李峤

摘要：退水闸功能为总干渠事故、检修时退水，当利用退水闸向邻近河道进行生态补水时，其功能和运行工况发生了变化。本文以QL退水闸为例，就其功能变更对工程安全和供水安全进行影响分析，对类似工程具有一定的借鉴意义。

关键词：退水闸  生态补水  小开度  空蚀  闸门振动

某大型引调水工程沿总干渠设有退水闸，其原功能为总干渠事故、检修时退水。为了充分发挥工程效益，适应沿线地方用水需求的变化，拟利用退水闸向邻近河道生态补水，以改善沿线用水区的居民生活用水条件、补充地下水源，增加用水储备。

退水闸原功能为总干渠事故、检修时退水，其设计工况为闸门全开或全关，对闸门控制精度要求很低，同时退水闸长期小开度运行，可能存在高速水流引起空蚀、闸门振动等问题，存在一定的安全风险。为保障工程安全和供水安全，须对变更功能的退水闸进行安全影响分析。下面以总干渠QL退水闸为例进行分析。

1.工程概况

QL退水闸设计退水流量115m3/s，由进口连接段、闸室、消力池、退水渠等组成，全长683m。

退水闸共1孔，闸室长15m，孔宽5.5m，底板高程为79.387m，闸顶高程86.737m。闸室为开敞式钢筋混凝土整体结构，闸室上下游均布置圆弧翼墙。

闸下消力池长30m，深1.6m，采用矩形槽钢筋混凝土整体结构，由斜坡段和水平段组成。斜坡段水平投影长8m，底宽5.5m～7.5m，纵坡1：5，底板高程79.387m～77.787m;水平段长22m，底宽7.5m，底板高程为77.787m。

退水明渠为梯形断面，底宽7.5m，边坡1：2.5，纵坡i=0～1/1000，采用浆砌石衬砌。

退水闸设置工作闸门和检修闸门各1扇。工作闸门为露顶平面钢闸门，设计水头6.324m，动水启闭，启闭设备为双吊点固定卷扬式启闭机。检修闸门布置在工作闸门的上游，闸门结构同工作闸门，操作方式为动水闭静水启。

2.水工结构安全影响分析

2.1门槽处空蚀计算

QL退水闸为平底板闸，闸门小开度运行时，闸门槽前参考断面平均流速较大，易发生空蚀。根据《溢洪道设计规范》SL253-2018计算闸门不同开度的水流空化数及初生空化数，初生空化数按闸门槽尺寸计算并内插得。

式中：σ—水流空化数;

ha—建筑物所在地区的大气压力水柱（m）;

v0—来流参考断面平均流速（m/s）;

h0—来流参考断面时均压力水头（m）;

hv—水的气化压力水柱（m），取25度水温对应的压力水柱0.32m;

∆—当地海拔高度（m），取80m。

退水闸小开度运行过闸流量采用《水工设计手册》中的平板闸门闸孔出流流量公式计算：

式中：Q—过闸流量（m3/s）;

σ—淹没系数;

μ—闸孔自由出流流量系数，按南京水利科学研究所的经验公式：

b—闸孔宽度（m）;

e—闸孔开度（m）;

H0—总水头（m）。

闸前总水头6.324m，孔口宽5.5m，闸门槽空蚀计算结果见表1。

通过计算可知，总干渠加大水位下，退水闸闸门在0.05m～2.00m小开度运行时，闸门槽前参考断面水流空化数为4.41～6.37，闸门槽处的初生空化数为0.709，最小水流空化數大于初生空化数，因此，闸门槽处不产生空化水流，不会产生空蚀。

2.2闸门小开度运行消能防冲验算

消力池深度及长度《水闸设计规范》SL265-2016附录推荐公式进行计算。闸前总水头6.324m，孔口宽5.5m，闸门小开度运行时闸下消力池消能计算结果见表2。

通过计算可知，总干渠加大水位下，退水闸闸门在0.05m～2.00m小开度运行时，闸下消力池计算深度1.46m，水平段计算长度18.67m，现状闸下消力池深1.6m，水平段长22m，实际工程消力池深度及长度均大于计算所需数值。因此，在上述各小开度运行时，消力池能够满足要求。

3.金属结构安全影响分析

退水闸工作闸门采用平面定轮钢闸门及固定卷扬启闭机操作。因退水闸仅增加局部开启功能，没有提高闸门的挡水高度，因此现有门体主要结构及零部件的强度、刚度及稳定性均满足规范和工程运行的要求。

现有闸门对于满足原退水工况是合适的，但如果闸门局部开启时，本门型可能会出现振动现象。振动分为两种，破坏性振动和一般性振动。对于本工程闸门，设计水头均不大，闸门开度较小，闸门自重较大，经过分析认为不会出现破坏性振动，但一般性振动可能会出现。经过现场查勘和征询运行单位意见，退水闸工作闸门小开度试运行进行生态补水期间，没有出现振动现象。为了满足生态供水时退水闸工作闸门各种运行工况，闸门不同开度也可能出现的振动问题，因此，建议在该闸门设置应力、变形和振动等在线监测装置，对闸门进行原型试验，检验在开度范围是否存在振动现象，如有振动采取措施进行消除。

4.结语

经复核，从退水闸结构稳定、过流能力、闸门及启闭设备等各方面综合分析，现状退水闸基本能够满足长期保持小开度供水的要求，但考虑工程运行中存在的安全隐患及对总干渠的最不利影响，调度过程中应注意以下几点：

1）功能变更后，退水闸工作闸门挡水、退水条件及其操作运行要求与原设计方案一致。功能变更后，退水闸主要运行方式为局部开启进行生态供水。但长期保持小开度过流，会加速启闭设备零部件的老化，同时容易造成底止水橡皮及底侧止水橡皮破坏;长时间的高速过流亦会对闸室底板结构产生破坏，存在一定的安全隐患，建议定期对退水闸进行检查和维护，及时排除隐患，确保退水功能及退水安全。

2）退水闸开度过大会造成总干渠水位突降，造成衬砌破坏，所以允许闸门开度不宜超过引起总干渠水位突降限值的最大开度，同时密切观察上游总干渠水位变化情况，一旦短时间内出现较大水位变动应立即采取处理措施，避免对总干渠造成破坏。

3）QL退水闸小开度试运行生态补水期间未发现闸门振动的情况，建议在今后的运行中加强观测，当出现振动时，要及时调整开度，避免闸门长期处于振动区。

参考文献

[1]中华人民共和国水利部 . SL253-2018 . 溢洪道设计规范 [S].

[2]吴持恭 . 水力学（第四版）[M] . 北京：高等教育出版社，2008.

[3]李炜 . 水力计算手册（第二版）[M] . 北京：中国水利水电出版社，2006.

[4]中华人民共和国水利部 . SL265-2016 . 水闸设计规范 [S].