淺析閘孔寬度確定的影響因素

□沈曉青

淺析閘孔寬度確定的影響因素

□沈曉青

本文分析確定合理閘室寬度的兩個(gè)主要影響因素過閘水位差和行進(jìn)流速水頭，并提出確定合理閘室寬度的建議。

閘室總凈寬；過閘水位差；行進(jìn)流速水頭

某節(jié)制閘先后建于1977年和1978年，鋼筋混凝土閘門段，設(shè)有8孔閘門，凈寬4m，閘底高程17.05m，設(shè)計(jì)流量207 m3/s；升臥式閘門段3孔閘門，門凈寬6m，閘底高程17.00m，設(shè)計(jì)流量225m3/s；合計(jì)流量432 m3/s，設(shè)計(jì)水位23.00m。

1.存在問題

該閘運(yùn)行至今已30多年，出現(xiàn)了一系列的問題：混凝土閘門損壞嚴(yán)重，風(fēng)化、剝落、露筋嚴(yán)重，閘門疏松不能啟吊，已處于癱瘓狀態(tài)；機(jī)電設(shè)備陳舊，配電柜及輸電線路老化嚴(yán)重；啟閉設(shè)備老化、磨損，已不能正常運(yùn)行；機(jī)架橋、T梁及排架柱混凝土風(fēng)化、露筋嚴(yán)重，部分有裂縫現(xiàn)象；上下游護(hù)砌由于受河水和雨水長(zhǎng)時(shí)間沖刷，損壞嚴(yán)重；管理房破舊，漏雨嚴(yán)重，給閘管人員帶來不便等。

經(jīng)安全鑒定該閘為Ⅳ類閘，并對(duì)原閘進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，原閘閘室抗滑穩(wěn)定、底板強(qiáng)度及消能防沖均不滿足規(guī)范要求，故對(duì)原閘進(jìn)行拆除重建。

2.閘孔寬度的計(jì)算

根據(jù)原有節(jié)制閘的功能及規(guī)劃要求，經(jīng)水文復(fù)核，該閘設(shè)計(jì)排瀝流量366m3/s，最高節(jié)制蓄水位22.50m，下游排瀝水位22.37m。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，該閘上游河道寬97.5m，邊坡為1：4，梯形斷面。

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》，對(duì)于平底閘，當(dāng)堰流處于高淹沒度（hs/H0≥0.9）時(shí)，閘孔總凈寬可按照下式計(jì)算：

式中：

B0—閘孔總凈寬（m）；

Q—過閘流量（m3/s）；

μ0—淹沒堰流的綜合流量系數(shù)；

hs—由堰頂算起的下游水深（m）；

H0—計(jì)入行進(jìn)流速水頭的堰上水深（m）；

g—重力加速度，可采用9.81（m3/s）。

2.1 過閘水位差的選取

過閘水位差的采用，對(duì)水閘的工程造價(jià)和上游淹沒影響等關(guān)系極大。如果采用過大的過閘水位差，固然可縮減閘孔總凈寬，降低水閘的工程造價(jià)，但卻抬高了閘的上游水位，不僅要加高上游堤頂高程，而且有可能增加上游淹沒損失。在平原地區(qū)，對(duì)于攔河節(jié)制閘，為了減輕上游堤防的負(fù)擔(dān)，不允許過分抬高水閘上游水位，因此一般采用較小的過閘水位差。一般情況下，平原地區(qū)水閘的過閘水位差可采用0.1m～0.3m。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)分別取0.1m、0.2m和0.3m的過閘水位差時(shí)，閘孔總凈寬為50.66m、38.05m和32.96m。考慮采用的閘孔總凈寬要略大于計(jì)算值3%～5%為宜，同時(shí)閘室總寬度大體上應(yīng)與上下游河道寬度相適應(yīng)，一般當(dāng)河道寬度小于100m時(shí)，閘室總寬度與河道總寬度比值一般在0.6～0.75之間。此外也應(yīng)考慮下游消能防沖布置，如采用閘孔總凈寬過小，使過閘單寬流量過大，將增加閘下游消能防沖布置的困難。故結(jié)合水閘的功能、特點(diǎn)、運(yùn)用要求及河道的規(guī)劃情況綜合考慮，取0.1m的過閘水位差。

2.2 行進(jìn)流速水頭的影響

上游河道寬97.5m，邊坡為1∶4，梯形斷面，過閘水位差0.1m，當(dāng)計(jì)入行進(jìn)流速水頭時(shí)，計(jì)算閘室總凈寬為50.66m。

如果在上述計(jì)算過程中忽略行進(jìn)流速水頭時(shí)，閘室總凈寬為55.58m。經(jīng)計(jì)算，不計(jì)行進(jìn)流速水頭所計(jì)算的閘室總凈寬與計(jì)入流速水頭相差約10%。由此，計(jì)算在同等條件下，隨著流量增加，閘室總凈寬受行進(jìn)流速水頭的影響程度。如下表，隨著流量越大，行進(jìn)流速水頭的影響變大。

由計(jì)算可知，行進(jìn)流速水頭對(duì)閘室總凈寬的影響很大，不可忽略不計(jì)，在流量較大時(shí)，影響更甚。此外，對(duì)于行進(jìn)流速水頭的選取，也應(yīng)注意，在計(jì)算行進(jìn)流速水頭時(shí)，斷面應(yīng)選擇距離閘的上游3～5倍上游水深，翼墻以上上游河道的斷面，該斷面為漸變流動(dòng)的區(qū)域。

對(duì)于多孔閘，當(dāng)閘孔孔數(shù)少時(shí)，為了便于閘門的對(duì)稱開啟，是過閘水流均勻，避免發(fā)生偏流，造成閘下的局部沖刷，同時(shí)使閘室結(jié)構(gòu)受力對(duì)稱，有利于工程安全運(yùn)行，閘孔的孔數(shù)以采用單數(shù)為宜，因此選定閘室采用7孔，凈寬8m。

3.結(jié)語(yǔ)

閘室總凈寬的確定需要充分考慮過閘水位差和行進(jìn)流速水頭這兩個(gè)主要影響因素。水閘的總凈寬在一定程度上決定了工程的規(guī)模，如果采用的閘孔總凈寬過小，使過閘單寬流量過大，將增加閘下游消能防沖布置的困難，甚至影響水閘工程的安全；反之，如果采用的閘孔總凈寬過大，使過閘單寬流量過小，則工程量增加，造成浪費(fèi)。因此確定合理的閘室總凈寬是一個(gè)綜合經(jīng)濟(jì)分析比較優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程，應(yīng)引起高度重視?！?/p>

2016-05-06

沈曉青，女，漢族，河北省水利水電第二勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,工程師。