（DBJT45T 020-2020）《省水船閘設(shè)計(jì)指南》

ICS03.220.40

CCSP67

DBJT45

廣西壯族自治區(qū)交通運(yùn)輸行業(yè)指南

DBJT45/T020—2020

省水船閘設(shè)計(jì)指南

Guidefordesignofnavigationlockwithwater-savingbasins

2020-12-05發(fā)布2021-01-01實(shí)施

廣西壯族自治區(qū)交通運(yùn)輸廳發(fā)布

DBJT45/T020—2020

省水船閘設(shè)計(jì)指南

1范圍

本文件規(guī)定了省水船閘設(shè)計(jì)的術(shù)語(yǔ)和定義、基本規(guī)定、總體布置、輸水系統(tǒng)。

本文件適用于廣西境內(nèi)新建或改擴(kuò)建船閘設(shè)省水池的省水船閘設(shè)計(jì)，不適用于連續(xù)多級(jí)船閘、閘室

水體可互灌互泄的并列布置雙線船閘等具有省水功能的船閘。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

JTJ305船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范

JTJ306船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范

JTJ307船閘水工建筑物設(shè)計(jì)規(guī)范

3術(shù)語(yǔ)和定義

下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

3.1

省水船閘navigationlockwithwater-savingbasins

在船閘閘墻內(nèi)或旁側(cè)建有省水池，用于臨時(shí)貯存閘室泄水時(shí)泄出的部分水體，待灌水時(shí)回灌閘室，

具有節(jié)省通航用水功能的船閘。

3.2

省水池water-savingbasin

設(shè)于船閘閘墻內(nèi)或閘室旁側(cè)（一側(cè)或兩側(cè)），用于臨時(shí)貯存閘室泄出的部分水體的水池。

3.3

省水率water-savingratio

船閘按省水方式運(yùn)行節(jié)省的水量與非省水方式運(yùn)行用水量的比率。

3.4

省水池級(jí)數(shù)stepofwater-savingbasins

根據(jù)船閘工作水頭、省水量要求以及總體布置等條件擬定的船閘省水池分級(jí)數(shù)量。

3.5

省水池?cái)?shù)量numberofwater-savingbasins

每座省水船閘設(shè)置的省水池總數(shù)。

3.6

省水池剩余水頭remainingwaterheadbetweenwater-savingbasinandchamber

省水池與閘室相互輸水結(jié)束瞬時(shí)的省水池水位與閘室水位差。

1

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3.7

閥門組合啟閉方式combinedopeningorclosingschemeofvalves

為滿足省水船閘閘室輸水時(shí)間要求、降低剩余水頭而制定的省水池閥門與閘室主廊道閥門的組合啟

閉方式。

3.8

閥門提前量advancedopeningvalueofvalves

為降低省水船閘輸水過(guò)程中的剩余水頭，在制定省水池閥門與閘室主廊道閥門組合啟閉方式時(shí)，設(shè)

置的閥門提前啟閉時(shí)刻差值。

4基本規(guī)定

4.1適用范圍

省水船閘主要適用于用水矛盾突出的通航河流或閥門水力學(xué)問(wèn)題較難解決的超高水頭船閘。下列情

況可采用省水船閘方案：

a)河流天然流量小于船閘正常運(yùn)行耗水量的通航河段；

b)枯水季節(jié)水源匱乏，發(fā)電、通航、灌溉等用水矛盾突出的航運(yùn)樞紐；

c)穿越分水嶺、缺乏或沒有天然流量補(bǔ)充的人工運(yùn)河；

d)人工運(yùn)河與天然河流的立交工程；

e)地形、地質(zhì)條件適宜布置省水池和不顯著增加工程量及造價(jià)，有省水需求的船閘工程；

f)高水頭及超高水頭船閘。

4.2建設(shè)規(guī)模和水工建筑物級(jí)別

4.2.1省水船閘級(jí)別劃分與普通船閘相同，按照J(rèn)TJ305的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

4.2.2省水船閘閘室有效長(zhǎng)度、有效寬度、門檻最小水深的確定與普通船閘相同，按照J(rèn)TJ305的相

關(guān)要求和規(guī)定執(zhí)行。

4.2.3省水船閘水工建筑物級(jí)別劃分與普通船閘相同，按照J(rèn)TJ307的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

4.3組成及設(shè)計(jì)范圍

4.3.1省水船閘由以下建筑物組成：

a)上、下游引航道；

b)主體段（上閘首、閘室、下閘首）；

c)閘室輸水系統(tǒng)；

d)省水池；

e)省水池輸水系統(tǒng)。

注：a）、b）、c）與普通船閘基本相同，省水船閘增加了d）、e）及相應(yīng)的閥門和控制系統(tǒng)。

4.3.2設(shè)計(jì)范圍包括組成省水船閘的各項(xiàng)工程。

4.4運(yùn)行流程

4.4.1灌水流程

灌水流程如下：

a)開啟最低一級(jí)省水池閥門，該省水池向閘室灌水；

2

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b)當(dāng)該省水池貯存的水量即將泄完時(shí)，快速關(guān)閉該級(jí)省水池閥門，同時(shí)開啟上一級(jí)省水池閥門，

由上一級(jí)省水池繼續(xù)向閘室灌水；

c)依照相同操作，直至最高一級(jí)省水池貯存的水量即將泄完時(shí)，快速關(guān)閉該級(jí)省水池閥門，同時(shí)

開啟閘室主廊道充水閥門，由上游向閘室灌水，直至閘室水位與上游水位齊平。

灌水流程圖參見圖1中分圖a)。

4.4.2泄水流程

泄水流程如下：

a)開啟最高一級(jí)省水池閥門，閘室開始向該級(jí)省水池泄水；

b)當(dāng)該級(jí)省水池即將灌至設(shè)定水位時(shí)，快速關(guān)閉該級(jí)省水池閥門，同時(shí)開啟下一級(jí)省水池閥門，

閘室繼續(xù)向下一級(jí)省水池泄水；

c)依照相同操作，直至最低一級(jí)省水池即將灌至設(shè)定水位時(shí)，快速關(guān)閉該級(jí)省水池閥門，同時(shí)開

啟閘室主廊道泄水閥門，將閘室剩余部分水體泄至下游，直至閘室水位與下游水位齊平。

泄水流程參見圖1中分圖b）。

閘室省水池閘室省水池

上游通航水位上游通航水位

n

n....n

n....2....

....212

211

1

下游通航水位下游通航水位

a）省水船閘灌水流程b）省水船閘泄水流程

注：1、2、….、n為灌水先后順序；n、…、2、1為泄水先后順序。

圖1省水船閘運(yùn)行流程示意圖

5總體布置

5.1一般規(guī)定

5.1.1省水船閘總體設(shè)計(jì)參照J(rèn)TJ305的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，并布置省水池、省水池與閘室連接的輸水系

統(tǒng)及相應(yīng)的閥門控制系統(tǒng)。

5.1.2根據(jù)上下游運(yùn)行水位組合、擬定的省水池級(jí)數(shù)和面積，確定各級(jí)省水池最高、最低工作水位和

池頂?shù)赘叱碳斑\(yùn)行條件，進(jìn)行省水池及與閘室連接的輸水廊道相關(guān)設(shè)計(jì)。

5.1.3按照省水船閘的運(yùn)行方式和一次過(guò)閘時(shí)間，參照J(rèn)TJ305進(jìn)行其通過(guò)能力計(jì)算，其中一次過(guò)閘

時(shí)間中的閘室灌水或泄水時(shí)間調(diào)整為省水船閘的輸水時(shí)間（參見6.4）。

3

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5.1.4按照省水船閘的運(yùn)行方式和一次過(guò)閘用水量，參照J(rèn)TJ305進(jìn)行其耗水量計(jì)算，其中一次過(guò)閘

用水量為扣除各級(jí)省水池貯存水體后的實(shí)際用水量。

5.2布置原則

5.2.1省水船閘的布置應(yīng)因地制宜，簡(jiǎn)化閘室結(jié)構(gòu)及輸水系統(tǒng)布置、縮短輸水時(shí)間。

5.2.2根據(jù)工程地形、地質(zhì)條件及擬定的省水池分級(jí)數(shù)進(jìn)行總體布置，確定省水池型式和數(shù)量。

5.2.3省水池應(yīng)利用相對(duì)落差實(shí)現(xiàn)閘室與省水池水體之間的自流水量交換。當(dāng)天然流量不足時(shí)，可設(shè)

置抽水泵站抽水的輔助措施。

5.3省水池型式

5.3.1省水池型式

省水池的型式一般分為兩類，即開敞式（圖2中分圖a）、b）、c））和封閉式（圖2中分圖d）、e）），

布置于船閘的一側(cè)或兩側(cè)。

省4

3

中間隔墻水

池2

1

省4

水3

池2

1

省1

水2

池3

4

一側(cè)開敞式兩側(cè)開敞式

ab

省水池

3

24

15

封閉式省水池

一側(cè)扇形開敞式一側(cè)封閉式

cd

封閉式省水池

封閉式省水池

e兩側(cè)封閉式

圖2省水池型式

5.3.2開敞式省水池

上、下游水位變幅較大，相應(yīng)省水池工作水位變幅也較大時(shí)，一般宜采用開敞式布置。

場(chǎng)地開闊或不受場(chǎng)地限制時(shí)，選擇高低錯(cuò)落的臺(tái)階型開敞式省水池。

4

DBJT45/T020—2020

開敞式省水池一般采用平行閘室布置（圖3、圖4）；也可結(jié)合實(shí)際地形，采用其他布置形狀。

第3級(jí)省水池

輸水口

第2級(jí)省水池中間隔墻

第1級(jí)省水池

船閘閘室

圖3開敞式省水池平面示意圖（平行閘室布置）

船

機(jī)房

閘

閘第3級(jí)省水池

室

第2級(jí)省水池

第1級(jí)省水池

圖4開敞式省水池橫剖面示意圖

5.3.3封閉式省水池

封閉式省水池一般宜用在上、下游水位基本恒定或變化很小的船閘。

船閘布置場(chǎng)地受到限制時(shí)，可采用水平分層的封閉式（有蓋式）省水池。

封閉式省水池可分為對(duì)稱布置（圖5）和不對(duì)稱布置（圖6）兩種型式。

5

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船閘閘室

上游通航水位

第4級(jí)省水池第4級(jí)省水池

第3級(jí)省水池第3級(jí)省水池

第2級(jí)省水池第2級(jí)省水池

第1級(jí)省水池第1級(jí)省水池

下游通航水位

圖5對(duì)稱布置4級(jí)封閉式省水池示意圖

船閘閘室

上游通航水位

第4級(jí)省水池

第3級(jí)省水池

第2級(jí)省水池

第1級(jí)省水池

下游通航水位

a)不對(duì)稱布置4級(jí)封閉式省水池示意圖一

圖6不對(duì)稱布置4級(jí)封閉式省水池示意圖

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船閘閘室

上游通航水位

第4級(jí)省水池

第3級(jí)省水池

第2級(jí)省水池

第1級(jí)省水池

下游通航水位

b)不對(duì)稱梯級(jí)布置4級(jí)封閉式省水池示意圖二

圖6不對(duì)稱布置4級(jí)封閉式省水池示意圖（續(xù)）

5.4省水率

5.4.1基本要求

省水率根據(jù)水資源、水能、工程量、通過(guò)能力、輸水系統(tǒng)水力特性等方面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。

5.4.2影響因素及相互關(guān)系

船閘按省水方式運(yùn)行可獲得的省水率主要取決于省水池的級(jí)數(shù)和面積。根據(jù)省水池與閘室之間充泄

水過(guò)程的理論省水率與省水池級(jí)數(shù)、省水池與閘室面積比之間的關(guān)系（詳見附錄A），省水率隨省水池

級(jí)數(shù)和面積比的增大而增大，當(dāng)省水池級(jí)數(shù)＞3時(shí)，隨著省水池級(jí)數(shù)的增多，省水率僅略有增長(zhǎng)；而與

省水池面積等于閘室面積的省水率相比，面積比＞1時(shí)省水率增幅很小。省水池分級(jí)數(shù)量一般為2～3級(jí)

（參見附錄C、D）。

5.4.3省水池級(jí)數(shù)1～3級(jí)的理論省水率

省水池面積與閘室面積相等（即面積比=1），且省水池與閘室之間無(wú)剩余水頭情況下的理論省水率

為（省水率計(jì)算參見附錄A.1）：

a)省水池級(jí)數(shù)=1時(shí)，理論省水率為33％；

b)省水池級(jí)數(shù)=2時(shí)，理論省水率為50％；

c)省水池級(jí)數(shù)=3時(shí)，理論省水率為60％。

5.5省水池級(jí)數(shù)和水位劃分

5.5.1省水池級(jí)數(shù)需根據(jù)所在河流的天然來(lái)水條件、樞紐運(yùn)行條件、省水率要求以及工作水頭等綜合

確定。人工運(yùn)河上的各梯級(jí)船閘的省水池級(jí)數(shù)需結(jié)合運(yùn)河段蒸發(fā)、滲漏等水量損失及其他用水等因素綜

合分析確定。

5.5.2省水池級(jí)數(shù)劃分應(yīng)能適應(yīng)船閘上、下游不同通航水位變化條件。

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DBJT45/T020—2020

5.5.3當(dāng)上、下游水位基本恒定或變化很小時(shí)，可按照省水率要求，擬定省水池級(jí)數(shù)n，船閘最大工

作水頭H均分為n＋2等份，每等份水頭為H/（n＋2），各省水池由低到高的分級(jí)布置為：第n級(jí)省水

池布置于下游通航水位以上nH/（n+2）～（n+1）H/（n+2）高度范圍（參見圖7）。

船閘閘室

上游通航水位泄水水流方向

灌水水流方向

省水池n

省水池…

H

省水池2

省水池1

下游通航水位

圖7省水池級(jí)數(shù)和水位劃分示意圖

5.5.4當(dāng)船閘的上游和下游水位均存在一定變幅時(shí)，需根據(jù)上、下游通航水位以及其他重要特征水位

的不同組合和省水池面積等因素，研究擬定各級(jí)省水池的工作水位變化范圍，其中：

a)由船閘最大設(shè)計(jì)水頭工況的水位組合，確定各級(jí)省水池的最大工作水頭；

b)由上游最低通航水位～下游最低通航水位組合，確定各級(jí)省水池的最低運(yùn)行水位；

c)由上游最高通航水位～下游最高通航水位組合，確定各級(jí)省水池的最高運(yùn)行水位。

5.5.5每級(jí)省水池的池底高程為該池最低運(yùn)行水位-初始水深，池頂高程為該池最高運(yùn)行水位＋預(yù)留高

度。

5.5.6上、下游任意水位下，省水池最高運(yùn)行水位和最低運(yùn)行水位可分別按下式(1)、(2)計(jì)算：

...........(1)

............(2)

式中：

Zwt（i）——第i級(jí)省水池最高運(yùn)行水位（省水池灌水完成時(shí)的水位）（m）；

Zwb(i)——第i級(jí)省水池最低運(yùn)行水位（省水池泄水完成時(shí)的水位)（m)；

k——省水池面積比；

n——省水池級(jí)數(shù)，定義自下而上省水池編號(hào)i=1,2,…,n；

Zup——上游水位（m）；

Zdown——下游水位（m）；

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DBJT45/T020—2020

△H——省水運(yùn)行剩余水頭。

Swsb2

注1：k=,Swsb、Slock分別為船閘省水池和閘室面積（m）。

Slock

注2：Hwsb=ZWt(i)-Zwb(i)為第i級(jí)省水池水位變化（m）。

注3：Hc為Hwsb對(duì)應(yīng)的閘室水位變化（m）。

注4：HcL為各級(jí)省水池充滿水或泄完水后，閘室水面與下游或上游的水位差（m）。

圖8省水船閘運(yùn)行水量平衡概化圖

5.5.7當(dāng)上、下游水位變幅較大時(shí)，可考慮設(shè)置必要的補(bǔ)水或溢水工程措施，以降低各級(jí)省水池底高

程和頂高程。

5.6省水池總體布置

5.6.1省水池一般布置在船閘閘室的旁側(cè)（一側(cè)或兩側(cè)）。

5.6.2省水池的型式由上下游水位變化條件、場(chǎng)地布置條件、地質(zhì)條件等因素確定；天然河流一般采

用開敞式省水池；封閉式省水池對(duì)上下游水位變化值要求較嚴(yán)格，一般用于水位較為穩(wěn)定的人工運(yùn)河。

各型式省水池均需做好地基加固處理和防滲等工程措施。

5.6.3開敞式省水池一般為與閘室墻分開的分離式結(jié)構(gòu)；封閉式省水池則一般為與閘室墻結(jié)合的整體

式結(jié)構(gòu)。

5.6.4省水池一般沿閘室長(zhǎng)度方向平行布置；開敞式省水池在閘墻后呈臺(tái)階狀高低交錯(cuò)布置（參見圖

3、圖4和附錄D），封閉式省水池在閘墻內(nèi)垂直分層布置（參見圖5、圖6和附錄D）。

5.6.5各級(jí)省水池?cái)?shù)量可根據(jù)場(chǎng)地條件進(jìn)行布置，單級(jí)省水池總面積不宜小于閘室水域面積；封閉式

省水池面積一般應(yīng)大于閘室水域面積；增大省水池面積，可抬高省水池底高程，降低池頂高程。

5.6.630m水頭以上高水頭或超高水頭船閘宜布置兩級(jí)及兩級(jí)以上省水池。

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5.6.7省水池池底進(jìn)水口部位一般低于其他部位，呈漏斗狀布置；進(jìn)水口應(yīng)避免出現(xiàn)穿心旋渦，必要

時(shí)設(shè)置消能蓋板等消能設(shè)施。

5.6.8為加快灌泄水速度，可用透空式隔墻將省水池分為多個(gè)區(qū)段，每區(qū)段設(shè)置獨(dú)立輸水廊道與閘室

連接（參見附錄B）。

5.6.9省水池結(jié)構(gòu)除必須滿足整體穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)受力的強(qiáng)度要求外，還需考慮灌泄水時(shí)池內(nèi)水流紊動(dòng)對(duì)

結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求。

6輸水系統(tǒng)

6.1一般規(guī)定

6.1.1省水船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)合其特點(diǎn)參照J(rèn)TJ306的設(shè)計(jì)方法、相關(guān)規(guī)定和水力特性要求執(zhí)行。

6.1.2省水船閘輸水系統(tǒng)在正常工作水頭條件下，一般按照省水方式運(yùn)行；但當(dāng)上、下游水位差減小

且不需要省水時(shí)（即豐水期運(yùn)行工況），可采用非省水方式運(yùn)行。

6.1.3輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮非省水方式運(yùn)行時(shí)的最不利水位組合。

6.2輸水系統(tǒng)組成和型式

6.2.1省水船閘輸水系統(tǒng)由閘室輸水系統(tǒng)和省水池輸水系統(tǒng)兩部分組成。

6.2.2閘室與省水池之間的水體交換由通過(guò)設(shè)有工作閥門的省游或下游的剩余灌、泄水過(guò)程則通過(guò)閘

室輸水系統(tǒng)完成。

6.2.3閘室輸水系統(tǒng)型式可按照分級(jí)后的工作水頭，根據(jù)JTJ306的方法選定。

a)輸水系統(tǒng)型式除根據(jù)船閘設(shè)計(jì)水頭、輸水時(shí)間要求外，還需結(jié)合船閘總體布置、省水池分級(jí)、

工程地質(zhì)條件、閘室及省水池結(jié)構(gòu)型式等方面綜合考慮；

b)分級(jí)后水頭較高時(shí)，閘室輸水系統(tǒng)一般宜采用中部設(shè)分流口的閘底或閘墻長(zhǎng)廊道分散式輸水系

統(tǒng)型式，其中：

1)省水池布置在閘室一側(cè)時(shí)，閘室輸水系統(tǒng)可采用中部分流的分區(qū)段出水型式（參見附錄

D）；

2)省水池布置在閘室兩側(cè)時(shí)，閘室輸水系統(tǒng)可采用水流由兩側(cè)對(duì)稱進(jìn)入的分區(qū)段等慣性輸水

系統(tǒng)型式（參見附錄D）。

6.3輸水閥門設(shè)計(jì)

6.3.1省水船閘輸水系統(tǒng)工作閥門由閘室主廊道閥門和省水池閥門兩部分組成；在普通船閘輸水系統(tǒng)

及閥門基礎(chǔ)上，增加的省水池工作閥門一般設(shè)置在閘室主廊道與省水池之間。

6.3.2省水船閘輸水主廊道閥門的設(shè)計(jì)與普通船閘相同，均按單向水頭設(shè)計(jì)。

6.3.3省水池輸水廊道閥門的工作條件與主廊道閥門的主要區(qū)別是承受雙向水頭和要求動(dòng)水快速啟

閉，需按雙向擋水設(shè)計(jì)，且動(dòng)水快速啟閉對(duì)啟閉力的要求較高。

6.3.4省水池閥門的門型由省水池與閘室工程布置條件和工作水頭確定；分級(jí)工作水頭＜15m，可采

用能承受雙向水頭的平板閥門；＞15m，應(yīng)對(duì)閥門型式進(jìn)行專題論證。

6.3.5閥門組合啟閉方式：可采用加快閥門啟閉門速度、適當(dāng)增加閥門尺寸、控制好閥門提前量等措

施。

6.4輸水時(shí)間

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DBJT45/T020—2020

6.4.1輸水時(shí)間組成

省水船閘輸水時(shí)間為船閘省水運(yùn)行的總灌水時(shí)間與總泄水時(shí)間之和；這里省水運(yùn)行的總灌水

時(shí)間為在各級(jí)省水池運(yùn)行方式下閘室水位由最低上升至最高所耗費(fèi)的總時(shí)長(zhǎng)，省水運(yùn)行的總泄水時(shí)間為

在各級(jí)省水池運(yùn)行方式下閘室水位由最高下降至最低所耗費(fèi)的總時(shí)長(zhǎng)。

單向或雙向一次過(guò)閘運(yùn)行，省水船閘的輸水時(shí)間可按下式（3）計(jì)算：

TS=+tsgtsx.......................................(3)

式中：

TS——省水船閘輸水時(shí)間（min）；

tsg——省水運(yùn)行的總灌水時(shí)間（min），即各級(jí)省水池由低至高依次向閘室灌水的時(shí)間之和，

=，為第i級(jí)省水池向閘室灌水的時(shí)間，i=1、2、…、n；

tgitgi

tsx——省水運(yùn)行的總泄水時(shí)間（min），即閘室向各級(jí)省水池由高至低依次泄水的時(shí)間之和，

，為閘室向第i級(jí)省水池泄水的時(shí)間，i=1、2、…、n。

ttsx=xitxi

6.4.2縮短輸水時(shí)間的主要措施

在閘室與省水池之間有剩余水頭Δh且有多級(jí)省水池的情況下，省水池閥門可采用“動(dòng)水關(guān)

閥＋提前量”的啟閉方式，即提前關(guān)閉本級(jí)省水池閥門和提前開啟下一級(jí)省水池閥門；灌泄水從第二級(jí)

省水池開始，閥門均采取快速啟閉；通過(guò)數(shù)值模擬、模型試驗(yàn)和原型調(diào)試確定閥門組合啟閉方式，剩余

水頭Δh一般控制在0.15m～0.5m范圍內(nèi)。

布置條件允許時(shí)可適當(dāng)擴(kuò)大省水池面積。

適當(dāng)增加省水池輸水廊道及閥門的斷面尺度。

優(yōu)化輸水系統(tǒng)布置，如廊道進(jìn)出口、轉(zhuǎn)彎段、分流口及閥門段型式，以增加流量系數(shù)。

6.5輸水系統(tǒng)水力計(jì)算

省水船閘輸水系統(tǒng)按照其布置、省水運(yùn)行方式和閥門組合啟閉方式進(jìn)行相應(yīng)的水力計(jì)算，計(jì)算根據(jù)

JTJ306的有關(guān)規(guī)定和要求進(jìn)行。

6.6輸水系統(tǒng)模型試驗(yàn)

6.6.1模型試驗(yàn)與設(shè)計(jì)流程

省水船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須依托模型試驗(yàn)研究，包括數(shù)值模擬和物理模型試驗(yàn)。為確保輸水系統(tǒng)設(shè)

計(jì)的合理性和全面性，可參照?qǐng)D9的設(shè)計(jì)流程。

圖9省水船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

11

DBJT45/T020—2020

6.6.2模型試驗(yàn)研究主要內(nèi)容

省水船閘輸水系統(tǒng)模型試驗(yàn)研究宜包括以下內(nèi)容：

a)不同運(yùn)行方式下，閘室灌（泄）水水力特性；

b)不同運(yùn)行方式下，閘室內(nèi)船舶停泊條件；

c)閥門啟閉組合運(yùn)行方式；

d)閘室輸水系統(tǒng)與省水池連接廊道壓力特性、分段阻力及流量系數(shù)；

e)閘室、省水池及輸水系統(tǒng)進(jìn)、出口水流流態(tài)；

f)輸水閥門水動(dòng)力及空化特性；

g)引航道停泊段水流條件。

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DBJT45/T020—2020

附錄A

（資料性）

省水率與省水池級(jí)數(shù)和面積大小的關(guān)系

A.1省水率與省水池級(jí)數(shù)和面積大小的關(guān)系

A.1.1省水船閘運(yùn)行可獲得的省水率取決于省水池的級(jí)數(shù)和面積大小。

A.1.2省水池與閘室之間的輸水過(guò)程可以分為各省水池水位與閘室水位之間完全壓力平衡和非完全壓

力平衡兩種情況：

a)在完全壓力平衡情況下，即省水池水位與閘室水位完全齊平時(shí)（省水池與閘室之間剩余水頭

=h0）的理論省水率按式（A.1）計(jì)算：

kn

E=100%................................(A.1)

kn(++11)

式中：

E——省水船閘每次過(guò)閘的理論省水率；

n——省水池級(jí)數(shù)；

k——省水池面積AB與閘室面積A的比值。

注1：省水率與省水池面積、級(jí)數(shù)之間的關(guān)系如圖A.1所示。

注2：當(dāng)省水池面積AB與閘室面積A的比值一定時(shí)，省水率隨著省水池級(jí)數(shù)的增加而增加，當(dāng)n＞3時(shí)，省水效率增

加速率減緩；n=∞時(shí)，理論省水率可達(dá)100％，但在實(shí)踐中出于經(jīng)濟(jì)的原因，很少布置5個(gè)以上的省水池。

注3：省水池級(jí)數(shù)一定時(shí)，省水率隨著省水池面積AB與閘室面積A的比值增加而增加，但當(dāng)k＞3時(shí)，省水率增幅很

小。例如在n=3的條件下，AB=2A時(shí)的省水率為66.7％，AB=A時(shí)的省水率為60％；另一方面在AB=A時(shí)采用3

個(gè)省水池省水率可達(dá)60％，但若采用2個(gè)省水池，要達(dá)到同樣60％的省水率，省水池面積就得增大為閘室面

積的3倍，即AB=3A。

注4：故從經(jīng)濟(jì)上考慮，一般采用n=2～3，AB=A。

100

90

80

70

60

50

省水率

E/40

n=1

30n=2

20n=3

n=4

10n=5

0

87654321910

K/省水池面積與閘室面積之比

圖A.1省水率與省水池面積、級(jí)數(shù)之間的關(guān)系

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DBJT45/T020—2020

b)在非完全壓力的情況下，即省水池與閘室之間有剩余水頭（h0）,按式（A.2）計(jì)算。

kh

EE'=?..................................(A.2)

H

式中：

H——船閘水頭。

注1：在已知省水池級(jí)數(shù)n的條件下，省水率E’隨著省水池與閘室水位之間剩余水頭h的增大而減小，省水池與

閘室水位完全齊平時(shí)(=h0)，省水率最大。由上式，時(shí)，省水率損失很小，但在輸水時(shí)間方面取

得的效益卻是顯著的，尤其在船閘水頭高和省水池級(jí)數(shù)多的情況下。

注2：在實(shí)際應(yīng)用中，剩余水頭一般不可能為零，所以剩余水頭的確定是省水船閘設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，對(duì)省水率及輸水時(shí)

間影響較大?？刂剖Ｓ嗨^的關(guān)鍵是輸水系統(tǒng)閥門的組合開啟方式，通過(guò)對(duì)閥門啟閉間時(shí)間、速度及提前量

的優(yōu)化，可有效減小剩余水頭。

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附錄B

（資料性）

德國(guó)省水船閘輸水系統(tǒng)典型布置方案

B.1德國(guó)省水船閘輸水系統(tǒng)典型布置方案

B.1.1輸水過(guò)程：省水船閘閘室灌水時(shí)，先由布置于不同高程的省水池灌入水體，而后再?gòu)纳嫌魏佣?/p>

補(bǔ)充部分水體。閘室泄水時(shí)，將閘室內(nèi)水體由高到低依次灌入省水池，剩余水體泄入下游引航道。

B.1.2閘室與省水池之間的水體交換是通過(guò)設(shè)有閥門的輸水廊道實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)該輸水廊道將省水池的

水體分配至閘底的出水區(qū)段。并使出水區(qū)段分布于整個(gè)閘室面積，確保灌入的水體在多處盡可能同時(shí)、

均勻地抵達(dá)閘室，形成一個(gè)等慣性的輸水系統(tǒng)布置。

B.1.3閘室的剩余灌、泄水則通過(guò)與出水區(qū)段連接的閘底縱向廊道或閘底底部廊道來(lái)實(shí)現(xiàn)。

B.1.4圖B.1所示的A、B、C等慣性輸水系統(tǒng)布置方案，充泄水水體至閘室進(jìn)出水口的路徑長(zhǎng)度基本相

同，可確保水體同時(shí)、均勻地流入閘室。具體如下：

a)在方案A和B中，由省水池灌入的水體通過(guò)主輸水廊道分配至平行于閘墻的出水區(qū)段(閘底垂

直支廊道組)。布置的出水區(qū)段間距可確保一只過(guò)閘船舶（長(zhǎng)度為80m的歐洲標(biāo)準(zhǔn)船）在閘室

中任意位置至少在兩處（方案A）或三處（方案B）同時(shí)受到從省水池灌水時(shí)出現(xiàn)的對(duì)稱充水

推移波作用，這樣可避免灌水過(guò)程中船舶的縱向運(yùn)動(dòng)，可能產(chǎn)生的過(guò)閘船舶系纜力可忽略不計(jì)；

b)方案A和B將出水區(qū)段緊靠閘墻布置，這樣當(dāng)水體灌入閘室時(shí)將過(guò)閘船舶擠離閘墻，從而取得

置中的效果，因此閘室灌水時(shí)作用于船舶的橫向力為零；

c)方案A和B的輸水系統(tǒng)的差別在于，在方案A中每個(gè)省水池只有1條輸水廊道，并且僅設(shè)置了

一個(gè)可達(dá)整個(gè)閘室的主輸水廊道分流口；而在方案B中，每個(gè)省水池有2條輸水廊道，并且在

閘底之下共設(shè)置了2個(gè)主分流口；

d)方案A的優(yōu)點(diǎn)是不論從省水池灌水還是從上游引航道進(jìn)行剩余灌水，水體都流入閘室中部，并

由此均勻地分配至2個(gè)方向。閘室灌水時(shí)出現(xiàn)的對(duì)稱推移波作用間距為50m，在這種情況下，

長(zhǎng)度為80m的歐洲船舶不會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，但卻會(huì)使小船隊(duì)在過(guò)閘過(guò)程中產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致系纜力

增大。而方案B出水區(qū)段的間距約為25m，較小的間距可確保小船隊(duì)在過(guò)閘過(guò)程中亦不會(huì)產(chǎn)生

運(yùn)動(dòng)。為此閘底之下的每個(gè)分流口將主輸水廊道一分為二，分別與每個(gè)省水池的1條輸水廊道

相連接；

e)方案B在正常工況下閘室水流條件較好，但個(gè)別閥門出現(xiàn)故障情況時(shí)，將無(wú)法確保水體均勻地

進(jìn)入閘室。在這種情況下可以通過(guò)模型試驗(yàn)研究制定相應(yīng)的閥門運(yùn)行方案和切實(shí)可行的解決辦

法。為此建議在閘室長(zhǎng)度較?。ā?30m）的情況下，優(yōu)先采用方案A所示的輸水系統(tǒng)；

f)方案C中，每個(gè)省水池各有2條輸水廊道，它們與布置于閘底之下的主輸水廊道相連，該主輸

水廊道將水流分配至位于閘底閘室長(zhǎng)度前、后四分點(diǎn)上的2個(gè)出水區(qū)段。而閘室的剩余灌、泄

水則利用在閘室中部與主廊道相連的2條閘墻縱向主廊道來(lái)完成；

g)該方案的優(yōu)點(diǎn)在于，即使省水池或縱向廊道閥門出現(xiàn)故障，也能確保灌入的水體基本均勻地分

配到2個(gè)出水區(qū)段。出水區(qū)段橫貫船閘軸線的布置尤其適用于閘室寬度大的船閘；

h)方案C所示輸水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理已應(yīng)用于于爾岑省水船閘，效果良好。方案B所示輸水系統(tǒng)的

設(shè)計(jì)原理是德國(guó)卡爾斯魯厄大學(xué)針對(duì)美因河—多瑙河運(yùn)河上的船閘設(shè)計(jì)通過(guò)模型試驗(yàn)提出的，

實(shí)際應(yīng)用情況令人滿意。

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DBJT45/T020—2020

圖B.1設(shè)有2級(jí)省水池的省水船閘輸水系統(tǒng)布置示意圖（德國(guó)）

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DBJT45/T020—2020

附錄C

（資料性）

國(guó)外典型省水船閘工程范例

C.1德國(guó)省水船閘工程范例

C.1.1德國(guó)部分已建省水船閘的水力參數(shù)

表C.1所示為自19世紀(jì)末以來(lái)德國(guó)部分已建省水船閘的水力參數(shù)。

表C.1德國(guó)部分已建省水船閘的水力參數(shù)

閘室尺寸省水池面

每個(gè)閘室灌水閘室水位

水頭（m）積與閘室省水率

船閘名稱的省水池時(shí)間平均上升

（m）面積比值（％）

寬度長(zhǎng)度數(shù)目/級(jí)數(shù)（min）速度（m/min）

AB/A

明斯特（1號(hào)）6.208.672.54/21.5354.75.01.24

尼德芬諾8.9310.068.06/31.060.06.01.49

格雷森（大船閘）6.3710.0172.04/21.252.020.00.32

哈芬船閘7.6510.083.02/21.052.020.00.38

明登井式船閘12.7010.085.016/41.066.77.01.81

貝沃根8.1010.0173.44/21.2752.820.00.41

明登下游船閘6.4012.585.02/21.050.015.00.31

安德滕14.7012.0225.050/51.071.418.00.62

博爾楚姆8.0012.082.52/21.554.515.00.53

敘爾費(fèi)爾德9.0012.0226.26/31.060.016.00.56

梅彭（大船閘）7.5012.0173.52/21.050.012.00.63

梅彭（小船閘）7.5012.0105.22/21.050.08.00.94

班貝格10.9512.0200.03/31.058.412.40.88

施特倫多夫7.4112.0200.01/11.8237.67.90.64

豪森12.012.0200.02/21.048.812.10.99

埃爾朗根18.3012.0200.03/31.059.016.21.13

克里根布隆18.3012.0200.03/31.059.016.21.13

紐倫堡9.4012.0200.01/11.032.39.21.02

于爾岑（1號(hào)）23.012.0190.03/31.2860.012.01.94

埃爾巴赫19.4912.0200.03/31.059.115.51.26

利爾施泰滕24.6712.0200.03/31.059.315.01.64

?？嗣讉?4.6712.0200.03/31.059.315.21.62

希爾波爾特施泰因24.6712.0200.03/31.059.315.21.62

迪特富特17.0012.0200.03/31.058.915.01.13

亨利興堡（2號(hào)）13.5012.0200.02/21.1450.014.00.96

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DBJT45/T020—2020

表C.1德國(guó)部分已建省水船閘的水力參數(shù)（續(xù)）

閘室尺寸省水池面

每個(gè)閘室灌水閘室水位

水頭（m）積與閘室省水率

船閘名稱的省水池時(shí)間平均上升

（m）面積比值（％）

寬度長(zhǎng)度數(shù)目/級(jí)數(shù)（min）速度（m/min）

AB/A

巴赫豪森17.0012.0200.03/31.058.915.01.13

貝興17.0012.0200.03/31.058.915.01.13

C.1.2德國(guó)易北河側(cè)運(yùn)河上的于爾岑1號(hào)省水船閘

C.1.2.1采用單側(cè)開敞式3級(jí)省水池布置，省水率60％。

C.1.2.2于爾岑1號(hào)省水船閘輸水過(guò)程的水力特征值參見表C.2。

表C.2于爾岑1號(hào)省水船閘輸水過(guò)程的水力特征值

水力灌水（12.05min）泄水（10.70min）

特征值下池中池上池剩余灌水下池中池上池剩余泄水

h0(m)8.708.708.70-8.708.708.70-

hB(m)3.603.603.60-3.603.603.60-

z(m)4.604.604.60-4.604.604.60-

Δh(m)0.500.500.50-0.500.500.50-

κ=AB/A1.2781.2781.278-