淹沒(méi)出流過(guò)閘流量探討

1、    淹沒(méi)出流過(guò)閘流量探討    楊曉亮 劉鵬【摘要】本文主要應(yīng)用水力學(xué)知識(shí)，通過(guò)計(jì)算探討水閘控泄時(shí)的過(guò)閘流量，為防汛調(diào)度提供參考，也為水文推流提供參考數(shù)據(jù)。【關(guān)鍵詞】計(jì)算；控泄；過(guò)閘流量；參考防汛是一個(gè)經(jīng)久不衰的話題，防汛調(diào)度的正確與否直接關(guān)系著人民財(cái)產(chǎn)、城市建設(shè)的安危。本文通過(guò)計(jì)算得出過(guò)閘流量希望可以為防汛調(diào)度提供參考?？匦?，即閘門(mén)部分開(kāi)啟，水流由閘門(mén)下緣的孔口流出，這種水流的狀態(tài)叫做閘孔出流。敞泄，閘門(mén)完全開(kāi)啟，閘門(mén)對(duì)水流不起控制作用，水流自由下泄，這種水流狀態(tài)稱(chēng)為堰流。閘孔出流由于受到了閘門(mén)的控制，閘孔上下游的水面是不連續(xù)的。堰流由于閘門(mén)對(duì)水流

2、不起作用，水面線為一條光滑的降落曲線。而且由于水閘壅高了上游水位，在重力作用下形成的水流運(yùn)動(dòng)。但實(shí)際中，對(duì)于同一過(guò)流閘門(mén)，在某種條件下屬于閘孔出流，在另外的條件下又屬于堰流。其轉(zhuǎn)化條件主要跟閘孔的相對(duì)開(kāi)度 、閘門(mén)型式、上游漲水等有關(guān)。計(jì)算過(guò)閘流量時(shí)，需先判斷水流狀態(tài)：0.65 為閘孔出流；>0.65 為堰流。以某閘為例，共25孔工作閘門(mén)（其中中孔23扇，邊孔2扇，每孔凈寬9.5m），閘底板與河道齊平，閘門(mén)為平板鋼閘門(mén)，根據(jù)調(diào)度預(yù)案，當(dāng)水位達(dá)到3.5m（大沽）時(shí)，開(kāi)始提閘泄水，閘前水深約為2.5m。假設(shè)閘前水深 為5m，閘孔開(kāi)度 為1m，試求下游水深 為3.5m時(shí)通過(guò)閘孔的流量。首先，判斷

3、水流狀態(tài)：因?yàn)?= =0.2<0.65，故判斷水流狀態(tài)為閘孔出流。然后，判別閘孔出流的性質(zhì)：當(dāng)水流行進(jìn)閘孔時(shí)，在閘門(mén)的約束下流線發(fā)生急劇彎曲，出閘后，流線繼續(xù)收縮，約在（0.51） 處出現(xiàn)水深最小的收縮斷面。收縮斷面的水深 一般比臨界水深 小，水流為急流狀態(tài)。閘后河道中的下游水深 一般大于臨界水深 ，水流呈緩流狀態(tài)。水流從激流到緩流時(shí)，要發(fā)生水躍，水躍的位置隨下游水深 而變。假設(shè)收縮水深 的躍后水深為 ，則有：當(dāng) ，水躍發(fā)生在收縮斷面處或者收縮斷面下游，此時(shí)下游水深 的大小不影響閘孔出流，稱(chēng)為閘孔自由出流。當(dāng) > ，水躍發(fā)生在收縮斷面上游，水躍旋滾覆蓋了收縮斷面，此時(shí)通過(guò)閘孔的流量

4、隨下游水深 的增大而減小，稱(chēng)為閘孔淹沒(méi)出流。根據(jù)諾科夫斯基應(yīng)用理論分析方法，求得在無(wú)側(cè)收縮的條件下，平底無(wú)坎平板鋼閘門(mén)的垂直收縮系數(shù) 與閘孔相對(duì)開(kāi)度 的關(guān)系： 隨著相對(duì)開(kāi)度 的增加而加大，如表1所示。查表1得，當(dāng) =0.2時(shí)，垂直收縮系數(shù) =0.620，則收縮水深為：= . =0.620×1m=0.620m收縮水深 的躍后水深 由下式計(jì)算：=收縮斷面的流速 為：= = =假設(shè)不考慮行進(jìn)流速的影響，則流量系數(shù) 按南京水利科學(xué)研究所的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：=0.60-0.176 =0.60-0.176×0.2=0.5648收縮斷面的流速 為：= =9.04m/s收縮斷面的躍后水深 為：

5、= =2.91m因?yàn)椋?=3.5m> =2.91m，所以閘孔為淹沒(méi)出流。淹沒(méi)出流的流量是由閘孔自由出流的流量乘以一個(gè)淹沒(méi)系數(shù) 。閘孔自由出流的流量計(jì)算通過(guò)閘前斷面及收縮斷面的能量方程進(jìn)行推導(dǎo)（此處不進(jìn)行推導(dǎo)）。閘孔自由出流的流量計(jì)算公式為：=故閘孔淹沒(méi)出流的流量計(jì)算公式為：=可從南京水利科學(xué)研究所研究的淹沒(méi)系數(shù) 與潛流比 的關(guān)系圖中查得。潛流比 = =0.282；查得 =0.72。所以閘孔淹沒(méi)出流的流量為：=0.72×0.5648×9.5 m×1m× =38.2 。n孔數(shù)即當(dāng)閘前水深 為5m，閘孔開(kāi)度 為1m，下游水深 為3.5m時(shí)通過(guò)閘孔的流量為38.2 。根據(jù)水力學(xué)知識(shí)，對(duì)已知水閘通過(guò)大量計(jì)算，可得到不同條件下的過(guò)閘流量數(shù)據(jù)。為汛期防汛調(diào)度提供了一定的參考作用，可以結(jié)合數(shù)學(xué)模型理論，通過(guò)大量的計(jì)算分析，構(gòu)造符合水閘過(guò)流的數(shù)學(xué)模型，做出水位流量關(guān)系曲線，同時(shí)也給水文工作者推流提供方便，節(jié)省大量的勞動(dòng)力。參考文獻(xiàn)1 吳持恭主編&