郭永鑫，汪易森，郭新蕾，胡 玮，朱 锐

（1．中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点试验室，北京 100038；2.国务院南水北调工程建设委员会专家委员会，北京 100038；3.南水北调工程建设监管中心，北京 100038）

1 研究背景

弧形闸门具有重量轻、启门力小、动态稳定性好、操作和维护简单等优点，被广泛应用于水利工程中，作为控制渠道水位和流量的节制建筑物。过闸流量的精确计算是实现闸门自动控制、调度运行系统仿真和保障工程适时、适量供水的前提条件。

目前，工程常用的过闸流量计算模型可归纳为两种：经验系数模型和量纲分析模型。

（1）经验系数模型。该模型是现有工程设计中的常用模型，其流量计算公式可写为：

式中：Q为过闸流量；μ为流量系数；e为闸门开度；b为闸孔过流宽度；g为重力加速度；H为包含行近流速水头的闸前断面总水头，实际应用中行进流速水头较小，通常以上游水深h1直接代替H。

依据闸孔出流的不同流态：自由孔流或淹没孔流，流量系数μ采用不同的经验关系式。

设平底板弧形闸门自由孔流的流量系数为μ0，其经验关系式有：

武汉大学公式[1-2］：

式中θ为弧门开启角，公式适用范围：25°＜θ≤90°，0＜e/H＜0.65。

清华大学公式[3］：

公式适用范围：15°＜θ≤90°，0＜e/H＜0.70。

Henry公式[4］：

式中ε为过闸水流的垂向收缩系数。

设弧形闸门淹没孔流的流量系数为μs，其精确取值一直是水力计算中的难点。国内主要采用在自由孔流流量系数μ0的基础上考虑淹没系数σ的影响，即μs=σμ0。淹没系数σ的计算通常采用南京水科院提出的淹没系数σ与潜流比Xr的经验关系[5］，采用多项式拟合为