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 淮安 223200）

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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 淮安 223200）

孔流与堰流的界限不仅与e/h有关，还受闸上下游水位影响。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。

水闸 小水位差 堰流 孔流

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）。

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。

e—闸门开度；

H—闸前水头；

hc—收缩断面水深；

hk—临界水深；

hL—下游水深。

2 问题提出

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6.0m，闸上游多年（1974～2013年）平均水位为6.01m，闸下游多年平均水位为6.47m。

图1（1）（2）闸孔出流，（3）（4）堰流

南运西闸始建于1970年11月，1973年4月竣工，系江苏省淮河入江水道工程的一部分，工程的主要任务是：配合宝应湖退水闸、北运西闸向大运河排泄宝应湖、白马湖295km2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100m，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3.5m，胸墙底高程为7.7m，公路桥面高程为12.0m，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7.0m，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。

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、出孔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：

表1 平板闸门垂直收缩系数ε

图2 平底平板门闸e/H-hL/H关系流态判别

自由堰流：

其中α=e/H，ΔZ为逆向落差，如图1（4）所示。

ε称为闸门垂向收缩系数，它与闸门的型式、闸门的相对开度的大小等因素有关。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。

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资料整编工作顺利进行提供保障