Ｉ【科技论坛ｊｉ 水利部淮委一 一………… 、 水利科学研究院协办 小水位差下平底平板门水闸闸孔出流的判别 黄璐王鼎朱文彪 （江苏省灌溉总渠管理处【摘淮安２２３２００） 要】孔流与堰流的界限不仅与ｅ／ｈ有关，还受１￣７．－ＥＴ游水位影响。本文通过分析南运西闸流量测验实例，阐述了在小 水位差下仅以ｅ／ｈ值判别堰流或孔流是不够的，通过查阅文献、规范，采用新的流量判别式，正确地判别了流态，为工程调度 运行和资料整编工作提供准确资料。 【关键词】水闸 小水位差堰流孔流 板水闸，正确判别过闸水流流态，从而准确计算过闸流量， 保证建筑物正常运行及水文资料精确非常必要。 １ 引言 在水利工程中，闸门是用于控制水流最为常见的形 式。受闸门控制的水闸，过闸流态常有堰流和闸孔出流两 种不同的水流现象。堰流时由于闸门对水流不起控制作 用，水面线为一条光滑的降落曲线；闸孔出流时由于水流 受到闸门的控制作用，闸孔上、下游的水面是不连续的 （如图１所示）。 ３工程实例 江苏省南运西闸位于江苏省宝应县范水镇南５ｋｍ处的 大运河西堤上，由节制闸和船闸组成，上游为宝应湖，下游 为京杭大运河。该闸共６孔，每孔净宽６．Ｏｒｅ，闸上游多年 （１９７４—２０１３年）平均水位为６．Ｏｌｍ，闸下游多年平均水位 为６．４７ｍ。 南运西闸始建于１９７０年１１月，１９７３年４月竣工，系 堰流和闸孔出流边界条件的差异，使得水流特征及过 水能力也不相同。对于具有闸门控制的同一过流建筑物，堰 流和闸孔出流可以相互转化，这种水流的转化条件不仅与 江苏省淮河入江水道工程的一部分，工程的主要任务是：配 闸孔的相对开度有关，还与闸底坎及闸门的型式有关，根据 实验，平底闸堰流和闸孔出流的判别条件如下： 为了计算简便，当闸前水深较大而行进流速较小时，近 似地取闸前水头为闸前水深。 ≤０．６５，为闸孔出流； ｅ合宝应湖退水闸、北运西闸向大运河排泄宝应湖、白马湖 ２９５ｋｍ 的涝水。必要时经江苏省厅批准可进行反向引水， 弥补洪泽湖水量的不足。南运西闸闸身为混凝土和浆砌块 石组合结构，闸总长ｌＯＯｍ，总宽４３ｍ，由两块轻型反拱混凝 土底板组成（底板于２００２年用钢筋混凝土填平），每块底板 分３孔，共６孔，每孔净宽６ｍ，净高４．２ｍ，闸底板高程为 ＞０．６５，为堰流。 闸门开度； Ｈ一闸前水头； ｈ 一收缩断面水深； ｈｆ一临界水深； ｈ ＿下游水深。 （己） ２问题提出 平原地区的水闸上下游水位差较小， 如按寻＞ｏ．６５为堰流来判别流态，则有些 流态形式上属于堰流，而实际应该属于闸 孔出流，若按堰流判别将使得过闸流量计 算错误，对水闸运行管理和水文资料整编 工作产生不利影响。对于小水位差下平底 （４） 图１（１）（２）闸孔出流，【８）（４）堰流 Ｉ【科技论坛】ｌ ３．５ｍ，胸墙底高程为７．７ｍ，公路桥面高程为１２．Ｏｍ，工作桥 面高程为１５．８ｍ。闸门为钢质腹式平板门，单门重１０ｔ，每孔 由两台立式油压启闭机垂直启闭，两侧翼岸墙为浆砌块石 空箱连体结构。正向设计水位组合：上游水位７．０ｍ，下游水 位６．０ｍ，流量４０９ｍ３／ｓ；正向校核水位组合：上游水位７．８ｍ， 下游水位７．Ｏｍ，流量４８９ｍ３／ｓ；反向设计水位组合：上游水 位５．５ｍ，下游水位７．９ｍ，流量２２５ｍ３／ｓ；反向校核水位组合： 上游水位５．８ｍ，下游水位７．９ｍ，流量３００ｍ３／ｓ。 换的，这种水流形式的转变除了与闸门的相对开度有关外，还 与闸底坎、闸门型式以及上下游水位及其差值、出孑Ｌ水流是否 受下游水深的影响有关。可利用袁新明根据大量实验总结的 理论关系或图２来判别堰流与闸孔出流界限。 闸孔自由出流： 寻 ６５；昔≤芋（佩闸孔淹没出流： 一１），（Ｆ ＞Ｉ１．７） 一１），（ 扎７） 当闸门提出水面，视为堰流；未提出水面时，根据吾的 １１ ６【５；导＞芋（佩值判别流态。在水文测验中，某个测次上游水位６．４６ｍ，下 ＩＨ＞０．６５； ｈＬ＞芋（佩－１），（Ｆ ７） 游水位６．４４ｍ，闸门开高２．ＯＯｍ，闸底板高程为３．５ｍ，开宽 寻＞０．６５；昔＞０【￡（０＿７Ｆ ＋０．７），（１≤Ｆ ＜１．７） ＞０ｌ．６５；ｈＬ－ＡＺ￣ｅ，（Ｆ ＜１．０） 自由堰流： ３６ｍ，实测流量为３１．８ｍ３／ｓ。经计算导＝ｏ．６８＞０．６５，若判别流 １１ 态为堰流，则根据南运西闸淹没堰流流量计算公式 Ｑ＝ｏｒ Ｃ Ｂｈ 计算得流量为７３．３ｍ３／ｓ，相对误差为一５６．６％；若 判别流态为孔流，则根据南运西闸淹没孔流流量计算公式 Ｈ＞０．６５；导≤０＿８ 淹沿塥流． Ｑ＝Ｍ：Ｂｅ Ａ ｚ 计算得流量为３２．１ｍ３／ｓ，相对误差为一０．９％。所 以闸孔出流及堰流的界限不仅与闸门的相对开度 ｅ有关， １１ 【Ｈ＞０．６５；－＞０．８（Ｆ ｔ＞１．７） 还受闸上下游水位的影响。当下游水深超过闸孔开度ｅ时， 在 ＞０．６５的情况下也会出现闸孔出流的形式。如果错误 ｒｌ ｛１ ． Ｈ＞０．６５；导≤仅￡（０．７ ０．７），（１≤Ｆ ＜１．７） ｌ Ｈ＞０．６５；ｈＬ－ＡＺ＜ｅ，（Ｆｍ＜１．ｏ） 地将淹没孑Ｌ流判别为淹没堰流，将使流量计算差生较大误 差，影响建筑物的正常运行。正确判断过闸水流的流态，在 工程应用方面有很大的意义。 其中 ＝ｅ／Ｈ，Ａｚ为逆向落差，如图１（４）所示。 ｅ称为闸门垂向收缩系数，它与闸门的型式、闸门的 ４平底板闸门孔流与堰流判别 对于有闸门控制的水闸来说，堰流与孔流是可以相互转 表１ 平板闸门垂直收缩系数ｓ ｅ／Ｈ ０．１０ ０．１５ ０．２０ ０．２５ ０３０ ０－３５ ０．４０ 相对开度的大小导等因素有关。平板门可根据儒可夫斯基 应用理论分析方法求得，如表１所示。 上述南运西流量测验实例中 ＝ｏ．６８，即ａ＝０．６８。查表 ｒ———＿ｍ————一 ￡ ｅ／Ｈ ￡ ０．６１５ ０．６１８ ０．６２０ ０．６２２ ０．６２５ ０．６２８ ０．６３０ ０．４５ Ｏ．５Ｏ Ｏ．５５ Ｏ．６Ｏ Ｏ．６５ ０．７０ Ｏ．７５ １得￡＝０．６８４。Ｆ ＝中、／２‘ 一１），对于平底板闸流速系 数一般取值 ＝０．９５—１．０，所以Ｆ ＝１．４４—１．５２，０【￡（０．７ ＋ ０．６３８ ０．６４５ ０．６５０ ０．６６０ ０．６７５ ０．６９０ ０．７０５ ０．７）＝０．７７９～０．８２０，导：０．９９３＞０ｌ￡（０．７Ｆ ＋０．７）根据公式判 断此次流态应属于闸孔淹没出流，通过图２也可判断出流 态为淹没出流。 ５小结 单一应用ｅ，Ｈ的值来判断水闸流态是堰流或孔流虽然 方便，但并不一定适合所有工程实际，对于小水位差下水闸 堰流孔流的判别会产生错误，将实际流态应属闸孔出流判 别为堰流，将使得流量计算产生较大误差，直接影响工程运 行及之后的水文资料整编工作。本文将实验室总结的公式 应用于工程实际中，并采用《水工建筑物与堰槽测流规范》 中流态判别图，正确判断水流流态，为工程正常安全运行及 图２平底平板门闸ｅ／Ｈ—ｈＪＨ关系流态判别 资料整编工作顺利进行提供保障■
