门止水线长度，。 3) 船闸一天内平均耗水量 （1-31）第2章 施工任务和施工条件2.1工程任务姚家枢纽位于衢江干流下游兰溪市境内的姚家村附近，工程任务是以航运、发电为主，兼顾改善水环境和灌溉条件等综合开
32、发利用。2.1施工条件姚家枢纽工程位于兰溪市下店村下游约150m处，左岸为姚家村，右岸为下店村，坝址距兰溪市城区约8km。公路：坝址左右岸附近均有公路通过，公路至坝址左右岸约1.0km为乡村机耕路，施工前需扩建该路段与对外公路连接，对外交通便利。铁路：金华、兰溪、龙游火车站可卸100t以下的单件重物，能满足工程的转运要求。水路：上海港、宁波北仑港等均可作为本工程的转运站。2.1.2 水文、气象条件姚家枢纽工程地处衢江干流下游，坝址以上集水面积11427km2。设计流域属中亚热带季风气候区，冬夏季风交替明显，温和湿润，四季分明，日照充足，雨量丰沛。据实测资料统计，多年平均气温17.6；极端最高气
33、温41.3（发生在7月）；极端最低气温-8.2（发生在1月）；多年平均水汽压17.2hpa，相对湿度79%；多年平均降水量为1631.7mm；年平均风速3m/s，最大风速15m/s，相应风向为WSW。 流域内降水量时空分布不均匀，年内变化较大。春末夏初（4月16日7月15日），副热带高压与北方冷空气在长江中下游交馁，形成静止锋徘迥，降水量大，历时长，常常由此形成大洪水，俗称梅汛期；夏秋季节（7月16日10月15日）常受副热带高压控制，天气干旱少雨，有时局部雷阵雨发生，历时短但强度大，也会引发大洪水，此时也是台风和热带风暴活动频繁季节，称为台汛期。由于本流域的特殊位置，受台风和热带风暴活动的影响
34、次数较少，范围亦小，故台汛期大都以干旱少雨天气为多；每年10月16日翌年4月15日为非汛期，天气以晴冷为主，当冷空气南下时，地面盛行偏北风，伴有雨雪天气出现。第3章 船闸输水系统的设计3.1输水系统的选择合理的输水系统应该是：闸室的灌泄水时间短，能满足船闸通过能力的要求，过闸船舶在闸室及引航道内具有良好的停泊条件，同时工程造价和运输费用均较低。3.1.1 输水系统的设计要求船闸输水系统应包括进水口、闸门段、输水廊道、出水口、消能工和镇静段等。输水系统的设计，应满足下列基本要求 ： 灌水和泄水时间； 船舶、船队在闸室内的停泊条件和引航道内的停泊和航行条件； 船闸各部位在输水过程中不至由于水流冲刷
35、、空蚀、振动等造成破坏。3.1.2 输水系统的选择 船闸输水类型有两种：一种是集中输水系统，另一种是分散输水系统；集中输水系统：由于在闸室中，不需设置输水廊道，闸室结构比较简单，工程造价低，但灌泄水时间相当较长，特别是随着作用水头的增加，集中输水系统就难以满足过闸船舶停泊条件的要求。分散输水系统：由于水流是沿着闸室一定长度均匀进入闸室，闸室水力条件和过闸船舶停泊条件均较好，可以缩短灌泄水时间，但船闸结构却比较复杂，工程造价亦将相应地增加。 根据国内外已建船闸的运转资料，可根据值初步选定输水系统类型。 （3-1）式中：门闸灌水时间（min），前面拟定8min 闸室设计水头，故 当时 采用集中输水
36、系统当时 采用分散输水系统当时 进行技术经济比较考虑以下几个因素：作用在船闸上的水头大小闸室灌泄水时间的长短闸室平面尺度及门槛水深闸首和闸室结构形式及工程造价等。考虑水头因素，一般说来，当水头较低时，与集中输水系统相比较，采用分散输水系统，将使工程造价增加较多，而灌泄水时间的缩短并不显著。但随着水头的增加，采用集中输水系统，则需较复杂的消能措施，工程造价将显著增加。另外，集中输水系统由于在闸室中没有输水廊道，所以结构比较简单，施工方便，造价便宜，但闸室水流条件受到很大限制。分散输水系统的水流条件可以有显著的提高，但构造较为复杂，造价要增多。本设计拟采用集中输水系统。3.1.3集中输水型式的选择
37、集中输水系统又可分为短廊道输水、直接利用闸门输水和组合式输水，并分别包括下列内容： 短廊道输水包括无消能室、有消能室和槛下输水； 直接利用闸门输水包括三角闸门门缝、平面闸门门下和闸门上开小门输水； 组合式输水由上述某两种输水型式组成。根据设计资料，经分析本设计采用集中输水系统中的短廊道输水。3.1.4消能工的选择集中输水系统的消能工主要包括消能室、消力齿、消力槛、消力梁、消力隔栅、垂直挡板、水平遮板、消力池和消力墩等。集中输水系统的消能措施按其有无消能工以及消能工的复杂程度可分为无消能工、简单消能工、和复杂消能工三种。集中输水系统上、下闸首断面最大平均流速可分别按下列近似公式计算：上闸首： （
38、3-2）下闸首： （3-3）式中： 对上闸首为灌水时闸室最大的断面平均流速；对下闸首为泄水时下闸首门后段最大的断面平均流速（）； 闸室水域长度（）；取200 设计水头（）；取5.5 闸室灌泄水时间（）；取8=480s 槛上最小水深（）；取2.0故 上闸首：下闸首：集中输水系统消能工的类型可根据上下闸首处断面最大平均流速和水头按下表选用：表3.1 各类消能工的水力指标 消能工部 位无消能工简单消能工复杂消能工()（）()（）()（）上闸首闸室0.250.4540.450.65470.650.9711下闸首闸室0.840.81.9481.92.3811设计水头为5.5（）上闸首采用复杂消能工，下闸
39、也首采用复杂消能工。3.2 集中输水系统的水力计算集中输水系统水力计算的主要内容有：输水阀门处的廊道断面面积；输水系统的阻力系数和流量系数；输水廊道的换算长度和惯性超高、超降值；闸室输水的水力特性曲线；过闸船队在闸室和上下游引航道内的停泊条件；密封式输水阀门后廊道顶部的压力水头；输水阀门的工作空化数。3.2.1 输水阀门廊道断面面积的确定1) 输水阀门型式选择常用的输水阀门有以下两种：平面阀门，这是目前广泛运用的一种输水阀门，其特点是结构简单可靠，检修方便，占地较小；反向弧形阀门，其刚度大，阀门结构简单可靠，启闭力小，但检修时必须进入输水廊道内，很不方便，阀门井的平面尺寸也较大。本设计拟采用平面阀门。2) 输水廊道阀门处廊道断面面积按下式计算 （3-4）式中： 闸室内水面的面积（），对单级船闸取闸室水域面积；对多级船闸中间级，取闸室水域面积的一半； 船闸设计水头（），=5.5； 阀门全开时输水系统的流量系数，可取0.60.8；取=0.6； 闸室输水时间（），初步拟定灌泄水时间； 系数，与流量系数和阀门门型有关，查表