北溪引水工程闸坝泄流研究
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北溪引水工程闸坝泄流研究
丁海涛
河海大学水文水资源学院，南京（210098）
E-mail：dinghaitao2000@
摘要：通过福建省九龙江北溪水闸的水工模型试验研究，探索出试验与计算相结合而求出两种闸门开度混合开启时的闸孔泄流能力的方法。
与传统试验相比，提高了试验效率，并能为工程单位提供参考应用，方便闸门运行管理。
关键词：混合开启，自由出流，淹没出流，泄流能力
1.引言
福建省九龙江北溪水闸位于福建省漳州市龙海县，距厦门约45km，距漳州市约20km，是北溪引水工程的重要组成部分。
北溪水闸枢纽由南北港拦河闸，南北港船闸（北港船闸已停用）和中干渠进水闸、节制闸组成，其任务是拦河蓄水，引水至漳州、龙海的角美、紫尼及厦门市区、市郊等地，主要解决这些地区的农田灌溉，并兼顾城乡供水、下游地区防洪及航运等。
为了维持闸上游的正常蓄水位，以满足水闸各种功能的需要，闸门的开启必须有严格的科学管理，不能随意，否则极易造成消力池及下游附属泄水建筑物的破坏，以至危及整个枢纽的安全。
闸门的管理运行一般都遵守如下原则[1]:闸门从中间孔（先启孔）向双侧对称开启，由两侧闸孔向中间孔依次对称关闭闸，全闸门不能同时存在3种以上开度。
根据上游来流合理调度闸门的开启，在调度闸门开启过程中，往往存在两种开度并存的混合开启方式，如何确定闸门混合开启时各开度闸门的闸孔泄流能力，是模型试验及工程应用中常遇到的问题，特别是当闸孔出流为淹没出流时，闸孔出流受下游水位的淹没影响，各种开度的闸孔泄流能力变化比较大，要确定此时闸门的泄流能力有一定的难度。
水工模型试验习惯的方法是:在确定闸门混合开启方式后，维持上游正常蓄水位为前提，根据上游来流与下游水位的关系，对上游来流及下游水位进行反复的双向调节，直至上游来流与下游水位都满足要求，此时的泄流量即为所求[2]。
但用此方法试验往往很费时，且难以操作，如果闸门混合组次多，试验花费时间更多。
以下介绍一种借助模型试验与计算相结合，直接求解各种闸门混合开启泄流能力的方法。
2.闸孔自由出流
北溪水闸当下游低水位，闸门小开度，闸孔为自由出流[3]。
自由出流求解闸门混合开启的泄流能力，方法比较简单。
现通过北港水闸水工整体模型试验，介绍闸孔出流为自由出流时，如何确定闸门混合开启时的闸孔泄流能力。
北港闸共25个闸孔，闸门高5.00m。
闸室总宽度293.00m，单个闸底板宽11.60m，长19.00m，闸底板顶高程0.20m。
北港拦河闸、消力池的结构纵向布置见图1。
表1 北港闸(受下游最低潮水位-1.3m影响)
闸门开度(m) 开启孔数 过闸流量(m3/s) 出闸流态
0.2 1 12.83 闸孔自由出流
0.4 1 25.21 闸孔自由出流
由上表可求得闸门自由孔流混合开启时的闸孔泄流能力。
如开启14孔闸0.2m开度、11孔闸0.4 m开度的闸门组合。
14孔闸0.2m开度闸门的泄流量:Q1=14* 12.83 = 179.62 m3/s
11孔闸0.4m开度闸门的泄流量:Q2=11* 25.21 = 277.31 m3/s
总泄流量Q= Q1+ Q2=179.62+277.31=456.93 m3/s
用此法可求得闸孔自由出流时，任一闸门组合混合开启时的闸孔泄流能力。
把结果制成表格，标出总泄流量及相应的水位差，此表除了供试验组次引用外，还可直接提供工程管理单位参考应用。
3. 闸孔淹没出流
北溪水闸下游水位由于受潮汐顶托等因素影响，闸孔出流往往是淹没出流[3]。
在闸门管理运行中，闸上游维持正常蓄水位，随着上游来流的增大，下游水位相应提高，同一开度下的闸孔泄流能力反而下降，闸孔出流与下游水位成反比(递减的曲线关系)，要确定闸门混合开启时的闸孔泄流能力相对困难。
闸孔数较多的水闸中，随着开启孔数的增加，同一开度单孔闸的闸孔出流能力因下游水位的提高而减少，这就增加了闸门运行试验及工程管理的复杂性[2]。
如果通过模型试验，用试验与计算相结合的方法确定上游来流量与闸门开启组合相对应的关系，就会提高模型试验的效率。
以下通过南港桥闸的水工模型试验解决这一问题。
北溪南港闸共15个闸孔，闸门高5.00m。
闸室总宽度200.00m，单个闸底板宽11.90m，长20.00m，闸底板顶高程-2.00m。
设计要求，当上游水位4.8m，下游受最低潮水位（-1.59m）影响时，闸门开度为大于0.2m时，闸下游水位淹没闸孔，影响处流量大小，出闸流态闸孔淹没出流。
南港拦河闸、消力池的结构纵向布置见图2。
图2 南港拦河闸、消力池的结构纵向布置
具体步骤如下:
1）试验闸孔的上下游水位差与泄流能力关系
在维持闸上游正常蓄水位4.8m的情况下，模型试验比较容易得出上下游水位差与单孔
泄流的关系（见图3、图4）[4]。
2）求解各组闸门混合开启的泄流能力
如求解南港水闸上游维持正常蓄水位4.8m的情况下，两侧8孔开度为0.6m,中间7孔开
度为1.0m时的闸孔泄流能力。
表2 闸门混和开启泄流量与上下游水位差计算表
水位差（m） 3 3.2 3.4 3.6 3.8 4 单孔（开度0.6m）34.50 35.63 36.73 37.79 38.83 39.84 8孔（开度0.6m）276.00 285.05 293.82 302.34 310.63 318.70 单孔（开度1.0m）63.90 65.99 68.02 69.99 71.91 73.78 7孔（开度1.0m）447.27 461.94 476.15 489.96 503.38 516.46 总泄流量Q(m3/s) 723.27 746.99 769.98 792.30 814.01 835.16
假定此时上下游水位差为3.54m，从图3、图4即可求得0.6 m开度单孔闸门的泄流能
力为37.48 m3/s,1.0 m开度闸门每孔的泄流能力为69.41 m3/s。
利用上表的计算过程，可最
终求得闸门混和开启时泄流量为：37.84*8+69.47*7= 785.67m3/s。
要计算某一水位差下闸门
的泄流量可按下列步骤进行：
通过水文测验或水力学方法建立如图3、图4的单孔闸门泄流量与水位差关系图表。
利用上述关系图表，找出该水位差下对应闸门开启度分别为e1、e2时的单孔闸门泄
流量q1、q2。
若闸门开度e1、e2所对应的开启孔数分别为n1、n2，泄流量分别为Q1、Q2，则闸
门两种开度混和开启时的总泄流量：Q= Q1+Q2= n1* q1+n2* q2。
4. 结语
应用水力学公式分析和原形观测资料相结合的方法在北溪水闸水工模型试验的基础上，进行分析和探索，用试验与计算相结合的方法确定闸门两种开度混合开启时的闸孔泄流能力。
该方法在北溪水闸模型试验中得到了验证，用此法进行的模型试验既提高了模型试验的测量精度，又节省了模型的试验时间，同时可为工程管理单位提供有意的参考。
此外，须注意闸门在运行时应严格按照提供的调度方案进行，不可任意开启闸门。
参考文献
[1] 黄春茜，陈理真．闸坝泄流调度研究［J］．长春工程学院学报（自然科学版）， 2006年，第7卷，
第2期： 48-50页．
[2] 罗岸，陆汉柱．如何确定闸门混合开启时的闸孔泄流能力［J］．广东水利水电， 2003年，第2期：
25-26页．
[3] 李家星，赵振兴．水力学［M］.南京：河海大学出版社，2001．
[4] 张留柱，赵志贡，张法中．水文测验学［M］.郑州：黄河水利出版社，2003．
Study on gate dam about Leak-off in beixi water supply
project
Ding Haitao
College of Hydrology and Water Resources，HOhai University，Nanjing（210098）
Abstract
Based on the study of hydraulic model test about Beixi sluice in Fujian Province Jiulongjiang River,the paper find a method calculating discharge capacity of gate dam in gate mixed opening by the means of testing and calculating. The method’s efficiency is greatly improved and provides an important reference for engineering unit and convenience for the use of strobe compared with the traditional. Keywords：Gate Mixed Opening，Free Discharge，Submerged Discharge，Discharge Capacity
作者简介：丁海涛，1980 年生，男，汉族，河南洛阳人，硕士在读，研究方向为水文学及水资源。
