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5.3.2.3开散式省水池一般采用平行闸室布置（图3、图4）；也可结合实际地形，采用其他布置形状。

图3开散式省水池平面示意图（平行闸室布置）

邮政标准5.3.3封闭式省水池

5.3.3.1封闭式省水池一般宜用在上、下游水位基本恒定或变化很小的船闸

图4开散式省水池横部面示意图

3.3.1封闭式省水池一般宜用在上、下游水位基本恒定或变化很小的船闸。 3.3.2船闸布置场地受到限制时，可采用水平分层的封闭式（有盖式）省水池 3.3.3封闭式省水池可分为对称布置（图5）和不对称布置（图6）两种型式。

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图5对称布置4级封闭式省水池示意图

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D）不对称梯级布置4级封闭式省水池示意图二

图6不对称布置4级封闭式省水池示意图

不对称布置4级封闭式省水池示意图（续）

船闸接省水方式运行可获得的省水率主要取决于省水池的级数和面积。根据省水池与闸室之间充泄 水过程的理论省水率与省水池级数、省水池与闸室面积比之间的关系（详见附录A），省水率随省水池 级数和面积比的增大而增大，当省水池级数>3时，随着省水池级数的增多，省水率仅略有增长；而与 省水池面积等于闸室面积的省水率相比，面积比>1时省水率增幅很小。省水池分级数量一般为2～3级 （参见附录C、D）

5.4.3省水池级数1~3级的理论省水率

省水池面积与闸室面积相等（即面积比=1），且省水池与闸室之间无剩余水头情况下的理论省水率 内（省水率计算参见附录A.1）： a）省水池级数=1时，理论省水率为33%； b）省水池级数=2时，理论省水率为50%；

5.5省水池级数和水位划分

5.5.1省水池级数需根据所在河流的天然来水条件、枢纽运行条件、省水率要求以及工作水头等综合 确定。人工运河上的各梯级船闸的省水池级数需结合运河段蒸发、渗漏等水量损失及其他用水等因素综 合分析确定。

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5.5.3当上、下游水位基本恒定或变化很小时，可按照省水率要求，拟定省水池级数n，船闸最大工 作水头H均分为n十2等份，每等份水头为H/（n十2），各省水池由低到高的分级布置为：第n级省水 池布置于下游通航水位以上nH/（n+2）～（n+1）H/（n+2）高度范围（参见图7）。

图7省水池级数和水位划分示意图

Zwt（i）一一第i级省水池最高运行水位（省水池灌水完成时的水位）（m）： Zb(i)一第i级省水池最低运行水位（省水池泄水完成时的水位）（m)； 省水池面积比； 省水池级数，定义自下而上省水池编号i=1,2,,n; Zu一一上游水位（m）；

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图8省水船闸运行水量平衡概化图

5.7当上、下游水位变幅较大时，可考虑设置必要的补水或溢水工程措施，以降低各级省水池 和顶高程。

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5.6.7省水池池底进水口部位一般低于其他部位，呈漏斗状布置；进水口应避免出现穿心旋涡，必要 时设置消能盖板等消能设施。 5.6.8为加快灌泄水速度，可用透空式隔墙将省水池分为多个区段，每区段设置独立输水廊道与闸室 连接（参见附录B）。 5.6.9省水池结构除必须满足整体稳定、结构受力的强度要求外，还需考虑灌泄水时池内水流紊动对 结构强度的要求。

6.2.1省水船闸输水系统由闸室输水系统和省水池输水系统两部分组成。 6.2.2闸室与省水池之间的水体交换由通过设有工作阀门的省游或下游的剩余灌、泄水过程则通过闸 室输水系统完成。

a）输水系统型式除根据船闸设计水头、输水时间要求外，还需结合船闸总体布置、省水池分级、 工程地质条件、闸室及省水池结构型式等方面综合考虑； 分级后水头较高时，闸室输水系统一般宜采用中部设分流口的闸底或闸墙长廊道分散式输水系 统型式，其中： 1）省水池布置在闸室一侧时，闸室输水系统可采用中部分流的分区段出水型式（参见附录 D）： 2 省水池布置在闸室两侧时，闸室输水系统可采用水流由两侧对称进入的分区段等惯性输水 系统型式（参见附录D）

6.3.1省水船闸输水系统工作阀门由闸室主廊道阀门和省水池阀门两部分组成；在普通船闸输水系统 及阀门基础上，增加的省水池工作阀门一般设置在闸室主廊道与省水池之间。 6.3.2省水船闸输水主廊道阀门的设计与普通船闸相同，均按单向水头设计。 6.3.3省水池输水廊道阀门的工作条件与主廊道阀门的主要区别是承受双向水头和要求动水快速启 团，需按双问挡水设计，且动水快速后闭对启闭力的要求较高。 6.3.4省水池阀门的门型由省水池与闸室工程布置条件和工作水头确定；分级工作水头<15m，可采 用能承受双向水头的平板阀门；>15m，应对阀门型式进行专题论证。 6.3.5阀门组合启闭方式：可采用加快阀门启闭门速度、适当增加阀门尺寸、控制好阀门提前量等措 施。

6.4.1输水时间组成

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6.4.1.1省水船闸输水时间为船闸省水运行的总灌水时间与总泄水时间之和；这里省水运行的总灌水 时间为在各级省水池运行方式下闻室水位由最低上升至最高所耗费的总时长，省水运行的总泄水时间为 在各级省水池运行方式下闸室水位由最高下降至最低所耗费的总时长。 6.4.1.2单向或双向一次过闸运行，省水船闸的输水时间可按下式（3）计算：

s =tsg +tsx ......

式中： Ts一一省水船闸输水时间（min）； tsg=Ztgi，tg为第i级省水池向闸室灌水的时间，i=1、2、、n; tsx一一省水运行的总泄水时间（min），即闸室向各级省水池由高至低依次泄水的时间之和， tsx=乙txi，tx为闸室向第i级省水池泄水的时间，i=1、2、、n。

6.4.2缩短输水时间的主要措施

6.4.2.1在闸室与省水池之间有剩余水头△h且有多级省水池的情况下，省水池阀门可采用“动水关 阀十提前量”的启闭方式，即提前关闭本级省水池阀门和提前开启下一级省水池阀门；灌泄水从第二级 省水池开始，阀门均采取快速启闭；通过数值模拟、模型试验和原型调试确定阀门组合启闭方式，剩余 水头△h一般控制在0.15m0.5m范围内。 6.4.2.2布置条件允许时可适当扩大省水池面积， 6.4.2.3适当增加省水池输水廊道及阀门的断面尺度。 6.4.2.4优化输水系统布置，如廊道进出口、转弯段、分流口及阀门段型式，以增加流量系数

省水船闸输水系统按照其布置、省水运行方式和阀门组合启闭方式进行相应的水力计算，计算根据 TTI306的有关规定和要求进行。

6.6输水系统模型试验

6. 6.1 模型试验与设计流程

省水船闸输水系统设计必须依托模型试验研究，包括数值模拟和物理模型试验。为确保输水系 的合理性和全面性，可参照图9的设计流程

图9省水船闸输水系统设计流程

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6.6.2模型试验研究主要内容

省水船闸输水系统模型试验研究宜包括以下内容： a）不同运行方式下，闸室灌（泄）水水力特性； 不同运行方式下，闸室内船舶停泊条件： 阀门启闭组合运行方式： 闸室输水系统与省水池连接廊道压力特性、分段阻力及流量系数 闸室、省水池及输水系统进、出口水流流态； 输水阀门水动力及空化特性； 8 引航道停泊段水流条件。

率与省水池级数和面积大

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附录A （资料性） 省水率与省水池级数和面积大小的关系

省水率与省水池级数和面积大小的关系

A.1.1省水船闸运行可获得的省水率取决于省水池的级数和面积大小。 .1.2省水池与闻室之间的输水过程可以分为各省水池水位与闸室水位之间完全压力平衡和非完全压 平衡两种情况： a）在完全压力平衡情况下，即省水池水位与闸室水位完全齐平时（省水池与闸室之间剩余水头 △h=0）的理论省水率按式（A.1）计算：

kn E x100%. k(n+1)+1

E一省水船闸每次过闸的理论省水率： n省水池级数： 一省水池面积A与闸室面积A的比值。 主1：省水率与省水池面积、级数之间的关系如图A.1所示。 注2：当省水池面积A:与闸室面积A的比值一定时，省水率随着省水池级数的增加而增加，当n>3时，省水效率增 加速率减缓；n=8时，理论省水率可达100%，但在实践中出于经济的原因，很少布置5个以上的省水池。 注3：省水池级数一定时，省水率随着省水池面积A与闸室面积A的比值增加而增加，但当k>3时，省水率增幅很 小。例如在n=3的条件下，As=2A时的省水率为66.7%，A=A时的省水率为60%；另一方面在A=A时采用3 个省水池省水率可达60%，但若采用2个省水池，要达到同样60%的省水率，省水池面积就得增大为闸室面 积的3倍，即A=3A。 注4：故从经济上考虑，一般采用n=2~3，A=A

图A.1省水率与省水池面积、级数之间的关系

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b）在非完全压力的情况下，即省水池与闸室之间有剩余水头（△h>0），按式（A.2）计算。

式中： H一船闸水头。 注1：在已知省水池级数n的条件下，省水率E随着省水池与闸室水位之间剩余水头△h的增大而减小，省水池与 闸室水位完全齐平时（△h=0），省水率最大。由上式，△h>O时，省水率损失很小，但在输水时间方面取 得的效益却是显著的，尤其在船闸水头高和省水池级数多的情况下。 注2：在实际应用中，剩余水头一般不可能为零，所以剩余水头的确定是省水船闸设计的关键，对省水率及输水时 间影响较大。控制剩余水头的关键是输水系统阀门的组合开启方式，通过对阀门启闭间时间、速度及提前量 的优化，可有效减小剩余水头

德国省水船闸输水系统典型布置方案

国省水船闸输水系统典型

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德国省水船闸输水系统典型布置方案

省水船闸输水系统典型

1输水过程：省水船闸闸室灌水时，先由布置于不同高程的省水池灌人水体，而后再从上游河段 部分水体。闻室泄水时，将闸室内水体由高到低依次灌入省水池，剩余水体泄入下游引航道， 2闸室与省水池之间的水体交换是通过设有阀门的输水廊道实现的，通过该输水廊道将省水池的 分配至闸底的出水区段。并使出水区段分布于整个闻室面积，确保灌入的水体在多处尽可能同时、 地抵达闸室，形成一个等惯性的输水系统布置。 3闸室的剩余灌、泄水则通过与出水区段连接的闸底纵向廊道或闸底底部廊道来实现。 4图B.1所示的A、B、C等惯性输水系统布置方案，充泄水水体至闸室进出水口的路径长度基本相 可确保水体同时、均匀地流入闸室。具体如下： 在方案A和B中，由省水池灌入的水体通过主输水廊道分配至平行于闸墙的出水区段（闸底垂 直支廊道组）。布置的出水区段间距可确保一只过闸船舶（长度为80m的欧洲标准船）在闸室 中任意位置至少在两处（方案A）或三处（方案B）同时受到从省水池灌水时出现的对称充水 推移波作用，这样可避免灌水过程中船舶的纵向运动，可能产生的过闸船舶系缆力可忽略不计； 方案A和B将出水区段紧靠闸墙布置，这样当水体灌入闸室时将过闸船舶挤离闸墙，从而取得 置中的效果，因此闸室灌水时作用于船舶的横向力为零； C 方案A和B的输水系统的差别在于，在方案A中每个省水池只有1条输水廊道，并且仅设置了 一个可达整个闸室的主输水廊道分流口；而在方案B中，每个省水池有2条输水廊道，并且在 闸底之下共设置了2个主分流口； d 方案A的优点是不论从省水池灌水还是从上游引航道进行剩余灌水，水体都流入闸室中部，并 由此均匀地分配至2个方向。闸室灌水时出现的对称推移波作用间距为50m，在这种情况下， 长度为80m的欧洲船舶不会产生运动，但却会使小船队在过闸过程中产生运动，导致系缆力 增天。而方案B出水区段的间距约为25m，较小的间距可确保小船队在过闸过程中亦不会产生 运动。为此闸底之下的每个分流口将主输水廊道一分为二，分别与每个省水池的1条输水廊道 相连接； e）方案B在正常工况下闸室水流条件较好，但个别阀门出现故障情况时，将无法确保水体均匀地 进入闸室。在这种情况下可以通过模型试验研究制定相应的阀门运行方案和切实可行的解决办 法。为此建议在闸室长度较小（≤130m）的情况下，优先采用方案A所示的输水系统； 方案C中，每个省水池各有2条输水廊道，它们与布置于闸底之下的主输水廊道相连，该主输 水廊道将水流分配至位于闸底闸室长度前、后四分点上的2个出水区段。而闸室的剩余灌、泄 水则利用在闸室中部与主廊道相连的2条闸墙纵向主廊道来完成： 该方案的优点在于，即使省水池或纵向廊道阀门出现故障，也能确保灌入的水体基本均匀地分 配到2个出水区段。出水区段横贯船闸轴线的布置无其适用于闸室宽度大的船闸； h 方案C所示输水系统的设计原理已应用于于尔岑省水船闸，效果良好。方案B所示输水系统的 设计原理是德国卡尔斯鲁厄大学针对美因河一多瑙河运河上的船闸设计通过模型试验提出的， 实际应用情况令人满意，

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设有2级省水池的省水船闸输水系统布置示

C.1德国省水船闸工程范例

C.1.1德国部分已建省水船闸的水力参数

表C.1所示为自19世纪末以来德国部分已建省水船闽的水力参数。

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附录C （资料性） 国外典型省水船闸工程范例

表C.1德国部分已建省水船闸的水力参数

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表C.1德国部分已建省水船闸的水力参数（续）

C.1.2德国易北河侧运河上的于尔岑1号省水船匣

C.1.2德国易北河侧运河上的于尔岑1号省

C.1.2.1采用单侧开式3级省水池布置，省水率60%。 C.1.2.2于尔岑1号省水船闸输水过程的水力特征值参见表C.2。

C.2于尔岑1号省水船闸输水过程的水力特征

hs为省水池中交换水体的层高； z为船闸中由一个省水池灌入闸室的水体层高： 4h省水池与闸室之间的剩余水头： K=A/A为省水池面积与闸室面积的比值； a为标准充水断面； Co阀门开启速度： n为每秒开启的充水断面。

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成。2个分流系统分别设有1个压力室和8个平行于闸墙的出水区段，每个出水区段各有11个槽口型支 孔(0.40m×1.60m)。 C.1.4.4与省水池的水体交换通过每个省水池布置于闸室长度前、后四分点上的2条输水廊道（2.50 m×3.50m）实现。在流入分流系统前，3条并排的输水廊道分别合并为1条共用廊道（2.00m×4.40m） C.1.4.52条纵向廊道在上闸首处均设有漏斗形进口，在下闸首处设有扇形出口。每个省水池都有2 个进口格栅，且中间设有胸墙，以减小省水池的振动。 C.1.4.6按照模型试验确定的阀门运行方式，省水池阀门输水断面开启的时间为40S，每秒开启的充 水断面为0.438m/s，在省水池与闸室之间剩余水头△h=0.15m时关闭省水池阀门的时间为14S。 C.1.4.7为避免形成落水波，剩余灌水时由上游灌入的最大输水量不得超过70m/s。闸室的灌水时间 为15.2min，闸室水位的平均上升速度为1.62m/min。从省水池灌水时的平均流量系数为0.640，从 游灌水时的平均流量系数为0.840

C.2巴拿马运河扩能工程一连续三级省水船闸工程范例

C.2.1连续二级船闸每个闸室设平行布置的开散式3级省水池，省水率60%。 C.2.2同已建的船闸系统工作原理相同，巴拿马运河扩能工程一连续三级船闸亦是用于克服约27m的 水位差（大西洋或太平洋与加通湖间的水位差），每级水位差>9m，以便于船舶在航道的末端从湖泊下 降至海洋或从海洋提升至湖泊中。 0.2.3船闸运行过程中的耗水量巨大，尤其是对于巴拿马运河船闸而言，如已建船闸每运行一次需耗 费5500方加仑（约25方m）的淡水。再加上，巴掌马运河的水量供给主要依靠两大湖泊，分别为用于储 水的A1hajuela湖（每年平均有4个月的干季节）和用于通航的Gatun湖。在此背景下，为确保A1haju la湖拥有足够的储水量和Gatun湖的通航水位，巴拿马运河扩能工程采用了省水船闸方案，即每个闸室 设有三级省水池，且与闸室平行设置。根据测算，新船闸在无省水池的条件下，每过一次船舶，需耗费 1.27亿加仑的淡水。采用省水方案后，耗水量降至5100万加仑的淡水，甚至比已建船闸都少耗费7%的

C.2.4巴拿马运河扩能工程包括两座新船闸，分别位于太平洋侧和大西洋侧，总占地面积超过400英亩

空制室和保养室以及6英里长的公路。其中大西洋和太平洋侧的船闸引航道长度分别超过3英里和6英里， 后闸最大通过能力为15艘船舶/天，年通过能力为3亿吨，通过的最大船舶吨级12500TEU，尺度366m×， 9m×15.2m（长×宽×吃水），闸室尺度427m55m×18.3m（长×宽×闸室初始水深），混凝土设计年 限100年，闸门设计年限50年。 C.2.5新船闸的每个闸首设计有2扇闸门，靠近湖侧闸门重2300t，靠近海洋侧重4200t，启闭时间可 空制在5min以内。船闸输水系统为闸墙长廊道侧支孔输水型式，且包括主廊道（8.3m×6.5m）和次廊 道（6.5mX6.5m），如图C.1所示。闸首处设有8个闸室廊道阀门、2个平衡阀门以及相应的输水阀门利 空制系统。闸室廊道阀门采用旋转式阀门，其尺度约为20ft，13ft宽，重约30t，启闭时间根据闸室 和省水池水位，控制在1min～7min。闸室与省水池的相连，通过两组管道系统与闸室次廊道相连，并 通过每个省水池的4个阀门控制输水，同时省水池采用了PVC防渗系统。省水池输水系统采用了三叉管型 式，闸室底部分流管中设有中心分流墩，分流墩表面为弧形修圆结构，为弥补分流墩宽度对过水的影响 分流墩呈椭圆渐护型式，且为保障分流管至闸室次廊道连接段的水流均匀性，增加了分流管内径。同时， 为减小分流管至闸室次廊道间的水头损失系数，管道宽由4m增加至由2个5m宽的过水孔，过水孔由1.5 宽的分流墩隔开。在无省水池的条件上 有省水池时为17min

C.2.6为确保船舶过闸安全，相关管理部门制定了相应的技术措施和要求

C.2.6 a. 船舶安全识别系统： b) 闸门及阀门运行过程的定位系统： 满足船舶系缆力要求的闸室水面最大坡降以及其他的水力要求。 C.2.7巴拿马运河船闸省水池向闸室灌水原理图见图C.1。

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C.2.8巴拿马运河船闸输水系统三维示意图

巴拿马运河船闸输水系统三维示意图见图C.2

图C.1巴拿马运河船闸省水池向闸室灌水原理图

图C.2巴拿马运河船闸输水系统三维示意图

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乌江银盘枢纽工程省水船闸方案研究

工银盘枢纽工程省水船闸

设备标准D.1.1方案基本特征

船闸最大水头36.50m，采用单侧开散式2级省水池布置，理论省水率48.6%

D. 1. 2 工程概况

附录D （资料性） 国内代表性省水船闸研究案例

D.1.2.1乌江银盘水电站位于重庆市武隆县境内，是乌江干流开发的第11个梯级电站。枢纽坝址位于 江下游河段，上距彭水电站约53km，下距白马水电站48km，距陵河口93km。工程开发任务以发电 为主，兼顾航运和其它综合利用。船闸是枢纽的主要建筑物之一，布置于枢纽右岸，按IV级船闸设计， 闸室有效尺度120m×12m×4.0m（有效长度×有效宽度×门槛水深），最大设计水头36.50m，为当时国 内最高水头的单级船闸。 0.1.2.2工程前期研究考虑的主要因素： a 船闸设计水头当时国内单级最高，输水阀门满足工作条件要求的技术难度较大； b 每年7～8月间，是重庆电网发电需求较大时段，而乌江上游来流量通常偏小，电站发电用水 和船闸运行耗水矛盾突出； 船闸右岸有较大范围坡地，基坑开挖边坡与船闸右闸墙之间的空间可以满足省水池布置要求， 也有利于岸坡防护治理。 0.1.2.3方案提出：结合2005年交通运输部《乌江航运建设关键技术研究》课题，项目组依据乌江航 运发展及航道条件，对银盘枢纽总体及通航建筑物布置等进行了研究，对船闸输水系统进行了方案的选 型研究，提出了带两级省水池的省水船闸输水系统方案与原设计的普通单级船闸输水系统方案进行比 先。

D. 1. 3. 1省水池

根据船闸设计水头和工程地形条件，采用两级开散式省水池布置（参见图D.1）。在闸室右侧布置 了高、低两个省水池，水池面积（长度和宽度）与闸室尺度相同建材标准，均为132m×12m。水池呈平行、高低 交错布置，分别设置在闸室的2/4和3/4水位高度，每个水池容纳水体14454m，相当于总水头36.5/4= 9.125m闸室水深的水体。两水池由独立的输水廊道与闸室中部水平分流口相连，

D. 1. 3. 2 输水系统

D.1.3.2.1闸室输水系统：采用闸墙长廊道和闸底两区段纵支廊道的分散输水系统型式，即闸墙主廊 道中部水平1级分流口进入闸室；底板中部设2级分流消能室，闸底纵向廊道侧支孔双明沟消能。 D.1.3.2.2省水池输水系统：两省水池采用各自的输水廊道及阀门与闸室中部的闸墙主廊道分流口水 平对接，对接后与闸室输水系统连接为一体。除此以外，闸室输水系统中阀门段廊道体型以及布置高程 等，与普通单级船闸方案也有所不同。