□刘社教　□赵丽娟　□张玲玲　□王英杰（河南省陆浑水库管理局）



陆浑灌区东一干渠分水闸过流问题分析计算

□刘社教□赵丽娟□张玲玲□王英杰
（河南省陆浑水库管理局）

摘要：灌区上水的精准计量是一件关乎灌区向好发展的大事。陆浑灌区总干渠的内埠分水枢纽（简称内埠分水闸）就直接担负着向东一干渠、东二干渠调配水的任务。由于在通水期内埠分水闸闸门启闭频繁，各种闸前水位和闸门开度及闸后水位均影响到闸孔的过流量，通过分水闸的长期实际运用观测，对闸孔过流问题有了更好的认识，方便今日的运用管理。

关键词：东一干分水闸；闸前水位；闸后水位；淹没水位

1　概况

陆浑灌区是河南省一座可灌溉3市7县（市）约12.00万hm2耕地的大型灌区。陆浑灌区从1974年部分开灌以来，灌溉效益一度徘徊不前。自中央一号文件出台以来，陆浑灌区得到迅猛发展，水的用途种类范围大增，灌区水的准确计量已关系到灌区的良好发展。

陆浑灌渠总干渠上的内埠分水闸位于总干渠末端（桩号44+443）。闸身为开敞式整体结构，混凝土地板砌墩墙，闸底板厚在1 m左右。东一干渠分水闸为两孔，闸门尺寸为3.50 m× 5.20 m的平板钢闸门，设计流量50 m3。东二干分水闸为一孔，闸门尺寸位3.20 m×5.20 m的平板钢闸门。东一干分水闸下游砌块石扭曲段长为15m左右。在多年的通水使用中，因闸前后加水、减水、调水等原因，分水闸闸门经常是频繁启闭。虽然在东一干渠分水闸下游2 km的地方设有简易测水桥，但每次测水需多人多方参加，并需专用车辆，按现行的一日二测水管理制度很难做到。特别是雨雪天，下到沟里观测水位已属不易，实测更难。过去在东一干渠水闸采用闸门开度的办法推测流量，还制有闸孔开度与流量关系表。在近年的通水实践中发现这一表与实测流量有出入，今做完善，使它更好地符合实际情况。①这个表在右闸门开度较小的情况下与实测相差不多，随闸门开度的增加相差较多。②这表是在闸前水位4.20 m的情况下制成的，但在实际工作中，闸前水位会有很多情况出现。③这表是按一孔闸门的计算制成实际上东一干分水闸是两孔闸门，过流量并非两孔闸门开度的累加。④其它因素需考虑如闸前水尺不太精准，闸后渠道和建筑物的影响。值得注意的是闸后水深影响，就是淹没影响。还有闸后一定距离内渠坡树草淤积的间接影响。侧收缩影响基本未考虑。

2　东一干分水闸设计水位的过流情况

东一干分水闸因未找到原设计资料，参照总干渠上燕王寨，苇园沟退水闸的情况，过流能力应大于设计流量。东一干分水闸为2孔3.00 m×5.20 m的平板钢闸门，闸底板与上下游渠道衔接较好，应属无坎宽顶堰，在实际工作中出闸水流常受闸门控制，是闸孔出流情况。东一干分水闸的验算应是宽顶堰流，当闸门开度在4.50 m或全开时，e/h=4.5/4.5=1>0.65为堰流。

2.1流量系数的选取

原设计为宽顶堰自由出流，不论直角或圆角宽顶堰，当p1/H=0时，经计算流量系数m=3.85×10-1，本次验算比较保守，选取m=3.75×10-1。

2.2侧收缩系数的选取侧收缩系数的选取（1）式。

式中：α0选取0.10，b为溢流孔净宽，B为上游引渠宽。

经计算b/B=4.93×10-1,ε1=9.27×10-1,东一干渠分水闸为对称闸门，ε1=ε2。

2.3东一干分水闸的过流量

经计算：Q=88.16 m3。考虑淹没影响，hs/H=4.30/4.50=0.95。今选hs/H=0.96,淹没系数=0.59。东一干渠的过流量可达：Q= 88.15×0.59=52.01 m3/s。

通过上述计算，得知东一干分水闸过流量大于近期设计流量45 m3/s，也大于远期设计流量50 m3/s。这也验证了原设计的正确性。在上述计算中，流量系数和淹没系数在选取上还略有保守。近年来在东一干渠分水闸后有淤积抬高渠的水位，但尚未影响到闸后的淹没水位。

3　东一分水闸实际运行情况

虽然东一干渠分水闸能完全满足设计流量，且略有余地。但在实际工作中由于调配流量的需要，东一干分水闸的运行方式多是闸孔出流，常遇到两扇门不对称开启或仅开启一扇闸门，如2013年因左侧闸门故障在较长一段时间一直开的是右侧闸门，所有这些都涉及到闸孔出流的准确计算问题。

3.1闸孔出流

判断堰流与闸孔出流的大致界限是：e/H≥0.65。东一干设计闸前水位4.50 m，可见e≤0.65×4.50=2.93 m为闸孔出流。每次通水期东一干分水闸是堰流或闸孔出流情形，应取决于闸门开度和闸前水位。在近3 a的通水实践中，由于分水闸所在总干渠渠段有一填方坝存在病险问题和调度上的原因。导致东一干分水闸前水位一直控制在4 m或4 m以下。在4 m水位时间门开度e≤0.65×4=2.60 m为闸孔出流。

3.2闸门开度和过流量

为了说明问题，针对闸门的3种闸前水位4.50，4.00 m和3.50 m3种情况，就闸门的对称开启、不对称开启和开启度不同的多种情况进行了计算。公式是用Q=Hbe。流量系数H=0.60-0.176e/H。计算结果如表1。

表1　闸门开度和过流量计算表

从上面的计算结果可以看出，左右孔闸门相应开度和过流量相加。并不等于左右孔闸门开度相加的单孔过流量。在左右孔闸门开度数值相加恒值的情况下，对称开启的过流量略大于不对称开启的过流量。

而且随着左右孔闸门相应开度的增加，左右孔闸门相应开度的过流量相加比左右孔闸门相应开度相加的单孔过流量大的越来越多，这也是实际工作中需注意的。

3.3闸前水位为4.00 m的情况

东一干分水闸闸前设计水位为4.50 m，但在近几年的实际工作中，闸前水位多保持在4 m和4 m以下。因分水闸前有一段填方坝工程质量略差的原因。在实际工作中，因管理人员和启闭机问题，分水闸往往是单开，大多情况是只开右孔闸门。

从表（1）可以明显看出，以现在常有闸前水位4.00 m为标准。当闸门开度一定时，当闸前水位增至4.50 m时，流量就增大。当闸门开度越大时，增加的过流量就越大。反之当闸水位落至3.50 m时，流量就减小，当闸门开度越大时，减少的过流量就越大。

4　东一干分水闸实际过流情况的分析验算

4.1分水闸前后流态的变化

东一干分水闸前的水流是缓流，过闸是急流，闸后又是缓流，尚有淹没流。淹没形成的条件及淹没对闸孔过流的影响程度是主要的。在长期的通水实践中，东一干分水闸多为淹没出流，而且是不同于一些书本上的那种形式的淹没出流。

4.2闸后水位淹没影响的过流问题

闸前水深减去闸后水深的闸孔过流计算。一般认为因为闸后淹没闸孔过流承受的水压力就是二者之差。即闸前水位减去闸后水位。如闸前水位为4.20 m.闸后水位为2 m，左孔开度e= 0.05 m，经计算Q0.05=0.68 m3/s。右孔开度e=0.90 m，经计算Q0.90=10.93 m3/s。可见Q合=Q0.05+Q0.90=11.61 m3/s。与实测结果Q=12.15 m3/s比较接近二数值之间是否存在耦合性及耦合性产生的条件尚不太清楚。

4.3书本上考虑淹没影响的计算。

左孔开度e=0.05 m，经计算Q0.05=0.60 m3/s，右孔开度e= 0.90 m，经计算：Q0.09=16.07 m3/s，Q合=Q0.05+Q0.90=16.68 m3/s，与实测的Q=12.15 m3/s，有出入。

4.4不对称和对称开启闸门

通过上述计算如闸门不对称开启就有可能一侧是自由出流，另一侧是淹没出流。如两孔闸门对称开启，两扇闸门就有可能有淹没出流的情况或说出现概率的机会就会增多。

5　结语

通过上述的分析，计算和论证。建议陆浑灌渠东一干分水闸在每次通水中，应进行≥2次的流量实测，在实测有困难的情况下，其它过流量应根据以往测验前水位流量关系和分水闸的开启过流情况进行比对或微调，从而得到过流的精准数据。同时由于几十年来东一干分水闸一直未达到按设计标准运用。2013年东一干渠过流量仅短时达30 m3/s，尚无分水闸观测数据，上述计算有待修正完善。

（责任编辑：刘长垠）

收稿日期：2015-10-30

作者简介：刘社教，男（1965-），高级工程师，主要从事水利工程的设计，施工和管理。

中图分类号：TV66

文献标识码：A

文章编号：1673-8853（2016）02-0095-02