小水位差下平底平板門水閘閘孔出流的判別

黃 璐 王 鼎 朱文彪（江蘇省灌溉總渠管理處 淮安 223200）

科技論壇

小水位差下平底平板門水閘閘孔出流的判別

黃 璐 王 鼎 朱文彪
（江蘇省灌溉總渠管理處 淮安 223200）

孔流與堰流的界限不僅與e/h有關，還受閘上下游水位影響。本文通過分析南運西閘流量測驗實例，闡述了在小水位差下僅以e/h值判別堰流或孔流是不夠的，通過查閱文獻、規(guī)范，采用新的流量判別式，正確地判別了流態(tài)，為工程調度運行和資料整編工作提供準確資料。

水閘 小水位差 堰流 孔流

1 引言

在水利工程中，閘門是用于控制水流最為常見的形式。受閘門控制的水閘，過閘流態(tài)常有堰流和閘孔出流兩種不同的水流現(xiàn)象。堰流時由于閘門對水流不起控制作用，水面線為一條光滑的降落曲線；閘孔出流時由于水流受到閘門的控制作用，閘孔上、下游的水面是不連續(xù)的（如圖1所示）。

堰流和閘孔出流邊界條件的差異，使得水流特征及過水能力也不相同。對于具有閘門控制的同一過流建筑物，堰流和閘孔出流可以相互轉化，這種水流的轉化條件不僅與閘孔的相對開度有關，還與閘底坎及閘門的型式有關，根據(jù)實驗，平底閘堰流和閘孔出流的判別條件如下：

為了計算簡便，當閘前水深較大而行進流速較小時，近似地取閘前水頭為閘前水深。

e—閘門開度；

H—閘前水頭；

hc—收縮斷面水深；

hk—臨界水深；

hL—下游水深。

2 問題提出

3 工程實例

江蘇省南運西閘位于江蘇省寶應縣范水鎮(zhèn)南5km處的大運河西堤上，由節(jié)制閘和船閘組成，上游為寶應湖,下游為京杭大運河。該閘共6孔，每孔凈寬6.0m，閘上游多年（1974～2013年）平均水位為6.01m，閘下游多年平均水位為6.47m。

圖1（1）（2）閘孔出流，（3）（4）堰流

南運西閘始建于1970年11月，1973年4月竣工，系江蘇省淮河入江水道工程的一部分，工程的主要任務是：配合寶應湖退水閘、北運西閘向大運河排泄寶應湖、白馬湖295km2的澇水。必要時經(jīng)江蘇省廳批準可進行反向引水，彌補洪澤湖水量的不足。南運西閘閘身為混凝土和漿砌塊石組合結構，閘總長100m，總寬43m，由兩塊輕型反拱混凝土底板組成（底板于2002年用鋼筋混凝土填平），每塊底板分3孔，共6孔，每孔凈寬6m，凈高4.2m，閘底板高程為3.5m，胸墻底高程為7.7m，公路橋面高程為12.0m，工作橋面高程為15.8m。閘門為鋼質腹式平板門，單門重10t，每孔由兩臺立式油壓啟閉機垂直啟閉，兩側翼岸墻為漿砌塊石空箱連體結構。正向設計水位組合：上游水位7.0m，下游水位6.0m，流量409m3/s；正向校核水位組合：上游水位7.8m，下游水位7.0m，流量489m3/s；反向設計水位組合：上游水位5.5m，下游水位7.9m，流量225m3/s；反向校核水位組合：上游水位5.8m，下游水位7.9m，流量300m3/s。

4 平底板閘門孔流與堰流判別

對于有閘門控制的水閘來說，堰流與孔流是可以相互轉換的，這種水流形式的轉變除了與閘門的相對開度有關外，還與閘底坎、閘門型式以及上下游水位及其差值、出孔水流是否受下游水深的影響有關。可利用袁新明根據(jù)大量實驗總結的理論關系或圖2來判別堰流與閘孔出流界限。

閘孔自由出流：

表1 平板閘門垂直收縮系數(shù)ε

圖2 平底平板門閘e/H-hL/H關系流態(tài)判別

自由堰流：

其中α=e/H，ΔZ為逆向落差，如圖1（4）所示。

ε稱為閘門垂向收縮系數(shù)，它與閘門的型式、閘門的相對開度的大小等因素有關。平板門可根據(jù)儒可夫斯基應用理論分析方法求得，如表1所示。

5 小結

單一應用e/H的值來判斷水閘流態(tài)是堰流或孔流雖然方便，但并不一定適合所有工程實際，對于小水位差下水閘堰流孔流的判別會產(chǎn)生錯誤，將實際流態(tài)應屬閘孔出流判別為堰流，將使得流量計算產(chǎn)生較大誤差，直接影響工程運行及之后的水文資料整編工作。本文將實驗室總結的公式應用于工程實際中，并采用《水工建筑物與堰槽測流規(guī)范》中流態(tài)判別圖，正確判斷水流流態(tài)，為工程正常安全運行及資料整編工作順利進行提供保障