平底水闸设计中闸孔总净宽计算的几个问题初探

1、陈利华，等:平底水闸设计中闸孔总净宽计算的几个问题初探第8期第12卷第8期2006年8月水利科技与经济Water Conservancy Science and Technology and Economy平底水闸设计中闸孔总净宽计算的几个问题初探陈利华郑淑芳2,赵万华3(I.廉江市水利水电勘测设计电，广东 廉江524400: 2.浙江省第一水电建设有限公司，杭州 引()051;3.武汉工业学院土木系武汉43()023)I摘 要I通过对廉江市 它规划及建成的水闸工程的设计实践中发现，文献1|中所给出按 宽顶堰淹没出流计算平底闸闸孔达净宽2 何算公式中，其计算结果相差较大，对究竟选用哪 一个公式

2、计算更经济合理进行了分析并对闸孔迭净宽计算有较大影响的上下游水位落差及 行近流速水头进行了讨论。I关键词I水闸；闸孔迭净宽;淹没系数；过闸落差：行进流速水头中图分类号1V66 文献标识码| B |文章编号|1006 - 7175(2006)08-0510-02陈利华，等:平底水闸设计中闸孔总净宽计算的几个问题初探第8期陈利华，等:平底水闸设计中闸孔总净宽计算的几个问题初探第8期廉江市的水闸类型比较丰富具体來说冇排涝闸、描 潮闸、进水闸、分水闸、拦河节制闸及穿堤涵闸等。通过 对这一些水闸匚程的设计实践中发现.文献| 1中所给出 的按宽顶堰淹没出流计算平底闸闸孔总净宽两个计算公 式中，计算结果和垦

3、较人。究竟选用哪一个公式计算更 经济介理，笔者进彳J：了综介分析.并且対闸孔总净宽计算 冇较大影响的上下游水位过闸水位差及行近流速水头进 行了初步讨论。1计算公式的选择水闸闸几总净宽关系到匸程规模规范及匸程投资的 人小，是工程规划设计中所首先耍解决的问题Z。对J：总净宽计算，文献1 附录A给出了以堰上水头 为主耍内索和以流速水头为主耍内索的站个计算公式， 分别描述如下(1) 一般公式。一般公式如b3二 Q/ (O&n 丿(I)式中£为堰流侧收缩系数,，为堰流淹没系数：皿为 堰流流帚系数;()为计入行近流速水头的堰上水深。(2) 当堰流处F高淹没度(ht/H0 >0.9)

4、时，也可采用如二 Q/U(血 J2g(/o- /ijJ(2)式中()为淹没堰流的综介流昴系数，九为由堰顶起算的 卜游水深;o为计入行近流速水头的堰上水深。据统计结果显示廉江市所有设计耍除险加固和新 建的大中型水闸的淹没度儿/0都在0.92以上，均大J规 范的临界数值0.9。很明显，这就意味着式(1)和式均可 以用来进行计算确定总净宽。在我“ 1过去的设计过程 中,这个问题总是被提及，并且反复讨论，因为在设计过 程中，同样边界条件和初始条件,式(1)和式(2)计算闸孔 总净宽结果相羞较人.确实对工程的规模和工程的投资 额控制有较大影响。利用文献I 1中公式A().1 - 1计算闸孔总净宽堰流 淹

5、没系数。的取值无疑是最关键的因索。与文献2|公 式的表达式相同的是文献1|仅对淹没系数。取值进行 了调整。文献2淹没系数o是根据别列津卑斯的试验 成果.给出了淹度<() 98时的淹没系数值；同时根据原安 徽省水利科学研究所対某闸高淹没度堰流水工模型试验 成果,给出了淹没度=0.99时的淹没系数值。但是别列津 斯棊的试验模熨棊本上绘一尤的边界条件也与 般平 底闸不同。而文献| 1|在给出了计算平底闸堰流淹没系 数值的经验公式,即公式A. 0.1- 6的同时，还给出了淹系 数值表。经济公式A.O. 6是在南京水利科学研究院最 新研究成果提供的经验公式基础上，对梵拟介系数稍作 修改而成的。南京

6、水利科学研究院给出的淹没系数表中数据及拟 介公式是根据平底水闸典型实例的试验结果制定的，并 经原型观测资料验证，仃较人的实用性及可靠性。在对廉江市的水闸除险加固及新建水闸的设计过程 中，对两个公式的计算进行了比较，为了更进一步验证， 本文加入了文献2|计算公式及南京水利科学研究院公 式进行核算分析比较，结果见表1。陈利华，等:平底水闸设计中闸孔总净宽计算的几个问题初探第8期陈利华，等:平底水闸设计中闸孔总净宽计算的几个问题初探第8期收稿日期|20()6- (H- ()6作者简介陈利华(1974-),男,湖南祁东人，工程师；郑淑芳(1980-)，女,浙江浦江人,助理工程师；赵万华(1977-),

7、 男，湖北长阳人硕士.© 1-2012 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 表1廉江市水闸总净宽计算结果表水闸名称设计流量Q /mvs" 1上游水深/ m下游水深/m过闸水 位差/m行近流 速水头 / mH / h(、文献1|公式A.Q 1 - 1文献1公式A.0.2- I文献2 公式南京 水科院公式木岭水闸3 6226. 105.85ft 25(12820.92152171160148高墩水闸2 2006.446.17Q27Q298().9310512111210

8、3背仔河水闸1 6()05. 765.56ft 200. 270.1(1)11510398青水闸3 9607. 817.53ft 280. 290.93160175168157陈利华，等:平底水闸设计中闸孔总净宽计算的几个问题初探第8期对以上计算成果进行比较分析：文献| 1|公式结果比 较接近L比南京水利科学研究院公式计算的结果稍人，比 文献2公式计算的结來小，文献1公式A. 0. 2- 1结果 最大。笔者认为采用文献|1公式A.O. 1- 1,并fl在实际 中应用，结果也比较理想，既经济乂安全可靠。2过闸水位差取值的选择文献1|公式A.0.1- 1计算闸孔总净宽，宙公式表达 式可以看出，本质

9、上影响最大的是上卜游的过闸水位差, 肉为过闸水位差决定了淹没系数。的值特别是高淹没度 时闸孔总净宽的影响主耍足淹没系数。，K它收缩影响 基本上可忽略不计。因此在水闸设计中过闸水位差的采 用对水闸的匸程造价和上游淹没影响关系极人。如果釆 用较人的过闸水位差.円然可缩减闸孔总净宽.降低水闸 工程造价但却抬高了闸的上游水位，不仅耍加高上游堤 顶高程，而且极有可能增加上游淹没损失。因此,选用水 闸过闸水位望时，应认真处理好节和水闸高程造价和减少 上游堤防丁程杲以及淹没影响等方面的关系.还要考虑到 当地政府的实际操作能丿人特别是対淹没影响方面的的协 调能力。在各方面条件都允许的情况卜如果采用较人的 过闸

10、水位差(半然耍在合理的范鬧内).就可缩减闸孔总净 宽.降低匸程规模及投资，有时可以减少1/3之多。如某水 闸:过闸水位差0. 05 m,总净宽21. 9m;过闸水位差0. 1 m. 总净宽18.2 m;过闸水位差0. 2 m.总净宽仅14.9 m。各类型水闸的上卜游水位差的取值不尽相同.如根据 文献I的建议：对J排涝闸和挡潮闸,为了争取时间抢 排尽鼠减免涝情的岀现在计算闸孔总净宽时往往采用 较小的过闸水位差，来达到增加闸宽的H的;对进水闸 和分水飢 为在低水位情况卜也能获収较多的流孔 冇 时也采用较小的过闸水位差；对拦河节制闸，为了减轻 上游堤防的负担也不允许过分抬高闸的上游水位内此 也采用较

11、小的过闸水位差。在计划经济时代只考虑社会效益不太注豆进行经 济分析河道规划设计时.一律耍求设计过闸水位差为 0.1 m.计算时按0. 1 m过闸水位差计算，出图时一般留有 富裕度，净宽().1 m带岀1() m。如某闸计算闸孔总净宽 81.1 ml|X 9几10 in.实际核处过闸水位耒远 0. I m。在建 的某节制闸对过闸水位差核算仅为0.0125m.闸孔的孔彳i 取整是造成实际工程的核算过闸水位差小设计过闸水 位差原因Z,耍求设计过闸水位差为().1 g实际过闸水 位差必01叫因此笔者建议:在规划阶段对设计过闸水 位差规定一个经济合理的区间范围，如() 1 过闸水位 ： ().15 .n

12、,这样就可避免过闸水位人过小的情况发生。更值得一提的是那些人量的沟口涵闸和穿堤押水闸, 因控制流域面积小,作物种植结构又允许,卜游防冲因外 河兴水与人河沟來水组合情况不同U采取消能和防冲措 施，加大过闸水位差是完全可行的。沟口涵闸和穿堤排水 闸洞身对造价影响最大，过闸水位差加大闸孔尺寸减 小洞身匸程量减少，就可以有效降低匸程造价，廉江市的 这-类型水闸就特别考电了这-情况。经核算.采取水位 差大多在0. 15- 0.30 m,实际上减少了投资额在1/3左右。当然过闸水位差的加人会使闸几总净宽减小单宽流 1：相应加大，对下游消能有不利的一面。经分析，过闸水 位差在规范规定().15 ().3叫单

13、宽流都在允许范 围内,结合消能防冲措施的加强，能够起到比较好的效果。 对于河道中的节制闸工程,F游消能防冲一般不受排涝及 泄洪条件的控制.而是受蒂水期卜游水位很低或卜游无水 等恶劣放水条件控制的.此时可以通过对闸门的开启周度 的控制限制单宽流磺，來满足卜游消能防冲设施的设汁耍 求。3行进流速水头由平原河道过闸水位差定得很小行进流速水头虽 然不人，但相対比重不小，因此耍利用好这宝贵的行进流 速水头，实际上许多工程在设计.特别是小型水闸.这一部 分行进流速水头，往往被忽略掉了。在计算闸孔总净宽 时,行进流速水头必须考虑进去.如11江市已建成使用的 某节制闸总净宽为60 m.该闸闸址处河道底宽77

14、mI：游 河道断面底宽37 m.形成了所潸 大肚子"闸。采用新文献 1公式A.().】1按i殳计过闸水位差为0. Im核算该闸总 净宽仅为34. 2 m.这就意味着1()孔6 m仅需6孔6 m。核算 实际过闸水位差时出现负值.出现负值说明行进流速水头 起的作用。按老规范不考虑行进流速水头计算闸孔总净 宽为55 m取1()孔6 m,能大肚子”就这样行成了。通过対廉江市的一条河流治理匸程中部分新建水闸 按设计条件计入仃进流速水头和个计彳J进流速水头分别 对闸孔总净宽进行计算分析.可知行进流速水头对闸孔总 净宽的彩响是很人的，人流灵时影响更映，不计彳J：进流速 水头比计入行进流速水头闸孔总净宽多算1/3。行进流速水头计算断而的选取规范亦有建议：在计 算行进流速水头时,断面应选距堰的上游3 5倍上游水 深，翼墙以上上游河道断而，该断而为渐变流动的区域。 笔者发现，有些计算机程序在计算行进流速中的断面面积 直接釆用闸总宽乘以闸上水深，显然是不对的，与规范的 规定不符介如水利水电工程PC- 150()程序集中的D -4就是这类情况。有些计算机程序忽略上游流速水头. 同样是不对的。以上情况对丁有程序清单的，可修改源程 序;对】已编译的程序见不着程序清单的，使用时要格外 注意，