CN109881643A - 潜孔弧形闸门防冰冻布置体型及其确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种潜孔弧形闸门防冰冻布置体型及其确定方法，属于弧形闸门技术领域。包括依次布置的闸门渐变段进口、闸门、闸室、胸墙、消力池、海漫段和下游河道，所述闸门还设置有启闭机室，所述海漫段为铅丝石笼结构；所述确定方法通过对下游河道最低水位、下游设计洪水位；闸室底板高程、消力池底板高程以及消力池结构体型；闸门孔口的高度和宽度进行确定，构建一个不采用人工、机械和破冰系统等装置而能解决闸门防冻的方案，即通过体型布置而保证闸室内水流无法结冰的方案，有效解决了高淹没条件下闸控工程闸门冬季结冰的难题，防止闸门由于结冰而引发事故，同时解决现有防冰冻方法中闸门冬季启闭运行不理想及成本高、耗能高、构造复杂等问题。

Description

潜孔弧形闸门防冰冻布置体型及其确定方法

技术领域

本发明涉及弧形闸门技术领域，特别涉及一种潜孔弧形闸门防冰冻布置体型及其确定方法。

背景技术

在高寒地区的严寒季节，水库、下游河道以及下游高水位的闸控出水口等都会结冰，结冰厚度可达到1m。水体结冰后，冰对结构产生作用力，包括静冰压力、动冰压力、冰层引起的升降力和堆冰压力，这类作用力极易造成闸门运行事故。对于寒冷地区，水库溢洪道闸门、河流上的各类泄水闸、节制闸以及引输水工程中的控制闸等运行或关闭状态下，一般都处于有水状态，低温条件下，闸门及附属结构附近水体极易结冰，严重影响闸门冬季的运行。目前针对闸门防冰冻的措施，均从结冰后消冰的角度考虑，普遍采用配套工程的方法，包括人工破冰、机械破冰、电加热融冰、热管传热破冰、压缩空气吹冰、水泵扰动破冰、压力水射流破冰等。这些措施解决了闸门冰推力破坏问题，但是没有很好的解决闸门冬季启闭运行的问题，同时人工、机械破冰辛苦、危险且效果差；电加热融冰耗能；热管传热破冰、压缩空气吹冰、水泵扰动破冰、压力水射流破冰，节省能源，但也需要构建复杂的系统设备。因此，亟需设计一种新的技术方案，以综合解决现有技术存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种潜孔弧形闸门防冰冻布置体型及其确定方法，有效解决了高淹没条件下闸控工程冬季结冰的难题，保证弧形闸门启闭自如，同时解决了现有防冰冻方法存在的成本高、耗能大以及构造复杂的问题。

潜孔弧形闸门防冰冻布置体型，在于构建一个半封闭式的闸室，以下游河道水位明显高于闸室下游胸墙底高程为前提：在静水条件下，下游水位很高，闸室因水而实现封闭，闸室外部冷空气无法进入闸室；闸门运行的条件下，闸室及消力池内为动水，动水条件下闸室及消力池内水流无法结冰。本发明的核心理念在于以自然或被动的方式，在闸控出口工程引水或泄水等全状态运行工况下，保证闸室内不结冰，不影响闸门运行。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

潜孔弧形闸门防冰冻布置体型，包括依次布置并相连通的闸门渐变段进口、闸门1、闸室3、胸墙4、消力池5、海漫段6和下游河道7，所述闸门1设置在闸门渐变段进口处，所述闸门1设置有启闭机室2，所述海漫段6为铅丝石笼结构；所述闸室3与上部的启闭机室2连通，启闭机室2的温度高于零度，进而保证闸室内温度高于零度；闸室3内侧墙设有通气孔，通气孔的出口布置在消力池5的侧墙，通气孔的底部高程高于下游设计洪水位或校核洪水位；闸室3内部下游侧设置胸墙4，胸墙4与闸室3的侧墙及启闭机室2底板固定连接，胸墙4的厚度和高度根据冬季冻深确定；闸室3下游、胸墙的出口处设置控制胸墙出口高度的调控平面闸门8；经过闸门1控制的闸控水流出闸室3后进入下游的消力池5，水流经过消力池5消能后进入海漫段6及下游河道7。

所述的胸墙4内填充有保温材料41，闸室3的三面侧墙外侧也填充有保温材料41。

所述的闸室3底高程、消力池5底高程、胸墙4底高程以及下游河道7的最低水位的布置，下游河道7最低水位高于胸墙4底高程，胸墙4底高程根据下游最低水位和引水流量确定，至少低于最低水位2～3m，保证工程正常引水条件下，下游水位始终高于胸墙底高程而免于闸室与下游消力池间发生空气交换，进而保证冷空气无法进入闸室而水面无法结冰。

所述的调控平面闸门8由面板、横梁、纵梁、水封、滚轮以及启闭设备构成，门体采用焊接连为整体结构，启闭设备是调控平面闸门附属结构，通过吊耳与调控平面闸门连接；调控平面闸门一般不运行，当下游水位较低，胸墙底部以上水深较浅，运行时闸室与下游消力池之间存在通气的危险，这时调控平面闸门下降，闸室、胸墙出流孔口的高度减小，水深增加而免于闸室与下游消力池之间通气。

本发明的另一目的在于提供一种潜孔弧形闸门防冰冻布置体型的确定方法，包括以下步骤：

S1.根据工程所在地区设计洪水标准，确定下游水位H_X和下游设计洪水位H_sh；

S2.根据工程设计引水流量、工程造价比较、消能效果分析，确定闸室底板高程H_db、消力池底板高程H_xlc以及消力池结构体型；

S3.根据引水流量拟定弧形闸门孔口的高度和宽度；

S4.在设定引水流量下，按照拟定的弧形闸门孔口尺寸，对消力池水力特性进行分析，建立上游水位H、弧形闸门开度e与下游水位H_X的关系，通过弧形闸门流量公式及淹没度公式建立关联方程，弧形闸门流量公式为流量系数

其中：Q——流量，m³/s；A——闸门孔口面积，m²；H_Δ——闸前能头减去收缩断面水深的有效工作水头，m；ξ₂——阻力系数；

S5.根据步骤S1～S3中确定的出水口体型布置，结合步骤S4中上游水位H、弧形闸门开度e和下游水位H_X的关系，绘出不同上游水位H和设计引水流量条件下，闸控出流水流的水面线；

S6.确定闸室下游胸墙的位置L₁、胸墙厚度L₃-D或L₃以及胸墙底高程H_xq；

S7.闸室通气孔的设置，确定通气孔中心高程H_tqk和通气孔直径ΦD，其中高于下游设计洪水位H_sh；

S8.设计消力池出口海漫段、下游河道连接的斜坡段。

步骤S6中下游胸墙位置L₁、胸墙厚度L₃-D或L₃以及胸墙底高程H_xq的确定需满足：胸墙底部能挡水、胸墙底部不出现冲击性水流、闸室内水流波动小以及不出现胸墙冲击型水动力荷载四个要求。

胸墙的出口处设置控制胸墙出口高度的调控平面闸门8。

本发明的有益效果在于：在闸门关闭时，下游水位较高，下游的冷空气无法进入闸室，同时闸室与上部启闭机室连通；在冬季，上部启闭机室内温度高于零度(内有工作人员工作)，可以保证闸室内的温度高于零度，保证闸室水面不会结冰；有效解决了大孔口、小流量、高淹没条件下的潜孔防冰冻体型，主要解决了高淹没条件下闸控工程闸门冬季结冰的难题，防止闸门由于结冰而引发事故，同时解决现有防冰冻方法中成本高、耗能大以及结构复杂的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为弧形闸门阻力系数ξ₂图；

图2为本发明的潜孔弧形闸门防冰冻布置体型实施例1的结构示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为本发明的潜孔弧形闸门防冰冻布置体型实施例2的结构示意图；

图5为本发明的控制事故闸门的结构示意图。

图中：1、闸门；2、启闭机室；3、闸室；4、胸墙；41、保温材料；5、消力池；6、海漫段；7、下游河道；8、调控平面闸门。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。

下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。

参见图1至图5所示，本发明的潜孔弧形闸门防冰冻布置体型，包括依次布置的闸门渐变段进口、闸门、闸室、胸墙、消力池、海漫段和下游河道，所述闸门设置有启闭机室，所述海漫段为铅丝石笼结构；并提供一种上述潜孔弧形闸门防冰冻布置体型的确定方法，通过对下游河道最低水位H_X、下游设计洪水位H_sh；闸室底板高程H_db、消力池底板高程H_xlc以及消力池结构体型；闸门孔口的高度和宽度进行确定，构建一个不采用人工、机械和破冰系统装置既能解决闸门防冻的方案，有效解决了高淹没条件下闸控工程闸门冬季结冰的难题，防止闸门由于结冰而引发事故，同时解决现有防冰冻方法中的成本高、耗能高、构造复杂的问题。

参见图1至图5所示，本发明的潜孔弧形闸门防冰冻布置体型，包括依次布置并相连通的闸门渐变段进口、闸门1、闸室3、胸墙4、消力池5、海漫段6和下游河道7，所述闸门1设置在闸门渐变段进口处，所述闸门1设置有启闭机室2，所述海漫段6为铅丝石笼结构；所述闸室3与上部的启闭机室2连通，启闭机室2的温度高于零度，进而保证闸室内温度高于零度；闸室3内侧墙设有通气孔，通气孔的出口布置在消力池5的侧墙，通气孔的底部高程高于下游设计洪水位或校核洪水位；闸室3内部下游侧设置胸墙4，胸墙4与闸室3的侧墙及启闭机室2底板固定连接，胸墙4的厚度和高度根据冬季冻深确定；闸室3下游、胸墙的出口处设置控制胸墙出口高度的调控平面闸门8；经过闸门1控制的闸控水流出闸室3后进入下游的消力池5，水流经过消力池5消能后进入海漫段6及下游河道7。

所述的胸墙4内填充有保温材料41，闸室3的三面侧墙外侧也填充有保温材料41。

所述的闸室3底高程、消力池5底高程、胸墙4底高程以及下游河道7的最低水位的布置，下游河道7最低水位高于胸墙4底高程，胸墙4底高程根据下游最低水位和引水流量确定，至少低于最低水位2～3m，保证工程正常引水条件下，下游水位始终高于胸墙底高程而免于闸室与下游消力池间发生空气交换，进而保证冷空气无法进入闸室而水面无法结冰。

所述的调控平面闸门8由面板、横梁、纵梁、水封、滚轮以及启闭设备等构成，门体采用焊接连为整体结构，启闭设备是闸门附属结构，通过吊耳与闸门连接；调控平面闸门一般不运行，当下游水位较低，胸墙底部以上水深较浅，运行时闸室与消力池间存在通气的危险，这时调控平面闸门适当的下降，闸室胸墙出流孔口的高度减小，水深增加而免于闸室与消力池间通气。

本发明的另一目的在于提供一种潜孔弧形闸门防冰冻布置体型的确定方法，包括以下步骤：

S1.根据工程所在地区设计洪水标准，确定下游水位H_X和下游设计洪水位H_sh；

S2.根据工程设计引水流量、工程造价比较、消能效果分析，确定闸室底板高程H_db、消力池底板高程H_xlc以及消力池结构体型；

S3.根据引水流量拟定弧形闸门孔口的高度和宽度；

S4.在设定引水流量下，按照拟定的弧形闸门孔口尺寸，对消力池水力特性进行分析，建立上游水位H、弧形闸门开度e与下游水位H_X的关系，通过弧形闸门流量公式及淹没度公式建立关联方程，弧形闸门流量公式为流量系数

其中：Q——流量，m³/s；A——闸门孔口面积，m²；H_Δ——闸前能头减去收缩断面水深的有效工作水头，m；ξ₂——阻力系数；

S5.根据步骤S1～S3中确定的出水口体型布置，结合步骤S4中上游水位H、弧形闸门开度e和下游水位H_X的关系，绘出不同上游水位H和设计引水流量条件下，闸控出流水流的水面线；

S6.确定闸室下游胸墙的位置L₁、胸墙厚度L₃-D或L₃以及胸墙底高程H_xq；

S7.闸室通气孔的设置，确定通气孔中心高程H_tqk和通气孔直径ΦD，其中高于下游设计洪水位H_sh；

S8.设计消力池出口海漫段、下游河道连接的斜坡段。

步骤S6中下游胸墙位置L₁、胸墙厚度L₃-D或L₃以及胸墙底高程H_xq的确定需满足：胸墙底部能挡水、胸墙底部不出现冲击性水流、闸室内水流波动小以及不出现胸墙冲击型水动力荷载四个要求。

胸墙的出口处设置控制胸墙出口高度的调控平面闸门8。

实施例1：

参见图1至图3及图5所示，本发明的潜孔弧形闸门防冰冻布置体型，包括依次布置并相连通的闸门渐变段进口、闸门1、闸室3、胸墙4、消力池5、海漫段6和下游河道7，所述闸门1设置有启闭机室2，所述海漫段6为铅丝石笼结构。

具体地，所述胸墙4内填充有复合硅酸盐等无机类的保温隔热材料。

本发明的潜孔弧形闸门防冰冻布置体型的确定方法，包括以下步骤：

S1.根据工程所在地区设计洪水标准，确定下游水位H_X和下游设计洪水位H_sh；

S2.根据工程设计引水流量、工程造价比较、消能效果分析，确定闸室底板高程H_db、消力池底板高程H_xlc以及消力池结构体型；

S3.根据引水流量拟定弧形闸门孔口的高度和宽度；

S4.在设定引水流量下，按照拟定的弧形闸门孔口尺寸，对消力池水力特性进行分析，建立上游水位H、弧形闸门开度e与下游水位H_X的关系，通过弧形闸门流量公式及淹没度公式建立关联方程，

弧形闸门流量公式为流量系数

其中：Q——流量，m³/s；A——闸门孔口面积，m²；H_Δ——闸前能头减去收缩断面水深的有效工作水头，m；ξ₂——阻力系数；阻力系数ξ₂可通过图1查询，对于微小相对开度n₂(n₂＝e/h，0.1以下)，可采用

公式近似获取阻力系数(微小开度下试验数据拟合分析得来)。

另外，根据图1查出不同相对开度n₂和下游水位H_X/h₁对应的阻力系数ξ₂，然后代入弧形闸门流量公式，建立额定流量下上游水位H、弧形闸门开度e和下游水位H_X的关系。

S5.根据步骤S1～S3中确定的出水口体型布置，出水口体型布置主要包括胸墙位置、底高程，胸墙孔口尺寸、消力池长度、深度以及海漫段和斜坡段，结合步骤S4中上游水位H、弧形闸门开度e和下游水位H_X的关系，绘出不同上游水位H和设计引水流量条件下，闸控出流水流的水面线；

S6.确定闸室下游胸墙的位置、L₁胸墙厚度L₃-D或L₃以及胸墙底高程H_xq；下游胸墙位置L₁、胸墙厚度L₃-D或L₃以及胸墙底高程H_xq的确定需满足：胸墙底部能挡水、胸墙底部不出现冲击性水流、闸室内水流波动小以及不出现胸墙冲击型水动力荷载四个要求。

胸墙的厚度根据冬季冻深来确定，要保证胸墙足够的厚度设置保温材料和防止胸墙冻透而降低闸室内的温度，一般来说，胸墙的厚度要达到3～4m或者更高(本实施例中胸墙的厚度为3m)；胸墙底高程H_xq根据下游最低水位和引水流量确定，一般低于最低水位2～3m以上(本实施例中胸墙底高程为218.15，低于最低水位4m)，保证各水位和各开度下，胸墙底部不脱空；胸墙的位置L₁一般由水跃水面线确定，对于高度淹没闸控水流，胸墙的位置(水平位置，距闸门支铰中心距离和底高程)也要考虑到工程的经济性。

S7.闸室通气孔的设置，确定通气孔中心高程H_tqk和通气孔直径ΦD，其中高于下游设计洪水位H_sh；

通气孔中心高程要求在闸门运行过程中通气孔不允许进水，闸门运行的过程中，闸室呈高淹没状态，闸室通气量微小，通气孔主要用于闸室与外界的气体交换，在冬季闸室通气孔口需增加盖子以免下游冷空气进入。

S8.设计消力池出口海漫段(铅丝石笼长15m)、下游河道连接的斜坡段(长41.6m)，该部分主要考虑工程造价和防冲问题。

结合图2和图3，当出水口开始引水，弧形工作闸门开启，根据设计引水流量和上游水位H，开启设定的闸门开度e，这时水流由孔口经胸墙底部进入下游消力池，进而进入下游河道；在运行过程中，胸墙始终处于水面以下，下游消力池上空的空气无法通过胸墙进入闸室。由于消力池水面高于闸室水面，一部分消力池内水体通过胸墙底部进入闸室，闸室水体与消力池水体进行了交换，交换量影响闸室水体的水温。由于该方案无法进行闸室水体与消力池水体交换量的控制，因而在设计的时候，胸墙底高程可适当降低。

实施例2：

参见图1、图4及图5所示，本发明的潜孔弧形闸门防冰冻布置体型，包括依次布置并相连通的闸门渐变段进口、闸门1、闸室3、胸墙4、消力池5、海漫段6和下游河道7，所述闸门1的两侧还分别设置有启闭机室2，所述海漫段6为铅丝石笼结构。

具体地，胸墙4内填充有复合硅酸盐等无机类的保温隔热材料。

另外在本实施例中还设置控制事故闸门8，控制事故闸门8设置在胸墙4靠近下游侧。

本发明的潜孔弧形闸门防冰冻布置体型的确定方法，包括以下步骤：

S1.根据工程所在地区设计洪水标准，确定下游水位H_X和下游设计洪水位H_sh；

S2.根据工程设计引水流量、工程造价比较、消能效果分析，确定闸室底板高程H_db、消力池底板高程H_xlc以及消力池结构体型；

S3.根据引水流量拟定弧形闸门孔口的高度和宽度；

S4.在设定引水流量下，按照拟定的弧形闸门孔口尺寸，对消力池水力特性进行分析，建立上游水位H、弧形闸门开度e与下游水位H_X的关系，通过弧形闸门流量公式及淹没度公式建立关联方程，

弧形闸门流量公式为流量系数

其中：Q——流量，m³/s；A——闸门孔口面积，m²；H_Δ——闸前能头减去收缩断面水深的有效工作水头，m；ξ₂——阻力系数；阻力系数ξ₂可通过图1查询，对于微小相对开度n₂(n₂＝e/h，0.1以下)，可采用

公式近似获取阻力系数(微小开度下试验数据拟合分析得来)。

S5.根据步骤S1～S3中确定的出水口体型布置，出水口体型布置主要包括胸墙位置、底高程，胸墙孔口尺寸、消力池长度、深度以及海漫段和斜坡段，结合步骤S4中上游水位H、弧形闸门开度e和下游水位H_X的关系，绘出不同上游水位H和设计引水流量条件下，闸控出流水流的水面线；

S6.确定闸室下游胸墙的位置、L₁胸墙厚度L₃-D或L₃以及胸墙底高程H_xq；下游胸墙位置L₁、胸墙厚度L₃-D或L₃以及胸墙底高程H_xq的确定需满足：胸墙底部能挡水、胸墙底部不出现冲击性水流、闸室内水流波动小以及不出现胸墙冲击型水动力荷载四个要求。

胸墙的厚度根据冬季冻深来确定，要保证胸墙足够的厚度设置保温材料和防止胸墙冻透而降低闸室内的温度，一般来说，胸墙的厚度要达到3～4m或者更高(本实施例中胸墙的厚度为3m)；胸墙底高程H_xq根据下游最低水位和引水流量确定，一般低于最低水位2～3m以上(本实施例中胸墙底高程为218.15，低于最低水位4m)，保证各水位和各开度下，胸墙底部不脱空；胸墙的位置L₁一般由水跃水面线确定，对于高度淹没闸控水流，胸墙的位置(水平位置，距闸门支铰中心距离和底高程)也要考虑到工程的经济性。

S7.设计调控平面闸门，在胸墙的靠近下游侧设置调控平面闸门(如图5所示)，将调控平面闸门底部下落到低于胸墙底高程的位置，可有效控制下游消力池水流进入闸室；

S8.闸室通气孔的设置，确定通气孔中心高程H_tqk和通气孔直径ΦD，其中高于下游设计洪水位H_sh；

通气孔中心高程要求在闸门运行过程中通气孔不允许进水，闸门运行的过程中，闸室呈高淹没状态，闸室通气量微小，通气孔主要用于闸室与外界的气体交换，在冬季闸室通气孔口需增加盖子以免下游冷空气进入。

S9.设计消力池出口海漫段(铅丝石笼长15m)、下游河道连接的斜坡段(长41.6m)，该部分主要考虑工程造价和防冲问题。

结合图4，当出水口开始引水，弧形闸门开启，根据设计引水流量和上游水位H，开启设定的闸门开度e，这时水流由孔口经胸墙底部进入下游消力池，进而进入下游河道；在运行过程中，胸墙始终处于水面以下，下游消力池上空的空气无法通过胸墙进入闸室。由于消力池水面高于闸室水面，一部分消力池内水体通过胸墙底部进入闸室，闸室水体与消力池水体进行了交换，交换量影响闸室水体的水温。即能保证冷空气无法进入闸室，闸室温度保持较高。而对于水体交换量较大的情况，可以启用调控平面闸门，将调控平面闸门底部下落到低于胸墙底部高程的位置，可控制下游消力池水流进入闸室。

以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种潜孔弧形闸门防冰冻布置体型，其特征在于：包括依次布置并相连通的闸门渐变段进口、闸门(1)、闸室(3)、胸墙(4)、消力池(5)、海漫段(6)和下游河道(7)，所述闸门(1)设置在闸门渐变段进口处，所述闸门(1)设置有启闭机室(2)，所述海漫段(6)为铅丝石笼结构；所述闸室(3)与上部的启闭机室(2)连通，启闭机室(2)的温度高于零度，进而保证闸室内温度高于零度；闸室(3)内侧墙设有通气孔，通气孔的出口布置在消力池(5)的侧墙，通气孔的底部高程高于下游设计洪水位或校核洪水位；闸室(3)内部下游侧设置胸墙(4)，胸墙(4)与闸室(3)的侧墙及启闭机室(2)底板固定连接，胸墙(4)的厚度和高度根据冬季冻深确定；闸室(3)下游、胸墙的出口处设置控制胸墙出口高度的调控平面闸门(8)；经过闸门(1)控制的闸控水流出闸室(3)后进入下游的消力池(5)，水流经过消力池(5)消能后进入海漫段(6)及下游河道(7)。

2.根据权利要求1所述的潜孔弧形闸门防冰冻布置体型，其特征在于：所述的胸墙(4)内填充有保温材料(41)，闸室(3)的三面侧墙外侧也填充有保温材料(41)。

3.根据权利要求1所述的潜孔弧形闸门防冰冻布置体型，其特征在于：所述的闸室(3)底高程、消力池(5)底高程、胸墙(4)底高程以及下游河道(7)的最低水位的布置，下游河道(7)最低水位高于胸墙(4)底高程，胸墙(4)底高程根据下游最低水位和引水流量确定，至少低于最低水位2～3m，保证工程正常引水条件下，下游水位始终高于胸墙底高程而免于闸室与下游消力池间发生空气交换，进而保证冷空气无法进入闸室而水面无法结冰。

4.根据权利要求1所述的潜孔弧形闸门防冰冻布置体型，其特征在于：所述的调控平面闸门(8)由面板、横梁、纵梁、水封、滚轮以及启闭设备构成，门体采用焊接连为整体结构，启闭设备是调控平面闸门附属结构，通过吊耳与调控平面闸门连接；调控平面闸门一般不运行，当下游水位较低，胸墙底部以上水深较浅，运行时闸室与下游消力池之间存在通气的危险，这时调控平面闸门下降，闸室、胸墙出流孔口的高度减小，水深增加而免于闸室与下游消力池之间通气。

5.一种潜孔弧形闸门防冰冻布置体型的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.根据工程所在地区设计洪水标准，确定下游水位H_X和下游设计洪水位H_sh；

S2.根据工程设计引水流量、工程造价比较、消能效果分析，确定闸室底板高程H_db、消力池底板高程H_xlc以及消力池结构体型；

S3.根据引水流量拟定弧形闸门孔口的高度和宽度；

S4.在设定引水流量下，按照拟定的弧形闸门孔口尺寸，对消力池水力特性进行分析，建立上游水位H、弧形闸门开度e与下游水位H_X的关系，通过弧形闸门流量公式及淹没度公式建立关联方程，弧形闸门流量公式为流量系数

其中：Q——流量，m³/s；A——闸门孔口面积，m²；H_Δ——闸前能头减去收缩断面水深的有效工作水头，m；ξ₂——阻力系数；

S5.根据步骤S1～S3中确定的出水口体型布置，结合步骤S4中上游水位H、弧形闸门开度e和下游水位H_X的关系，绘出不同上游水位H和设计引水流量条件下，闸控出流水流的水面线；

S6.确定闸室下游胸墙的位置L₁、胸墙厚度L₃-D或L₃以及胸墙底高程H_xq；

S7.闸室通气孔的设置，确定通气孔中心高程H_tqk和通气孔直径ΦD，其中高于下游设计洪水位H_sh；

S8.设计消力池出口海漫段、下游河道连接的斜坡段。

6.根据权利要求5所述的潜孔弧形闸门防冰冻布置体型的确定方法，其特征在于：步骤S6中下游胸墙位置L₁、胸墙厚度L₃-D或L₃以及胸墙底高程H_xq的确定需满足：胸墙底部能挡水、胸墙底部不出现冲击性水流、闸室内水流波动小以及不出现胸墙冲击型水动力荷载四个要求。

7.根据权利要求5或6所述的潜孔弧形闸门防冰冻布置体型的确定方法，其特征在于：胸墙靠近下游侧设置有调控平面闸门。