蚌埠闸12孔节制闸非汛期水闸流量计算

来源: 发布时间:2020-01-22 09:15:16

  摘要:针对蚌埠闸12孔节制闸流量参考值较少的现状,通过水力学计算

  关键词:水力学;水闸流量;计算

  1.前言

  蚌埠闸枢纽工程位于淮河中游蚌埠市,闸上流域面积12.1万k m2。为了保证蚌埠闸上沿淮及淮北平原农田灌溉、城镇工业和居民生活用水以及船泊通航要求,非汛期蚌埠闸的控制运用以蓄水为主。目前12孔节制闸主要承担非汛期水位调控任务,多年来仅有下游吴家渡8时流量值供参考,一旦水闸调度任务频繁,更多时用经验值粗算流量,本文通过水力学方法来计算12孔节制闸下泄流量。

  2.工程概况

  蚌埠闸枢纽工程主要由28孔节制闸、12孔节制闸、老船闸、复线船闸、水电站、分洪道等部分组成。蚌埠闸12孔节制闸为宽顶堰,底板高程9.132m,每孔净宽10m,闸身全长144m,闸门为弧形钢闸门,门轴高8m,弧门半径12m。闸上设计洪水位23.22m(废黄河高程系,下同),闸下23.10m。

  3 水流状态判断

  因本文主要探讨12孔节制闸非汛期水位调控,其闸上水位18.0~18.3m,由水力学公式 ( —闸门开度, —堰顶算起闸前水深)堰流和闸孔出流界限值0.65,反推可知闸门开度 界限值为5.76~5.96。由蚌埠闸多年水闸实际调度资料可知,非汛期12孔节制闸水位调度时最大开度 ,故12孔节制闸水流状态应为闸孔出流。

  4 自由出流与淹没出流判断

  当水流行进闸孔时,在闸门的约束下流线发生急剧弯曲;出闸后流线继续收缩,并约在闸门下游(0.5~1) 处出现水深最小的收缩断面。收缩断面的水深 一般小于临界水深 ,水流为急流状态。而闸后的下游水深 一般大于临界水深 ,水流成缓流状态。水流从急流到缓流时要发生水跃,水跃位置随下游水深 而变化。闸孔出流受水跃位置的影响,可分为自由出流和淹没出流两种。

  设收缩断面水深 的跃后水深为共轭水深 。若 则为自由出流;若 则为淹没出流。跃后水深可由 求得,式中收缩断面 ,收缩断面流速 ,三式联立简化为 。

  流量系数 与弧形闸门垂直收缩系数 由闸门下缘切线与水平夹角 通过经验公式和查表求得。

  闸门下缘切线与水平夹角 ( —门轴高, —弧门半径)

  流量系数

  表1 弧形闸门垂直收缩系数 35°40°45°50°55°60°65°70°75°80°85°90°

  0.7890.7660.7420.7200.6980.6780.6620.6460.6350.6270.6220.620

  5 自由出流与淹没出流流量计算

  自由出流流量 ①

  淹没出流流量 ②

  式中: —流量系数,由①计算可得,

  —闸孔宽,为孔数 ×单孔宽,蚌埠闸为 —闸门开度

  —闸上水头,为闸上水位-底板高程,蚌埠闸为 —淹没系数,由潜流比 ,查表2得出

  表2 闸孔淹没出流淹没系数 ≤00.10.20.30.40.50.60.70.80.90.920.940.960.980.990.995

  10.860.780.710.660.590.520.450.360.230.190.160.120.070.040.02

  例:已知蚌埠闸闸上水位18.41m,闸下水位13.79m,开度12×0.5,下游某水文站8时通过测流推得流量460 ,通过计算对比 、 、 解:⑴判断闸孔处流还是堰流

  为闸孔出流

  ⑵判断自由出流还是淹没出流

  闸门下缘切线与水平夹角 ,查表1通过内插法求得弧形闸门垂直收缩系数 流量系数 共轭水深 因 ,故为淹没出流,用式②计算流量

  ⑶计算淹没系数 由潜流比 ,查表2得淹没系数 ⑷计算流量

  ⑸ 、 、 对比

  , , 明显可见, 值偏大, 、 较为接近。

  5 计算简便化

  在早期计算流量过程,需频繁查表计算垂直收缩系数 和淹没系数 ,多有不便。经笔者在Excel中采用if命令对计算过程予以简化,使得计算工作大为减轻,只需人工输入上下游水位、闸门开启孔数n及开度 即可获得流量值,如下图。

  6 结束语

  在水闸自动化改造过程中,本计算方法已应用于水闸自动化监控系统,通过自动采集水位、闸门运行参数,可实时显示蚌埠闸12孔节制闸当前下泄流量,为水闸调度运用时提供实时流量参数,保证了水闸安全运行。

  [参考文献]

  ⑴吴持恭.《水力学》.高等教育出版社2001

  ⑵蚌埠闸调度运用办法(暂行)

  ⑶蚌埠闸控制运行记录(2010~2017)

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