對(duì)水閘設(shè)計(jì)問題的補(bǔ)充討論之二
——水閘底流消能水力設(shè)計(jì)

茹建輝

(廣東省水利廳,廣州 510635)

1 下游河道水位流量關(guān)系的確定

底流消能是水閘工程應(yīng)用最廣的消能形式，在水閘泄流時(shí)，若下游仍有足夠高的水位，保證水躍旋滾出現(xiàn)在消力池中或其上游，工程能安全地運(yùn)行。若在泄流時(shí)下游水位低于相應(yīng)的設(shè)計(jì)值，消力池不能形成水躍旋滾，流速較大的水舌將越過消力池尾，進(jìn)入海漫和下游河床，形成“遠(yuǎn)驅(qū)水躍”，沖毀下游的海漫和河道，破壞會(huì)繼續(xù)向上延伸危及消力池等主體工程。自上世紀(jì)以來，由于河沙被大量抽取，很多河道河床下切和水位下降，已引起大量用底流消能水閘的海漫甚至消力池被沖毀。工程下游水位是消能工程設(shè)計(jì)不可缺失的下游邊界，其選定合理與否是工程設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵；同樣下游水位流量關(guān)系是否在繼續(xù)下降，會(huì)不會(huì)超過設(shè)計(jì)條件，也是工程能否安全運(yùn)用的關(guān)鍵。

遺憾的是，對(duì)工程下游河道水位及其變化趨向的研究與分析，這個(gè)及底流消能工程設(shè)計(jì)成敗的重大問題，并末受到應(yīng)有的重視。《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 265—2016，以下簡(jiǎn)稱為《規(guī)范》)第5.0.8條只簡(jiǎn)單地提出:“當(dāng)下游水深大于臨界水深時(shí)，消力池計(jì)算見附錄B”，該條的條文解析稱:“要求出池河床水深大于臨界水深，否則消力池后將出現(xiàn)急流狀態(tài)，這是不符合設(shè)計(jì)要求的”[1]。

關(guān)于 “出池河床水深”問題將在后面討論。眾所周知，臨界水深只是判斷水流流態(tài)的一個(gè)水力學(xué)指標(biāo)，與河床的抗沖能力完全沒有直接聯(lián)系。表1為一般水閘在中、小開度泄流時(shí)，矩形河床的單寬流量q與相應(yīng)的臨界水深hk和臨界流速Vk的關(guān)系?！?br>