渠化工程課程設計?一、課程設計目的渠化工程課程設計是交通運輸專業本科教學中的重要實踐環節，旨在通過實際工程案例的分析與設計，使學生深入理解渠化工程的基本原理、設計方法和流程，培養學生綜合運用所學知識解決實際工程問題的能力，提高學生的工程實踐技能和創新思維，為今后從事相關專業工作打下堅實的基礎。

二、設計任務與要求

（一）設計任務1.對某一特定河段進行渠化工程規劃設計，確定渠化樞紐的總體布置方案。2.進行樞紐各主要建筑物的設計計算，包括船閘、升船機、攔河壩等。3.分析渠化工程對周邊環境的影響，并提出相應的環境保護措施。

（二）設計要求1.充分收集設計河段的相關資料，包括地形地貌、水文、地質、航運現狀等，確保設計依據的準確性和可靠性。2.設計方案應滿足航運要求，提高航道等級，改善通航條件，同時兼顧防洪、發電、灌溉等綜合利用功能。3.各主要建筑物的設計應符合相關規范和標準，計算過程詳細、準確，圖紙繪制清晰、規范。4.認真分析渠化工程對環境的影響，提出切實可行的環境保護措施，實現工程與環境的協調發展。

三、設計資料

（一）工程概況某河流位于我國南方某省，該河段長約20km，現狀航道等級為Ⅵ級，通航能力較低，難以滿足日益增長的航運需求。為促進區域經濟發展，決定對該河段進行渠化改造，提高航道等級至Ⅳ級。

（二）地形地貌設計河段地勢較為平坦，兩岸地形開闊，局部有丘陵分布。河床為砂質土，河底較為平緩，平均比降約為0.1‰。

（三）水文資料1.多年平均流量：Q=50m3/s2.設計洪水流量：根據歷史洪水資料和地區洪水計算方法，推求50年一遇設計洪水流量Q50=200m3/s，100年一遇設計洪水流量Q100=250m3/s。3.枯水流量：多年平均枯水流量Qmin=5m3/s，保證率為90%的枯水流量Q90=3m3/s。4.水位：歷年最高水位Zmax=25.5m，歷年最低水位Zmin=22.0m。

（四）地質資料河床及兩岸主要為第四系松散堆積物，上部為粉質黏土，下部為砂層。基巖為砂巖，埋深較淺，巖石強度較高，地質條件較好，可作為建筑物基礎持力層。

（五）航運資料1.現狀通航船舶類型主要為100t級機動駁船，設計代表船型為300t級自航貨船，船舶尺度為長×寬×吃水=55m×8.5m×2.5m。2.航道現狀水深1.5m，航寬25m，彎曲半徑150m，部分河段存在淺灘和急彎，礙航嚴重。

四、渠化工程總體布置

（一）渠化樞紐選址根據設計河段的地形、地質和航運條件，渠化樞紐選址于河道較窄、地勢相對平坦且地質條件良好的地段。該選址有利于縮短樞紐工程長度，降低工程造價，同時便于船舶進出樞紐，改善通航條件。

（二）總體布置方案渠化樞紐采用閘壩式布置，由攔河壩、船閘、升船機、發電站及魚道等建筑物組成。總體布置如下：1.攔河壩：布置在河道中部，采用混凝土重力壩，壩頂高程27.0m，壩頂長度200m。壩體上游面垂直，下游面為1:0.7的斜坡，壩基采用混凝土灌注樁基礎，以增強壩體穩定性。2.船閘：位于攔河壩左側，采用單線一級船閘，閘室有效尺寸為長×寬×門檻水深=180m×23m×3.5m，設計年單向通過能力為1000萬t。船閘上、下游引航道長度均為500m，引航道底寬35m，邊坡1:3。3.升船機：布置在攔河壩右側，采用垂直升船機，承船廂有效尺寸為長×寬×高=55m×8.5m×2.5m，提升高度20m，設計年過壩能力為500萬t。4.發電站：利用攔河壩形成的水頭進行發電，裝機容量為2×10MW。發電廠房布置在攔河壩下游左岸，采用壩后式廠房。5.魚道：位于攔河壩下游右岸，采用豎縫式魚道，魚道總長200m，過魚能力滿足該河段魚類洄游需求。

五、主要建筑物設計

（一）攔河壩設計1.穩定計算根據地質資料和壩體結構形式，采用剛體極限平衡法對壩體進行抗滑穩定計算。計算結果表明，在各種設計工況下，壩體抗滑穩定安全系數均滿足規范要求。進行壩體的抗傾覆穩定計算，同樣采用剛體極限平衡法，計算結果顯示壩體抗傾覆穩定安全系數大于規范規定值，壩體穩定性良好。2.應力計算利用有限元軟件對壩體在不同工況下的應力進行分析。計算結果表明，壩體應力分布合理，最大主壓應力和最大主拉應力均在混凝土允許應力范圍內，壩體結構安全可靠。3.壩體結構設計壩體采用C25混凝土澆筑，壩頂寬度8m，壩底寬度根據穩定計算結果確定為25m。在壩體上游面設置防滲帷幕，帷幕深度為10m，以防止河水滲漏。帷幕后設置排水孔幕，排水孔間距2m，以降低壩體揚壓力。在壩體下游面設置貼坡排水，以保護壩坡免受雨水沖刷和地下水侵蝕。

（二）船閘設計1.閘室結構設計閘室墻采用鋼筋混凝土結構，閘室底板為厚2m的鋼筋混凝土板。閘室墻頂高程24.5m，閘室底板高程21.0m。閘室墻上游面直立，下游面為1:0.3的斜坡，以減小閘室墻所受土壓力。在閘室底板下設置灌注樁基礎，樁徑1.2m，樁間距3m，以增強閘室的承載能力。2.輸水系統設計采用短廊道輸水系統，在閘室兩側設置進水廊道和出水廊道。進水廊道布置在閘室墻上游側，出水廊道布置在閘室墻下游側。進水廊道和出水廊道均設置控制閥門，通過控制閥門的開啟和關閉，實現閘室的灌水和泄水過程。對輸水系統進行水力計算，確保閘室灌水和泄水時間滿足設計要求，船舶進出閘室時水流平穩，不產生較大的水頭差和水流速度。3.引航道設計引航道邊坡采用1:3的坡度，以保證邊坡的穩定性。引航道底采用混凝土護面，以防止水流沖刷。在引航道口門區設置導航墻和靠船墩，導航墻長度為50m，靠船墩間距為20m，以引導船舶安全進出閘室。

（三）升船機設計1.承船廂結構設計承船廂采用鋼結構，廂體尺寸為長×寬×高=55m×8.5m×2.5m。承船廂壁板厚度為16mm，廂底厚度為20mm。在承船廂內設置支撐結構，以保證船舶在提升過程中的穩定性。支撐結構采用型鋼制作，與廂體壁板焊接連接。2.提升系統設計升船機采用鋼絲繩卷揚提升系統，由卷揚機、鋼絲繩、滑輪組等組成。卷揚機布置在升船機機房內，通過鋼絲繩與承船廂連接，實現承船廂的垂直提升。對提升系統進行力學計算，確保提升系統的安全性和可靠性。計算結果表明，提升系統的承載能力和運行效率均滿足設計要求。3.安全裝置設計在升船機上設置多種安全裝置，如行程限位裝置、超載保護裝置、鋼絲繩防松裝置等，以確保升船機運行過程中的安全。行程限位裝置采用光電傳感器，當承船廂上升或下降到極限位置時，傳感器發出信號，使卷揚機停止運行。超載保護裝置采用壓力傳感器，當承船廂內船舶重量超過設計荷載時，傳感器發出信號，禁止承船廂提升。

六、渠化工程對環境的影響及保護措施

（一）對水環境的影響1.渠化工程攔河筑壩后，將改變河道原有水流狀態，導致局部河段流速減緩，自凈能力下降，水質可能受到一定影響。2.樞紐運行過程中，船舶油污、生活污水等排放可能對水體造成污染。

（二）對生態環境的影響1.攔河壩的建設將阻斷魚類洄游通道，影響魚類的生存和繁殖。2.渠化工程改變了河道周邊的生態環境，可能導致部分動植物棲息地喪失，生物多樣性減少。

（三）環境保護措施1.水環境在樞紐附近設置污水處理設施，對船舶油污、生活污水等進行處理，達標后排放。加強對水體水質的監測，定期對樞紐上下游河段的水質進行檢測，及時發現和解決水質問題。在樞紐下游設置生態流量泄放設施，保證河道內有一定的生態流量，維持水體自凈能力。2.生態環境建設魚道，為魚類洄游提供通道，減少對魚類生存和繁殖的影響。魚道設計應充分考慮魚類的習性和洄游需求，確保過魚效果。在樞紐周邊及兩岸進行生態修復和綠化，增加植被覆蓋率，改善生態環境，為動植物提供棲息地。對受渠化工程影響的珍稀動植物進行調查和研究，采取相應的保護措施，如遷地保護、人工繁育等。

七、結論通過本次渠化工程課程設計，對某一特定河段進行了全面的渠化工程規劃設計。確定了渠化樞紐的總體布置方案，完成了攔河壩、船閘、升船機等主要建筑物的設計計算，并分析了渠化工程對環境的影響及提出了相應的保護措施。

設計結果表明，該渠化工程方案能夠有效提高航道等級，改善通航條件，滿足區域經濟發展對航運的需求。同時，通過采取合理的環境保護措施，可以最大限度地減少渠化工程對環境的影響，實現工程與