一种特殊的平板闸门流量系数的讨论

四川省都江堰管理局 黄晓川

平板闸门流量系数很重要，文献[1-2]均对流量系数进行了数值模拟，文献[3-7]对流量系数进行了不同的阐述，对于平板闸门流量系数研究比较成熟，但是对于普通的闸门前有长有压进水口的阐述几乎没有，需要进一步研究。本文将利用浏洋水库的实验数据对平板闸门前有涵洞的流量系数进行拟合，尽可能将闸门前影响水流的各个因素分开，分别求出各个因素的水头损失，然后综合求出流量系数。

1 试验现象及公式的律定

图1是浏洋水库泄水涵洞示意图，为了便于分析，在涵洞的不同部位取了不同的断面。图2是浏洋水库水位为400.9m的3个断面水头线（图上均为模型值）。另外笔者在作其它水库水位实验时得到的3个断面水头线与之类似。从图2可以看出，随着闸门开度的增大，2-2断面水头逐渐变小，3-3断面的水头逐渐变大，也就是说随着相对开度增大涵洞进水口能量损失与沿程水头损失之和也逐渐增大，而闸门处水头损失却逐渐减小。试验中发现当闸门开度达到一定程度时，涵洞变成无压洞，这时涵洞进水口有一收缩水深，涵洞里的水面达不到洞顶，这时起控制作用的是涵洞进水口，而不是闸门，此时闸门处水头损失只是门槽的局部损失，相当小。当然这只是在试验中才出现，实际工程中是不允许的。由此可见，对于直角进口，闸门开度较大时对于水流起关键调节作用是进水口，搞清楚涵洞进水口水头损失相当重要。

图1 浏洋水库涵洞示意图

图2 浏洋水库水位和流量的关系

经变换得出直角进水口的经验公式为

用经验公式算得的值和实测值符合得较好，相关系数达到0.96。

根据查得的资料发现若将直角进口换成流线型进口，如圆角进口和喇叭形进口，其水头损失系数一般在0.01～0.2之间，比直角进口小得很多。因此在设计时将进口设计成流线型可以减少水头损失，增大泄流量。对于防洪应急很有好处。

2 闸门处流量系数的确定

根据水力学常用公式

图4 与之间关系

3 流量系数的推导

由于

将（7）（2）式带入（6）式得

将（8）式进行变换得

将（5）式带入

得

笔者用计算机编程计算经过检验计算值和实测值误差不超过6%。部分计算值与实测值的相对误差见图5。

图5 试验值和计算值之间的误差

4 结论

本文通过用实验和理论推导的方法得到了一种特殊的平板闸门流量系数的公式，为

该公式和部分实际工程数据相比，比较吻合。当然该公式也需要广泛运用，以便进一步检验。

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