平底水閘設(shè)計(jì)中閘孔總凈寬計(jì)算的幾個(gè)問題初探

1、陳利華，等:平底水閘設(shè)計(jì)中閘孔總凈寬計(jì)算的幾個(gè)問題初探第8期第12卷第8期2006年8月水利科技與經(jīng)濟(jì)Water Conservancy Science and Technology and Economy平底水閘設(shè)計(jì)中閘孔總凈寬計(jì)算的幾個(gè)問題初探陳利華鄭淑芳2,趙萬華3(I.廉江市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)電，廣東 廉江524400: 2.浙江省第一水電建設(shè)有限公司，杭州 引()051;3.武漢工業(yè)學(xué)院土木系武漢43()023)I摘 要I通過對(duì)廉江市 它規(guī)劃及建成的水閘工程的設(shè)計(jì)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，文獻(xiàn)1|中所給出按 寬頂堰淹沒出流計(jì)算平底閘閘孔達(dá)凈寬2 何算公式中，其計(jì)算結(jié)果相差較大，對(duì)究竟選用哪 一個(gè)公式

2、計(jì)算更經(jīng)濟(jì)合理進(jìn)行了分析并對(duì)閘孔迭凈寬計(jì)算有較大影響的上下游水位落差及 行近流速水頭進(jìn)行了討論。I關(guān)鍵詞I水閘；閘孔迭凈寬;淹沒系數(shù)；過閘落差：行進(jìn)流速水頭中圖分類號(hào)1V66 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼| B |文章編號(hào)|1006 - 7175(2006)08-0510-02陳利華，等:平底水閘設(shè)計(jì)中閘孔總凈寬計(jì)算的幾個(gè)問題初探第8期陳利華，等:平底水閘設(shè)計(jì)中閘孔總凈寬計(jì)算的幾個(gè)問題初探第8期廉江市的水閘類型比較豐富具體來說冇排澇閘、描 潮閘、進(jìn)水閘、分水閘、攔河節(jié)制閘及穿堤涵閘等。通過 對(duì)這一些水閘匚程的設(shè)計(jì)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn).文獻(xiàn)| 1中所給出 的按寬頂堰淹沒出流計(jì)算平底閘閘孔總凈寬兩個(gè)計(jì)算公 式中，計(jì)算結(jié)果和墾

3、較人。究竟選用哪一個(gè)公式計(jì)算更 經(jīng)濟(jì)介理，筆者進(jìn)彳J：了綜介分析.并且対閘孔總凈寬計(jì)算 冇較大影響的上下游水位過閘水位差及行近流速水頭進(jìn) 行了初步討論。1計(jì)算公式的選擇水閘閘幾總凈寬關(guān)系到匸程規(guī)模規(guī)范及匸程投資的 人小，是工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中所首先耍解決的問題Z。對(duì)J：總凈寬計(jì)算，文獻(xiàn)1 附錄A給出了以堰上水頭 為主耍內(nèi)索和以流速水頭為主耍內(nèi)索的站個(gè)計(jì)算公式， 分別描述如下(1) 一般公式。一般公式如b3二 Q/ (O&n 丿(I)式中£為堰流側(cè)收縮系數(shù),，為堰流淹沒系數(shù)：皿為 堰流流帚系數(shù);()為計(jì)入行近流速水頭的堰上水深。(2) 當(dāng)堰流處F高淹沒度(ht/H0 >0.9)

4、時(shí)，也可采用如二 Q/U(血 J2g(/o- /ijJ(2)式中()為淹沒堰流的綜介流昴系數(shù)，九為由堰頂起算的 卜游水深;o為計(jì)入行近流速水頭的堰上水深。據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示廉江市所有設(shè)計(jì)耍除險(xiǎn)加固和新 建的大中型水閘的淹沒度兒/0都在0.92以上，均大J規(guī) 范的臨界數(shù)值0.9。很明顯，這就意味著式(1)和式均可 以用來進(jìn)行計(jì)算確定總凈寬。在我“ 1過去的設(shè)計(jì)過程 中,這個(gè)問題總是被提及，并且反復(fù)討論，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)過 程中，同樣邊界條件和初始條件,式(1)和式(2)計(jì)算閘孔 總凈寬結(jié)果相羞較人.確實(shí)對(duì)工程的規(guī)模和工程的投資 額控制有較大影響。利用文獻(xiàn)I 1中公式A().1 - 1計(jì)算閘孔總凈寬堰流 淹

5、沒系數(shù)。的取值無疑是最關(guān)鍵的因索。與文獻(xiàn)2|公 式的表達(dá)式相同的是文獻(xiàn)1|僅對(duì)淹沒系數(shù)。取值進(jìn)行 了調(diào)整。文獻(xiàn)2淹沒系數(shù)o是根據(jù)別列津卑斯的試驗(yàn) 成果.給出了淹度<() 98時(shí)的淹沒系數(shù)值；同時(shí)根據(jù)原安 徽省水利科學(xué)研究所対某閘高淹沒度堰流水工模型試驗(yàn) 成果,給出了淹沒度=0.99時(shí)的淹沒系數(shù)值。但是別列津 斯棊的試驗(yàn)?zāi)ｌ贄幈旧侠L一尤的邊界條件也與 般平 底閘不同。而文獻(xiàn)| 1|在給出了計(jì)算平底閘堰流淹沒系 數(shù)值的經(jīng)驗(yàn)公式,即公式A. 0.1- 6的同時(shí)，還給出了淹系 數(shù)值表。經(jīng)濟(jì)公式A.O. 6是在南京水利科學(xué)研究院最 新研究成果提供的經(jīng)驗(yàn)公式基礎(chǔ)上，對(duì)梵擬介系數(shù)稍作 修改而成的。南京

6、水利科學(xué)研究院給出的淹沒系數(shù)表中數(shù)據(jù)及擬 介公式是根據(jù)平底水閘典型實(shí)例的試驗(yàn)結(jié)果制定的，并 經(jīng)原型觀測(cè)資料驗(yàn)證，仃較人的實(shí)用性及可靠性。在對(duì)廉江市的水閘除險(xiǎn)加固及新建水閘的設(shè)計(jì)過程 中，對(duì)兩個(gè)公式的計(jì)算進(jìn)行了比較，為了更進(jìn)一步驗(yàn)證， 本文加入了文獻(xiàn)2|計(jì)算公式及南京水利科學(xué)研究院公 式進(jìn)行核算分析比較，結(jié)果見表1。陳利華，等:平底水閘設(shè)計(jì)中閘孔總凈寬計(jì)算的幾個(gè)問題初探第8期陳利華，等:平底水閘設(shè)計(jì)中閘孔總凈寬計(jì)算的幾個(gè)問題初探第8期收稿日期|20()6- (H- ()6作者簡(jiǎn)介陳利華(1974-),男,湖南祁東人，工程師；鄭淑芳(1980-)，女,浙江浦江人,助理工程師；趙萬華(1977-),

7、 男，湖北長(zhǎng)陽人碩士.© 1-2012 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 表1廉江市水閘總凈寬計(jì)算結(jié)果表水閘名稱設(shè)計(jì)流量Q /mvs" 1上游水深/ m下游水深/m過閘水 位差/m行近流 速水頭 / mH / h(、文獻(xiàn)1|公式A.Q 1 - 1文獻(xiàn)1公式A.0.2- I文獻(xiàn)2 公式南京 水科院公式木嶺水閘3 6226. 105.85ft 25(12820.92152171160148高墩水閘2 2006.446.17Q27Q298().9310512111210

8、3背仔河水閘1 6()05. 765.56ft 200. 270.1(1)11510398青水閘3 9607. 817.53ft 280. 290.93160175168157陳利華，等:平底水閘設(shè)計(jì)中閘孔總凈寬計(jì)算的幾個(gè)問題初探第8期對(duì)以上計(jì)算成果進(jìn)行比較分析：文獻(xiàn)| 1|公式結(jié)果比 較接近L比南京水利科學(xué)研究院公式計(jì)算的結(jié)果稍人，比 文獻(xiàn)2公式計(jì)算的結(jié)來小，文獻(xiàn)1公式A. 0. 2- 1結(jié)果 最大。筆者認(rèn)為采用文獻(xiàn)|1公式A.O. 1- 1,并fl在實(shí)際 中應(yīng)用，結(jié)果也比較理想，既經(jīng)濟(jì)乂安全可靠。2過閘水位差取值的選擇文獻(xiàn)1|公式A.0.1- 1計(jì)算閘孔總凈寬，宙公式表達(dá) 式可以看出，本質(zhì)

9、上影響最大的是上卜游的過閘水位差, 肉為過閘水位差決定了淹沒系數(shù)。的值特別是高淹沒度 時(shí)閘孔總凈寬的影響主耍足淹沒系數(shù)。，K它收縮影響 基本上可忽略不計(jì)。因此在水閘設(shè)計(jì)中過閘水位差的采 用對(duì)水閘的匸程造價(jià)和上游淹沒影響關(guān)系極人。如果釆 用較人的過閘水位差.円然可縮減閘孔總凈寬.降低水閘 工程造價(jià)但卻抬高了閘的上游水位，不僅耍加高上游堤 頂高程，而且極有可能增加上游淹沒損失。因此,選用水 閘過閘水位望時(shí)，應(yīng)認(rèn)真處理好節(jié)和水閘高程造價(jià)和減少 上游堤防丁程杲以及淹沒影響等方面的關(guān)系.還要考慮到 當(dāng)?shù)卣膶?shí)際操作能丿人特別是対淹沒影響方面的的協(xié) 調(diào)能力。在各方面條件都允許的情況卜如果采用較人的 過閘

10、水位差(半然耍在合理的范鬧內(nèi)).就可縮減閘孔總凈 寬.降低匸程規(guī)模及投資，有時(shí)可以減少1/3之多。如某水 閘:過閘水位差0. 05 m,總凈寬21. 9m;過閘水位差0. 1 m. 總凈寬18.2 m;過閘水位差0. 2 m.總凈寬僅14.9 m。各類型水閘的上卜游水位差的取值不盡相同.如根據(jù) 文獻(xiàn)I的建議：對(duì)J排澇閘和擋潮閘,為了爭(zhēng)取時(shí)間搶 排盡鼠減免澇情的岀現(xiàn)在計(jì)算閘孔總凈寬時(shí)往往采用 較小的過閘水位差，來達(dá)到增加閘寬的H的;對(duì)進(jìn)水閘 和分水飢 為在低水位情況卜也能獲収較多的流孔 冇 時(shí)也采用較小的過閘水位差；對(duì)攔河節(jié)制閘，為了減輕 上游堤防的負(fù)擔(dān)也不允許過分抬高閘的上游水位內(nèi)此 也采用較

11、小的過閘水位差。在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代只考慮社會(huì)效益不太注豆進(jìn)行經(jīng) 濟(jì)分析河道規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí).一律耍求設(shè)計(jì)過閘水位差為 0.1 m.計(jì)算時(shí)按0. 1 m過閘水位差計(jì)算，出圖時(shí)一般留有 富裕度，凈寬().1 m帶岀1() m。如某閘計(jì)算閘孔總凈寬 81.1 ml|X 9幾10 in.實(shí)際核處過閘水位耒遠(yuǎn) 0. I m。在建 的某節(jié)制閘對(duì)過閘水位差核算僅為0.0125m.閘孔的孔彳i 取整是造成實(shí)際工程的核算過閘水位差小設(shè)計(jì)過閘水 位差原因Z,耍求設(shè)計(jì)過閘水位差為().1 g實(shí)際過閘水 位差必01叫因此筆者建議:在規(guī)劃階段對(duì)設(shè)計(jì)過閘水 位差規(guī)定一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的區(qū)間范圍，如() 1 過閘水位 ： ().15 .n

12、,這樣就可避免過閘水位人過小的情況發(fā)生。更值得一提的是那些人量的溝口涵閘和穿堤押水閘, 因控制流域面積小,作物種植結(jié)構(gòu)又允許,卜游防沖因外 河興水與人河溝來水組合情況不同U采取消能和防沖措 施，加大過閘水位差是完全可行的。溝口涵閘和穿堤排水 閘洞身對(duì)造價(jià)影響最大，過閘水位差加大閘孔尺寸減 小洞身匸程量減少，就可以有效降低匸程造價(jià)，廉江市的 這-類型水閘就特別考電了這-情況。經(jīng)核算.采取水位 差大多在0. 15- 0.30 m,實(shí)際上減少了投資額在1/3左右。當(dāng)然過閘水位差的加人會(huì)使閘幾總凈寬減小單寬流 1：相應(yīng)加大，對(duì)下游消能有不利的一面。經(jīng)分析，過閘水 位差在規(guī)范規(guī)定().15 ().3叫單

13、寬流都在允許范 圍內(nèi),結(jié)合消能防沖措施的加強(qiáng)，能夠起到比較好的效果。 對(duì)于河道中的節(jié)制閘工程,F游消能防沖一般不受排澇及 泄洪條件的控制.而是受蒂水期卜游水位很低或卜游無水 等惡劣放水條件控制的.此時(shí)可以通過對(duì)閘門的開啟周度 的控制限制單寬流磺，來滿足卜游消能防沖設(shè)施的設(shè)汁耍 求。3行進(jìn)流速水頭由平原河道過閘水位差定得很小行進(jìn)流速水頭雖 然不人，但相対比重不小，因此耍利用好這寶貴的行進(jìn)流 速水頭，實(shí)際上許多工程在設(shè)計(jì).特別是小型水閘.這一部 分行進(jìn)流速水頭，往往被忽略掉了。在計(jì)算閘孔總凈寬 時(shí),行進(jìn)流速水頭必須考慮進(jìn)去.如11江市已建成使用的 某節(jié)制閘總凈寬為60 m.該閘閘址處河道底寬77

14、mI：游 河道斷面底寬37 m.形成了所潸 大肚子"閘。采用新文獻(xiàn) 1公式A.().】1按i殳計(jì)過閘水位差為0. Im核算該閘總 凈寬僅為34. 2 m.這就意味著1()孔6 m僅需6孔6 m。核算 實(shí)際過閘水位差時(shí)出現(xiàn)負(fù)值.出現(xiàn)負(fù)值說明行進(jìn)流速水頭 起的作用。按老規(guī)范不考慮行進(jìn)流速水頭計(jì)算閘孔總凈 寬為55 m取1()孔6 m,能大肚子”就這樣行成了。通過対廉江市的一條河流治理匸程中部分新建水閘 按設(shè)計(jì)條件計(jì)入仃進(jìn)流速水頭和個(gè)計(jì)彳J進(jìn)流速水頭分別 對(duì)閘孔總凈寬進(jìn)行計(jì)算分析.可知行進(jìn)流速水頭對(duì)閘孔總 凈寬的彩響是很人的，人流靈時(shí)影響更映，不計(jì)彳J：進(jìn)流速 水頭比計(jì)入行進(jìn)流速水頭閘孔總凈寬多算1/3。行進(jìn)流速水頭計(jì)算斷而的選取規(guī)范亦有建議：在計(jì) 算行進(jìn)流速水頭時(shí),斷面應(yīng)選距堰的上游3 5倍上游水 深，翼墻以上上游河道斷而，該斷而為漸變流動(dòng)的區(qū)域。 筆者發(fā)現(xiàn)，有些計(jì)算機(jī)程序在計(jì)算行進(jìn)流速中的斷面面積 直接釆用閘總寬乘以閘上水深，顯然是不對(duì)的，與規(guī)范的 規(guī)定不符介如水利水電工程PC- 150()程序集中的D -4就是這類情況。有些計(jì)算機(jī)程序忽略上游流速水頭. 同樣是不對(duì)的。以上情況對(duì)丁有程序清單的，可修改源程 序;對(duì)】已編譯的程序見不著程序清單的，使用時(shí)要格外 注意，