水力自控翻板閘在水利工程中的應用

王德生（大連市莊河朱隈水庫灌區(qū)管理局，遼寧 大連 116402）

水力自控翻板閘在水利工程中的應用

王德生
（大連市莊河朱隈水庫灌區(qū)管理局，遼寧 大連 116402）

雙支點水力自控翻板閘具有過流能力強、造價低、運行維護簡單等諸多優(yōu)點，在防洪、供水、引水等水利工程中廣泛應用。本文通過雙支點水力自控翻板閘在莊河水利工程中的應用，探討了該閘型的原理、特點和在實際運行管理中應注意的問題。

水力自控翻板閘；應用；原理；特點

在大連市縣區(qū)中，莊河市水資源最豐富，其域內建有大型水庫三座，中型水庫一座。水庫建設當初主要以農業(yè)灌溉為主，但隨著國民經濟的發(fā)展，水庫的功能逐漸轉為以城市、工業(yè)供水為主。隨著城市和工業(yè)用水量逐漸增大，水庫的可用量嚴重不足。為解決供需矛盾，保證供水安全，莊河先后在所屬流域內修建了20多座水利自控翻板閘攔蓄區(qū)間徑流，每年可攔蓄水量6 000多萬m3，有效地緩解了水庫供水不足的局面，提高了農業(yè)灌溉、城市和工業(yè)供水的保證率。

1　自控翻板閘的工作原理

水利自控翻板閘門的工作原理是杠桿平衡與轉動，閘門利用水力和閘門重量相互制衡，增設阻尼反饋系統(tǒng)，達到隨著上游水位升高逐漸開啟泄流、上游水位下降逐漸回關蓄水的目的，使上游水位始終保持在要求的范圍內，即上游正常水位。當作用在閘門門葉上的水壓力與水流對閘門門葉的摩擦力，對轉動中心力矩的和大于閘門門葉自重與運轉機構的阻力，對轉動中心的力矩之和時，閘門開啟度自動加大，直至兩組力矩和相等。閘門在新的開啟度位置保持平衡，反之亦然。

莊河地區(qū)修建的翻板閘，均為雙支點水利自控翻板閘，該翻板閘屬于滾輪連桿型。閘門的門葉，是由面板及支腿組成，支承部分由支墩及固定在支墩上的滾輪、固定在支腿上的軌道以及連接閘門與墩的連桿等部件組成。閘門承受水壓力是依靠面板、支腿、軌道支承于滾輪上，滾輪靠支座固定于混凝土支墩上，連桿控制著閘門的運動軌跡以增加對外力的阻抗，而滾輪與軌道及滾輪與轉軸，連桿與連桿支座軸，在動轉中非常靈活。

2　自控翻板閘的特點

1）原理獨特、結構簡單、制造方便、運行安全。隨上游來水量的增加（或減少）而準確及時地自動加大（或減?。╅l門開度，無需人為操作，不需外加動力，投資省，造價低。對于一般水工建筑物，提升閘門及弧形閘門過于繁瑣的啟閉機構造成了許多不必要的浪費。主要表現(xiàn)為需配專人管理，泄洪不夠及時，閘墩過多影響泄洪，無形中增加額外的投資。

2）洪水過程結束后能準確及時地自動攔截洪水尾水，保住水資源，也為下游枯水期預留部分水量。

3）閘門啟動后，形成門頂、門底同時泄流，門頂溢流能使漂流物順利過閘，門底射流流速高，便于推移質過閘。

4）同一樞紐上的所有翻板閘門，基本能夠在水力作用下同步開啟，不會發(fā)生單寬流量集中的現(xiàn)象，有利于下游穩(wěn)定河床。

5）通過門頂、門底的水流相撞，可消耗一小部分余能，有利于消能防沖。

6）相鄰水力自控翻板閘門之間一般不需要設置閘墩，即使要設置閘墩，其間距也很大，一般達20～50 m，而閘墩的厚度只有0.3～0.8 m，基本不縮窄原河寬，因此對水流阻礙小，過流能力強。

7）基本不改變天然河流斷面上的單寬流量分布，不改變天然河流的河勢與泥沙輸運。

8）施工簡便、造價合理，投資僅為常規(guī)門的50%左右。施工期短，水力自控翻板閘的面板、支腿、支墩等均為鋼筋混凝土預制構件，可與閘壩基礎同步進行構件的預制工作，待閘壩基礎完成后，即可進行安裝。同時，閘體大部分為預制鋼筋混凝土結構，僅支承部分為金屬結構，維修方便，費用低。

9）管理方便安全、省人、省事、省時、省力。

10）由于能準確自動調控水位，在合理使用和利用水資源方面有獨到之處，能解決河床泥沙逐年淤積上升的問題。

3　自控翻板閘的應用

1）用于水庫溢洪道。能自動調節(jié)庫容，發(fā)揮水庫最大效益，又確保水庫安全。實踐證明，其功能非一般常規(guī)閘門所能及。例如，莊河市英納河水庫擴建前，是一座中型水庫，溢流壩段為漿砌石壩，頂部未設置閘門。汛期來水攔蓄不了，汛末又蓄不滿水。為解決汛后蓄水不足問題，1994年在溢流壩頂修建了長142 m，高2.7 m，寬7 m，共20扇的水力自控翻板閘，修建后可增加水庫蓄水1 800多萬m3，等于又建一座中型水庫，效益十分可觀。

2）用于工業(yè)、城市供水?？蓴r蓄河道區(qū)間徑流，常年保證供水。例如，朱隈灌區(qū)的平頂山攔河閘（閘長197 m，高1.8 m×寬7 m×27扇），每年可向黑道電廠供水400萬m3，向莊河城市供水近600萬m3。

3）用于農田灌溉。能自動調節(jié)水位，滿足灌溉用水需要。例如朱隈灌區(qū)，每年水田灌溉只有泡田插秧期需水庫補水，其余時期用水基本靠流域內的4座翻板閘（高1.5 m、1.8 m）攔蓄的水量提供。經多年統(tǒng)計計算，每年向朱隈灌區(qū)提供農業(yè)用水近1 200萬m3，使農業(yè)用水得到了保證。

4）用于跨流域引水?？蓴r蓄流域外的河道區(qū)間徑流，引入水庫增加蓄水量，彌補水庫蓄水的不足。例如朱隈水庫在其上游流域外的河道上修建了兩座高1.5 m的翻板閘，每年可向水庫引水3 000萬m3，引水量十分可觀。

4　應用中應注意的問題

工程建成后，在實際運行中著重注意以下幾個方面：

1）為保護河道及翻板閘安全，嚴禁在翻板閘上、下游1 000 m的河段范圍內采砂、取土。

2）在北方，冬季有供水要求的，應做好閘門前的破冰工作，破冰寬度保證50 cm以上，結冰厚度不超過2 cm。

3）每次洪水過后，應及時清理依附在門板和支腿上的樹枝、木棍等雜物，使閘門板能正常復位攔水。

4）盡量使用翻板閘側面的調節(jié)閘調節(jié)攔河閘蓄水位，在小的洪水來臨時，避免其翻板，減少翻板次數(shù)。

5）門板側止水橡膠易老化漏水，每隔4～5年更換一次。

6）勤觀察，發(fā)現(xiàn)鐵件生銹要及時除銹上漆，鐵件如有變形或損壞應及時維修更換，保證翻板閘蓄水和泄洪的安全。

5　結論

雙支點水力自控翻板閘已廣泛應用于莊河的水利工程中，在防洪、灌溉、工業(yè)和城市供水中起到了重要作用，效益顯著。由于其原理獨特，運行安全，施工簡便，造價合理，尤其是自動啟閉，自控水位準確，運行省人、省事、省時、省力，針對當前水資源短缺，可廣泛應用于供水工程中，值得大力推廣。

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2016-01-01