浅析闸孔宽度确定的影响因素

□沈晓青

浅析闸孔宽度确定的影响因素

□沈晓青

本文分析确定合理闸室宽度的两个主要影响因素过闸水位差和行进流速水头，并提出确定合理闸室宽度的建议。

闸室总净宽；过闸水位差；行进流速水头

某节制闸先后建于1977年和1978年，钢筋混凝土闸门段，设有8孔闸门，净宽4m，闸底高程17.05m，设计流量207 m3/s；升卧式闸门段3孔闸门，门净宽6m，闸底高程17.00m，设计流量225m3/s；合计流量432 m3/s，设计水位23.00m。

1.存在问题

该闸运行至今已30多年，出现了一系列的问题：混凝土闸门损坏严重，风化、剥落、露筋严重，闸门疏松不能启吊，已处于瘫痪状态；机电设备陈旧，配电柜及输电线路老化严重；启闭设备老化、磨损，已不能正常运行；机架桥、T梁及排架柱混凝土风化、露筋严重，部分有裂缝现象；上下游护砌由于受河水和雨水长时间冲刷，损坏严重；管理房破旧，漏雨严重，给闸管人员带来不便等。

经安全鉴定该闸为Ⅳ类闸，并对原闸进行复核计算，原闸闸室抗滑稳定、底板强度及消能防冲均不满足规范要求，故对原闸进行拆除重建。

2.闸孔宽度的计算

根据原有节制闸的功能及规划要求，经水文复核，该闸设计排沥流量366m3/s，最高节制蓄水位22.50m，下游排沥水位22.37m。经现场勘查，该闸上游河道宽97.5m，边坡为1：4，梯形断面。

根据《水闸设计规范》，对于平底闸，当堰流处于高淹没度（hs/H0≥0.9）时，闸孔总净宽可按照下式计算：

式中：

B0—闸孔总净宽（m）；

Q—过闸流量（m3/s）；

μ0—淹没堰流的综合流量系数；

hs—由堰顶算起的下游水深（m）；

H0—计入行进流速水头的堰上水深（m）；

g—重力加速度，可采用9.81（m3/s）。

2.1 过闸水位差的选取

过闸水位差的采用，对水闸的工程造价和上游淹没影响等关系极大。如果采用过大的过闸水位差，固然可缩减闸孔总净宽，降低水闸的工程造价，但却抬高了闸的上游水位，不仅要加高上游堤顶高程，而且有可能增加上游淹没损失。在平原地区，对于拦河节制闸，为了减轻上游堤防的负担，不允许过分抬高水闸上游水位，因此一般采用较小的过闸水位差。一般情况下，平原地区水闸的过闸水位差可采用0.1m～0.3m。经计算，当分别取0.1m、0.2m和0.3m的过闸水位差时，闸孔总净宽为50.66m、38.05m和32.96m。考虑采用的闸孔总净宽要略大于计算值3%～5%为宜，同时闸室总宽度大体上应与上下游河道宽度相适应，一般当河道宽度小于100m时，闸室总宽度与河道总宽度比值一般在0.6～0.75之间。此外也应考虑下游消能防冲布置，如采用闸孔总净宽过小，使过闸单宽流量过大，将增加闸下游消能防冲布置的困难。故结合水闸的功能、特点、运用要求及河道的规划情况综合考虑，取0.1m的过闸水位差。

2.2 行进流速水头的影响

上游河道宽97.5m，边坡为1∶4，梯形断面，过闸水位差0.1m，当计入行进流速水头时，计算闸室总净宽为50.66m。

如果在上述计算过程中忽略行进流速水头时，闸室总净宽为55.58m。经计算，不计行进流速水头所计算的闸室总净宽与计入流速水头相差约10%。由此，计算在同等条件下，随着流量增加，闸室总净宽受行进流速水头的影响程度。如下表，随着流量越大，行进流速水头的影响变大。

由计算可知，行进流速水头对闸室总净宽的影响很大，不可忽略不计，在流量较大时，影响更甚。此外，对于行进流速水头的选取，也应注意，在计算行进流速水头时，断面应选择距离闸的上游3～5倍上游水深，翼墙以上上游河道的断面，该断面为渐变流动的区域。

对于多孔闸，当闸孔孔数少时，为了便于闸门的对称开启，是过闸水流均匀，避免发生偏流，造成闸下的局部冲刷，同时使闸室结构受力对称，有利于工程安全运行，闸孔的孔数以采用单数为宜，因此选定闸室采用7孔，净宽8m。

3.结语

闸室总净宽的确定需要充分考虑过闸水位差和行进流速水头这两个主要影响因素。水闸的总净宽在一定程度上决定了工程的规模，如果采用的闸孔总净宽过小，使过闸单宽流量过大，将增加闸下游消能防冲布置的困难，甚至影响水闸工程的安全；反之，如果采用的闸孔总净宽过大，使过闸单宽流量过小，则工程量增加，造成浪费。因此确定合理的闸室总净宽是一个综合经济分析比较优化设计的过程，应引起高度重视。□

2016-05-06

沈晓青，女，汉族，河北省水利水电第二勘测设计研究院,工程师。