某小型水電站中水力自控翻板閘門的應用

摘要：本文作者根據自己的工作經驗，闡述了水力自控翻板閘門的工作原理，通過工程實例，分析水力自控翻板閘門在水利水電工程中發揮的經濟效益，指出在今后現代水利工程建設中應進一步推廣使用。

關鍵詞：水力自控；翻板閘門；經濟效益。

1、水力自控翻板閘門的發展及應用簡介

水力自控翻板閘門是我國工程技術人員自行研究出來的一種新型節能閘壩。翻板壩由基礎固定壩和翻板閘門組成，其水力自控翻板閘門啟閉的基本原理是杠桿平衡與轉動。水力自控翻板閘門巧妙地利用作用在閘門上的水壓力和閘門的自重來作為啟閉閘門的動力，無需其他外加能源，也無需其他啟閉機械、啟閉機房，具有造價節省、施工期短、不需人員操作等優點。這種新型水閘的技術在目前還只是初步成熟，還處于不斷研究、不斷創新和不斷完善的過程之中。

水力自控翻板閘門的研究和應用，是從上世紀60年代發展起來的，到本世紀初，經歷了5次更新換代。

水力自控翻板閘門具有自動開啟回關、不需人員操作、節約能源等優點，同時全開時阻水率小、過流能力強、不改變天然河床斷面，適用范圍非常廣泛，可以使用于各種河寬的閘壩工程，主要用于航運、發電、防洪、灌溉、給水和改善環境。

2、水力自控翻板閘門啟閉原理

水力自控翻板閘門的啟閉原理是杠桿平衡與轉動。當作用在閘門門葉上的水壓力和水流對閘門門葉的摩擦力對轉動中心的力矩的和大于閘門門葉自重和運轉機構的阻力對轉動中心的力矩的和時，閘門開啟度自動加大，直到這兩組力矩和相等時，閘門在新的開啟度位置上保持平衡；當作用在閘門門葉上的水壓力和水流對閘門門葉的摩擦力以及運轉機構的阻力對轉動中心的力矩的和小于閘門門葉自重對轉動中心的力矩時，閘門開度自動減小，直到兩者相等時，閘門在新的較小的開度位置上保持平衡。因此，當洪水到來時，水力自控翻板閘門能夠隨上游水位的升高而準確及時地自動逐漸開啟泄流；來流量增大，上游水位升高時，閘門會準確及時地自動家大開度；當來流量減少，上游水位下降時，閘門會準確及時地減小開度，使洪水過程結束時能夠及時回關至全關狀態。從而能保持水資源不被白白流失。

3、工程概況

電站流域內山高水長，雨量充沛，林木茂盛，水土保持良好。水庫壩址以上集雨面積33km2，流域范圍年平均降雨量1705.2mm，年平均徑流深1033.1mm，多年平均流量1.08m3/s。壩址處30年一遇設計洪峰流量224m3/s，200年一遇校核洪峰流量316m3/s。

某電站上游建有一座周調節水庫，正常庫容53.0萬m3，調節庫容43.5萬m3。水庫攔水壩壩型為C15小骨料砼砌塊石重力壩，最大壩高25.50m。采用開敞式壩頂溢洪道，溢洪道深3.5m、寬30m。壩頂高程為272.50m，溢流堰頂高程269.00m，壩底高程247.00m。電站設計水頭110.5m，設計引用流量2.25m3/s，電站裝機規模2×1000kw。年利用小時2725h，多年平均發電量544.9萬kw·h。工程總投資1373萬元，單位電能投資2.52元/kwh，年產值243.5萬元，財務內部回收率10.8%。

工程建設完成后，業主為了增加水庫調節庫容，同時為了增加發電效益，查閱相關技術資料，咨詢有關專家學者后，決定在溢流壩頂增設1.5m高翻板閘門。

4、泄流能力及庫水位計算

某水電站原設計洪水位為271.19m，校核洪水位為271.78m，堰頂高程為269m，對應壩頂高程為272.50m。

根據項目業主的要求，在堰頂加一1.5m高的翻板壩，水庫正常蓄水位由自由泄流時的269m變為270.5m。遭遇設計和校核洪水時，翻板壩完全翻倒泄洪，可按不設門的堰流計算。根據廠方的設計，堰頂設5扇1.5×6m的翻板門，原設計的30m溢流寬縮小為28m，加上堰體改為寬頂堰型式，中墩側收縮影響等因素，溢洪道的泄流能力受到限制，設計洪水位和校核洪水位將較原設計位高。

堰頂設翻板門后，原WES堰變為修圓折線型實用堰，其泄流能力的基本公式為：

翻板門全放倒時的泄流量計算公式為：

根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準（SL252-2000）》的規定，4級建筑物（重力壩）在設計和校核工況下的安全加高分別為：0.3m、0.2m。因此堰頂加設翻板門后，壩頂高程至少應為272.73m。由于該高程尚未考慮風浪爬高和風雍增高，因此為安全計，取壩頂高程為272.50m，壩頂設80cm高的防浪墻，防浪墻頂高程為273.30m。

經復核，校核洪水位抬高后，其壩體抗滑穩定和應力均滿足要求。

5、加翻板閘門后工程綜合效益分析

壩頂加翻板閘門后，水庫正常庫容增加為59.20萬m3（比原設計高11.7%），調節庫容增加為49.70萬m3（比原設計高14.3%），電站設計水頭為111.3m（比原設計高0.7%），電站裝機規模保持不變。經水利計算，加翻板閘門后年利用小時2870h，多年平均發電量573.8萬kw·h。工程總投資1389萬元，單位電能投資2.42元/kwh，年產值258.2萬元（比原設計多14.7萬元），財務內部回收率11.24%（比原設計高4%），在工程規模不變、投資增加不多的情況下，經濟效益明顯。

壩頂加翻板閘門后，水庫設計洪水位抬高0.63m，校核洪水位抬高0.77m，對庫區新增淹沒損失影響不大。同時也不需要增加電站管理人員。目前，沈溪電站運行已有6年時間，期間經歷過50年一遇（超設計30年一遇標準）的洪水，閘門運行良好。

6、結語

水力自控翻板閘門靠水壓力及閘門自重自動啟閉，無需啟閉機械及其他動力，只需少量人員管理，可節省大量工程投資及管理費用。尤其在陡漲陡落的河流，水位低時閘門自動關閉，蓄水發電；汛期水位高時閘門自動開啟、泄洪；洪水過后，水位下降，閘門自動及時回關，可充分利用水資源，提高水的利用率。它能保證較大的過水能力和上游水位較小的壅高值，使堤防工程量大為減少。水力自控翻板門不僅用于攔河壩上提高低水頭水電站、蓄水、引水工程的效益，同時在城市園林景觀、旅游、環保等綜合工程中也得到了較好的應用。據調查，浙江省衢州市水力自控翻板門應用十分成功，我們多次組織相關工程技術人員現場考察學習，在今后水利工程中將進一步推廣使用水力自控翻板閘門。