灌溉渠道水力自動(dòng)控制閘門運(yùn)行穩(wěn)定問題分析

叢 鷹

(新疆自治區(qū)瑪納斯河流域管理局，新疆 石河子 832000)

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灌溉渠道水力自動(dòng)控制閘門運(yùn)行穩(wěn)定問題分析

叢 鷹

(新疆自治區(qū)瑪納斯河流域管理局，新疆 石河子 832000)

在灌溉渠道運(yùn)行的過程中，常常需要結(jié)合渠道水位、流量等信息，并利用水力自動(dòng)控制閘門實(shí)現(xiàn)渠道運(yùn)行效率的控制，從而使水資源得到高效利用。基于這種認(rèn)識(shí)，以某項(xiàng)引水明渠建設(shè)工程為例，對灌溉渠道水力自動(dòng)控制閘門的運(yùn)行穩(wěn)定問題展開闡述分析，為實(shí)現(xiàn)節(jié)制分水閘的合理利用提供參考。

灌溉渠道；水力自動(dòng)控制閘門；運(yùn)行穩(wěn)定問題

使用水力自動(dòng)控制閘門，可以根據(jù)灌溉渠道的運(yùn)行信息實(shí)現(xiàn)渠道水位、流量的控制，從而滿足用戶用水需要。而在洪水時(shí)期，利用水力自動(dòng)控制閘門還能通過從渠道中引水改善輸水效率，并實(shí)現(xiàn)水資源的高效利用。但想要達(dá)成這一目標(biāo)，還要確保閘門運(yùn)行穩(wěn)定。因此，相關(guān)人員還應(yīng)加強(qiáng)水力自動(dòng)控制閘門運(yùn)行穩(wěn)定問題的分析，以便實(shí)現(xiàn)節(jié)制分水閘的合理利用。

1 工程概況

在2014年新疆瑪納斯河灌區(qū)節(jié)水改造工程中，需完成東岸大渠8 km過河涵洞段項(xiàng)目的建設(shè)。在該項(xiàng)目施工過程中，需完成0.93 km引水明渠建設(shè)，并完成節(jié)制分水閘的建設(shè)，以實(shí)現(xiàn)灌溉渠道水力的自動(dòng)控制。而該工程需要從跨馬河渡槽引水，為滿足生態(tài)水系的水質(zhì)要求，還需對跨馬河河水進(jìn)行沉砂處理，即在跨馬河渡槽上游引水渠道上完成沉砂池布置。受跨河建筑物的限制，需確保沉砂池處理能力達(dá)到渠道最大引水流量，所以沉砂池設(shè)計(jì)流量為18 m3/s[1]。此外，為滿足渡槽上游引水渠道退洪40 m3/s要求，校核流量需達(dá)到40 m3/s。

2 水力自動(dòng)控制閘門運(yùn)行穩(wěn)定問題分析

2.1 灌溉渠道水力自動(dòng)控制閘門運(yùn)行原理

所謂的水力自動(dòng)控制閘門，其實(shí)就是能夠?qū)崿F(xiàn)水力自動(dòng)控制的節(jié)制閘門。從運(yùn)行原理上來看，渠道上的節(jié)制閘主要通過閘門啟閉進(jìn)行上游水位和下泄流量的調(diào)節(jié)，以滿足下一級渠道的分水需求，也能夠通過截?cái)嗨鳛殚l后渠道的檢修提供便利。通常的情況下，節(jié)制閘在分水閘和泄水閘的稍下游建設(shè)，可以通過抬高水位為分水和泄流提供便利。如果將節(jié)制閘建設(shè)在渡槽或倒虹吸管的稍上游，則可以控制水流量，并為事故檢修提供便利。

2.2 引水渠道上的節(jié)制分水閘設(shè)計(jì)

為滿足工程設(shè)計(jì)要求，需在引水渠道樁號0+514處完成節(jié)制分水閘設(shè)計(jì)。而其最大過流量設(shè)為40 m3/s，最大過流量設(shè)為18 m3/s，分水角度為49°。下表1為各閘孔過流能力計(jì)算結(jié)果，節(jié)制閘為3孔，孔寬2.5 m。而分水閘為2孔，位于節(jié)制閘左側(cè)，孔寬3.5 m。

表1 閘孔水力計(jì)算分析表

在實(shí)際建設(shè)的過程中，節(jié)制閘閘門為2.5 m×2.5 m的平板鋼閘門[2]。閘后有15 m長消力池，池深1.0 m，邊墻高3 m，為混凝土重力式結(jié)構(gòu)。在消力池后，連接有20 m長扭面和50 m長漿砌石海曼段。在閘門運(yùn)行的過程中，需使用3臺(tái)5 t手電兩用螺桿啟閉機(jī)進(jìn)行閘門啟閉控制。為實(shí)現(xiàn)閘門自動(dòng)控制，在水閘上方完成了面積為30m2的彩鋼閘房設(shè)置。在分水閘建設(shè)上，閘門為2.5 m×2.5 m的平板鋼閘門[3]。在閘門運(yùn)行的過程中，需使用3臺(tái)5 t手電兩用螺桿啟閉機(jī)進(jìn)行閘門啟閉控制。為實(shí)現(xiàn)閘門自動(dòng)控制，在水閘上方完成了面積為30 m2的彩鋼閘房設(shè)置。

2.3 沉砂池的沖砂閘和節(jié)水閘設(shè)計(jì)

按照工程建設(shè)目標(biāo)，在到達(dá)洪水期時(shí)，如果滿足引水要求，就能從東岸大渠引水沖砂。根據(jù)現(xiàn)場地形情況，需采用條渠型的沉砂池，總長379.5 m。而沖砂閘為潛孔閘，孔寬和高均為2 m[4]。側(cè)向沖砂閘需設(shè)置在沉砂池單側(cè)，間隔50 cm，在沖砂廊道末端匯合。而設(shè)計(jì)的分水閘為三孔閘室，主要起到向沉砂池引水和泄洪的作用。按照兩側(cè)單孔泄洪的方式，分水閘設(shè)計(jì)流量為20 m3/s，而沉砂池引水設(shè)計(jì)流量為9 m3/s。在實(shí)際運(yùn)行的過程中，由中間閘室向引水渠引水，設(shè)計(jì)流量為18 m3/s。閘門尺寸為6.0 m×2.5 m，為弧形鋼閘門。在進(jìn)行閘門運(yùn)行控制時(shí)，需使用2×8 t電動(dòng)螺桿啟閉機(jī)。

2.4 閘門運(yùn)行穩(wěn)定問題分析

在實(shí)際進(jìn)行閘門運(yùn)行控制時(shí)，還應(yīng)做好水閘凈寬計(jì)算，才能確保閘門穩(wěn)定運(yùn)行。根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》SL265-2001的內(nèi)容可知，平底閘的閘門凈寬需要利用下式(1)進(jìn)行計(jì)算。

B0=Q/σ×ε×m(2 g)0.5(H0)3/2

(1)

式中：Q為過閘流量，B0為閘孔總凈寬，ε為堰流側(cè)收縮系數(shù)，σ為堰流淹沒系數(shù)，m為堰流流量系數(shù)，g為重力加速度，Ho為堰上水深。通過查表計(jì)算，可得如下表2的水力分析結(jié)果。而沉砂池分水閘的閘孔凈寬應(yīng)該為5.5 m，引水渠分水閘的閘孔凈寬應(yīng)為6 m。為方便檢修，可將沉砂池分水閘閘孔寬設(shè)計(jì)為6 m。

表2 分水閘水力計(jì)算分析表

在春夏季洪水期，將使用兩室同時(shí)開展沉砂工作。而沉砂池的工作流量為18 m3/s，設(shè)計(jì)最小沖砂流量為5 m3/s。在進(jìn)行閘門運(yùn)行控制時(shí)，需使各池的流量保持一致，并在池內(nèi)泥沙淤積厚度接近3.5 m時(shí)開始進(jìn)行池室輪流清砂。此時(shí)，需將一個(gè)沉砂池分水閘關(guān)閉，以停止向該沉砂池供水。然后，需將第一個(gè)測向沖砂閘開啟，并直至池內(nèi)水被泄空[5]。在此基礎(chǔ)上，可將分水閘開啟，然后通過引水沖砂，并依次將單個(gè)側(cè)向沖沙閘開啟。直至全部側(cè)向沖沙閘開啟后，可將末端沖沙閘開啟，以實(shí)現(xiàn)在泄洪期引洪沖砂的目的。

2.5 確保閘門運(yùn)行穩(wěn)定的操作

在對沉砂池的閘門進(jìn)行操作時(shí)，需按照一定規(guī)程確保閘門運(yùn)行穩(wěn)定。首先，應(yīng)確保過閘水流平衡，應(yīng)避免出現(xiàn)折中水流、旋渦、集中水流和回流等流態(tài)。同時(shí)，應(yīng)避免在下游水位降落過快時(shí)將閘門關(guān)閉或減少過閘流量。在閘門運(yùn)行過程中，應(yīng)避免其處在震動(dòng)位置。利用閘門泄水時(shí)，應(yīng)確保閘門開啟高度適中，以免泄水量超出排砂道過流能力。其次，閘門應(yīng)由熟練人員進(jìn)行監(jiān)護(hù)、操作，并確保及時(shí)、準(zhǔn)確，以確保閘門的安全運(yùn)行[6]。在采用人工方式進(jìn)行啟閉時(shí)，需先斷開電源，并嚴(yán)禁在閉門時(shí)松開制動(dòng)器。完成啟閉操作后，需立即將遙柄取下。針對裝有鎖定裝置的閘門，需在閘門開啟前將鎖定裝置打開。如利用兩臺(tái)啟閉機(jī)進(jìn)行同一閘門控制，需實(shí)現(xiàn)同步控制。最后，在閘門啟閉過程中，如發(fā)現(xiàn)停滯、沉重等異?，F(xiàn)象，需立即停車處理。而在閘門啟閉達(dá)最大開度或閘底時(shí)，應(yīng)注意及時(shí)停車。如遭遇閘門關(guān)閉不嚴(yán)情況，應(yīng)及時(shí)查明原因并處理[7]。此外，應(yīng)安排專人負(fù)責(zé)記錄閘門操作，并將啟閉依據(jù)、操作中異常現(xiàn)象、上下游水位和流態(tài)、啟閉過程等內(nèi)容記錄下來，然后妥善保存，以供調(diào)用。

2.6 自控閘門運(yùn)行效果分析

相較于傳統(tǒng)閘門，采用自控閘門能夠?qū)崿F(xiàn)灌溉渠道水力的自動(dòng)控制，能夠確保閘孔凈寬滿足渠道過流和沖砂池的沖砂需求，并且較好的在泄洪期實(shí)現(xiàn)引洪沖砂的目的。而通過采取這些措施，則能使流量波上下傳遞造成的不穩(wěn)定現(xiàn)象得到消除。因此，相較于傳統(tǒng)閘門，自動(dòng)控制閘門的運(yùn)行穩(wěn)定性明顯更佳。

3 結(jié)語

要使灌溉渠道水力自動(dòng)控制閘門運(yùn)行穩(wěn)定，還要加強(qiáng)分水閘的設(shè)計(jì)和建設(shè)。而結(jié)合自動(dòng)控制閘門的運(yùn)行原理進(jìn)行閘門設(shè)計(jì)，則能確保閘孔凈寬滿足渠道過流和沖砂池的沖砂需求，從而較好的在泄洪期實(shí)現(xiàn)引洪沖砂的目的，并使流量波上下傳遞造成的不穩(wěn)定現(xiàn)象得到消除。此外，在閘門運(yùn)行管理的過程中，還應(yīng)加強(qiáng)閘門控制管理，以確保閘門的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。因此，相較于傳統(tǒng)閘門，自動(dòng)控制閘門的運(yùn)行穩(wěn)定性明顯更佳。

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2016-12-22

叢鷹(1979-)，男，江蘇南通人，主要從事渠系電力系統(tǒng)方面工作。

S275.3

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1004-1184(2017)02-0092-02