淹没出流过闸流量探讨

1、    淹没出流过闸流量探讨    杨晓亮 刘鹏【摘要】本文主要应用水力学知识，通过计算探讨水闸控泄时的过闸流量，为防汛调度提供参考，也为水文推流提供参考数据。【关键词】计算；控泄；过闸流量；参考防汛是一个经久不衰的话题，防汛调度的正确与否直接关系着人民财产、城市建设的安危。本文通过计算得出过闸流量希望可以为防汛调度提供参考。控泄，即闸门部分开启，水流由闸门下缘的孔口流出，这种水流的状态叫做闸孔出流。敞泄，闸门完全开启，闸门对水流不起控制作用，水流自由下泄，这种水流状态称为堰流。闸孔出流由于受到了闸门的控制，闸孔上下游的水面是不连续的。堰流由于闸门对水流

2、不起作用，水面线为一条光滑的降落曲线。而且由于水闸壅高了上游水位，在重力作用下形成的水流运动。但实际中，对于同一过流闸门，在某种条件下属于闸孔出流，在另外的条件下又属于堰流。其转化条件主要跟闸孔的相对开度 、闸门型式、上游涨水等有关。计算过闸流量时，需先判断水流状态：0.65 为闸孔出流；>0.65 为堰流。以某闸为例，共25孔工作闸门（其中中孔23扇，边孔2扇，每孔净宽9.5m），闸底板与河道齐平，闸门为平板钢闸门，根据调度预案，当水位达到3.5m（大沽）时，开始提闸泄水，闸前水深约为2.5m。假设闸前水深 为5m，闸孔开度 为1m，试求下游水深 为3.5m时通过闸孔的流量。首先，判断

3、水流状态：因为 = =0.2<0.65，故判断水流状态为闸孔出流。然后，判别闸孔出流的性质：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，约在（0.51） 处出现水深最小的收缩断面。收缩断面的水深 一般比临界水深 小，水流为急流状态。闸后河道中的下游水深 一般大于临界水深 ，水流呈缓流状态。水流从激流到缓流时，要发生水跃，水跃的位置随下游水深 而变。假设收缩水深 的跃后水深为 ，则有：当 ，水跃发生在收缩断面处或者收缩断面下游，此时下游水深 的大小不影响闸孔出流，称为闸孔自由出流。当 > ，水跃发生在收缩断面上游，水跃旋滚覆盖了收缩断面，此时通过闸孔的流量

4、随下游水深 的增大而减小，称为闸孔淹没出流。根据诺科夫斯基应用理论分析方法，求得在无侧收缩的条件下，平底无坎平板钢闸门的垂直收缩系数 与闸孔相对开度 的关系： 随着相对开度 的增加而加大，如表1所示。查表1得，当 =0.2时，垂直收缩系数 =0.620，则收缩水深为：= . =0.620×1m=0.620m收缩水深 的跃后水深 由下式计算：=收缩断面的流速 为：= = =假设不考虑行进流速的影响，则流量系数 按南京水利科学研究所的经验公式计算：=0.60-0.176 =0.60-0.176×0.2=0.5648收缩断面的流速 为：= =9.04m/s收缩断面的跃后水深 为：

5、= =2.91m因为， =3.5m> =2.91m，所以闸孔为淹没出流。淹没出流的流量是由闸孔自由出流的流量乘以一个淹没系数 。闸孔自由出流的流量计算通过闸前断面及收缩断面的能量方程进行推导（此处不进行推导）。闸孔自由出流的流量计算公式为：=故闸孔淹没出流的流量计算公式为：=可从南京水利科学研究所研究的淹没系数 与潜流比 的关系图中查得。潜流比 = =0.282；查得 =0.72。所以闸孔淹没出流的流量为：=0.72×0.5648×9.5 m×1m× =38.2 。n孔数即当闸前水深 为5m，闸孔开度 为1m，下游水深 为3.5m时通过闸孔的流量为38.2 。根据水力学知识，对已知水闸通过大量计算，可得到不同条件下的过闸流量数据。为汛期防汛调度提供了一定的參考作用，可以结合数学模型理论，通过大量的计算分析，构造符合水闸过流的数学模型，做出水位流量关系曲线，同时也给水文工作者推流提供方便，节省大量的劳动力。参考文献1 吴持恭主编&