黃 璐 王 鼎 朱文彪（江蘇省灌溉總渠管理處 淮安 223200）

科技論壇

小水位差下平底平板門(mén)水閘閘孔出流的判別

黃 璐 王 鼎 朱文彪
（江蘇省灌溉總渠管理處 淮安 223200）

孔流與堰流的界限不僅與e/h有關(guān)，還受閘上下游水位影響。本文通過(guò)分析南運(yùn)西閘流量測(cè)驗(yàn)實(shí)例，闡述了在小水位差下僅以e/h值判別堰流或孔流是不夠的，通過(guò)查閱文獻(xiàn)、規(guī)范，采用新的流量判別式，正確地判別了流態(tài)，為工程調(diào)度運(yùn)行和資料整編工作提供準(zhǔn)確資料。

水閘 小水位差 堰流 孔流

1 引言

在水利工程中，閘門(mén)是用于控制水流最為常見(jiàn)的形式。受閘門(mén)控制的水閘，過(guò)閘流態(tài)常有堰流和閘孔出流兩種不同的水流現(xiàn)象。堰流時(shí)由于閘門(mén)對(duì)水流不起控制作用，水面線(xiàn)為一條光滑的降落曲線(xiàn)；閘孔出流時(shí)由于水流受到閘門(mén)的控制作用，閘孔上、下游的水面是不連續(xù)的（如圖1所示）。

堰流和閘孔出流邊界條件的差異，使得水流特征及過(guò)水能力也不相同。對(duì)于具有閘門(mén)控制的同一過(guò)流建筑物，堰流和閘孔出流可以相互轉(zhuǎn)化，這種水流的轉(zhuǎn)化條件不僅與閘孔的相對(duì)開(kāi)度有關(guān)，還與閘底坎及閘門(mén)的型式有關(guān)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)，平底閘堰流和閘孔出流的判別條件如下：

為了計(jì)算簡(jiǎn)便，當(dāng)閘前水深較大而行進(jìn)流速較小時(shí)，近似地取閘前水頭為閘前水深。

e—閘門(mén)開(kāi)度；

H—閘前水頭；

hc—收縮斷面水深；

hk—臨界水深；

hL—下游水深。

2 問(wèn)題提出

3 工程實(shí)例

江蘇省南運(yùn)西閘位于江蘇省寶應(yīng)縣范水鎮(zhèn)南5km處的大運(yùn)河西堤上，由節(jié)制閘和船閘組成，上游為寶應(yīng)湖,下游為京杭大運(yùn)河。該閘共6孔，每孔凈寬6.0m，閘上游多年（1974～2013年）平均水位為6.01m，閘下游多年平均水位為6.47m。

圖1（1）（2）閘孔出流，（3）（4）堰流

南運(yùn)西閘始建于1970年11月，1973年4月竣工，系江蘇省淮河入江水道工程的一部分，工程的主要任務(wù)是：配合寶應(yīng)湖退水閘、北運(yùn)西閘向大運(yùn)河排泄寶應(yīng)湖、白馬湖295km2的澇水。必要時(shí)經(jīng)江蘇省廳批準(zhǔn)可進(jìn)行反向引水，彌補(bǔ)洪澤湖水量的不足。南運(yùn)西閘閘身為混凝土和漿砌塊石組合結(jié)構(gòu)，閘總長(zhǎng)100m，總寬43m，由兩塊輕型反拱混凝土底板組成（底板于2002年用鋼筋混凝土填平），每塊底板分3孔，共6孔，每孔凈寬6m，凈高4.2m，閘底板高程為3.5m，胸墻底高程為7.7m，公路橋面高程為12.0m，工作橋面高程為15.8m。閘門(mén)為鋼質(zhì)腹式平板門(mén)，單門(mén)重10t，每孔由兩臺(tái)立式油壓?jiǎn)㈤]機(jī)垂直啟閉，兩側(cè)翼岸墻為漿砌塊石空箱連體結(jié)構(gòu)。正向設(shè)計(jì)水位組合：上游水位7.0m，下游水位6.0m，流量409m3/s；正向校核水位組合：上游水位7.8m，下游水位7.0m，流量489m3/s；反向設(shè)計(jì)水位組合：上游水位5.5m，下游水位7.9m，流量225m3/s；反向校核水位組合：上游水位5.8m，下游水位7.9m，流量300m3/s。

4 平底板閘門(mén)孔流與堰流判別

對(duì)于有閘門(mén)控制的水閘來(lái)說(shuō)，堰流與孔流是可以相互轉(zhuǎn)換的，這種水流形式的轉(zhuǎn)變除了與閘門(mén)的相對(duì)開(kāi)度有關(guān)外，還與閘底坎、閘門(mén)型式以及上下游水位及其差值、出孔水流是否受下游水深的影響有關(guān)?？衫迷旅鞲鶕?jù)大量實(shí)驗(yàn)總結(jié)的理論關(guān)系或圖2來(lái)判別堰流與閘孔出流界限。

閘孔自由出流：

表1 平板閘門(mén)垂直收縮系數(shù)ε

圖2 平底平板門(mén)閘e/H-hL/H關(guān)系流態(tài)判別

自由堰流：

其中α=e/H，ΔZ為逆向落差，如圖1（4）所示。

ε稱(chēng)為閘門(mén)垂向收縮系數(shù)，它與閘門(mén)的型式、閘門(mén)的相對(duì)開(kāi)度的大小等因素有關(guān)。平板門(mén)可根據(jù)儒可夫斯基應(yīng)用理論分析方法求得，如表1所示。

5 小結(jié)

單一應(yīng)用e/H的值來(lái)判斷水閘流態(tài)是堰流或孔流雖然方便，但并不一定適合所有工程實(shí)際，對(duì)于小水位差下水閘堰流孔流的判別會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤，將實(shí)際流態(tài)應(yīng)屬閘孔出流判別為堰流，將使得流量計(jì)算產(chǎn)生較大誤差，直接影響工程運(yùn)行及之后的水文資料整編工作。本文將實(shí)驗(yàn)室總結(jié)的公式應(yīng)用于工程實(shí)際中，并采用《水工建筑物與堰槽測(cè)流規(guī)范》中流態(tài)判別圖，正確判斷水流流態(tài)，為工程正常安全運(yùn)行及資料整編工作順利進(jìn)行提供保障