水閘沖刷計算分析研究

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1、水閘沖刷計算分析研究　　摘要:水閘泄水時部分勢能轉(zhuǎn)為動能，流速增大，因此水閘的沖刷現(xiàn)象是常見的，而抑制這種沖刷的計算則成為一個普遍且嚴(yán)重的問題，閘下有害沖刷原因是多方面的，有的是設(shè)計不當(dāng)，有的是運(yùn)用管理不善，本文以實(shí)例就對消能設(shè)計條件、躍前水深、躍后水深、下游水深，以及他們之間相互關(guān)系從設(shè)計角度以及運(yùn)用管理以及對下游河床的監(jiān)管等進(jìn)行論述?！　￡P(guān)鍵詞:消力池；設(shè)計條件；公式；海漫；臨界水深　　　　水流過閘后，在消力池內(nèi)產(chǎn)生水躍，使閘下急流轉(zhuǎn)變?yōu)榫徚?，通過水躍消耗的能量Ej與躍前斷面的能量Ei之比，稱為水躍消能率。躍前斷面的弗汝德數(shù)愈大，則

2、消能率愈高。當(dāng)Fr1在1O一40間，則Ej／EI為28%一59%，低水頭的水閘，由于Fr1較小，故水閘的消能率一般較低。針對消能工設(shè)計條件及下游水深hs，對消力池及海漫的影響作些探討?！　　　∫?、水閘消能工控制條件及消能不利原因　　　　依據(jù)一些水閘的實(shí)際運(yùn)行工況及消能工破壞實(shí)例分析，水閘消能工設(shè)計的控制條件，往往不一定是以泄放設(shè)計洪水時為最不利工況，而且，不同類型的水閘的消能設(shè)計條件也不相同，故在消能工的設(shè)計中，除需要考慮上下游水位、過閘流量、閘門啟閉的組合程序等因素外，還必須做大量的分析工作，以確定消能工設(shè)計的最不利組合，設(shè)計中切不可

3、簡單地加以假定。筆者通過對一些消力池水力狀況惡劣的水閘的觀察分析，總結(jié)出消力池計算深度過深或形成不了淹沒水躍，消能率較低的主要原因?yàn)椋骸　。ㄒ唬┯捎谑苌嫌魏樗髁亢拖掠纬蔽徊粩嘧兓挠绊懀^閘水流的水位、流量及流速均在不斷變化，設(shè)計者計算時未能加以一一分析，而是簡單地定了一個上下游水位；　?。ǘ┫掠嗡缓艿蜁r，未能結(jié)合對下游水面曲線的分析，考慮對閘門的開度、啟閉順序進(jìn)行控制或設(shè)置多級消力池；　?。ㄈ┪茨芙Y(jié)合設(shè)置一些消力墩等輔助消能工，促使水躍的發(fā)生?！　　　《?、在不同下游水位情況下的消能防沖設(shè)計　　　?。ㄒ唬┫掠嗡頷s　　消力池出

4、口處水深應(yīng)按寬頂堰自由出流公式計算。根據(jù)一定的閘下排出流量，即可按此式計算出H0，并扣去行進(jìn)流速水頭(在未求得正確的池末端水深前，此值可用δHc”代替)，這樣，即可求出消力池末端水深，此值與Hc”對比，即為淹沒系數(shù)δ，要求δ值在1.05-1。1之間。如果不合，可以調(diào)整消力池開挖深度，使之基本吻合?！　∫陨系挠嬎銉H表示池內(nèi)水深已經(jīng)淹沒。急流動能亦有所消減，但是水流出池后，仍又能對下游海漫造成很大沖刷，嚴(yán)重影響閘室安全。所以還需計算水面下降曲線，使水流出池后能與下游水面平穩(wěn)連接，進(jìn)一步消除急流動能。由于海漫一般都設(shè)計成1:1O或1:20的陡

5、坡，并在其前設(shè)置>5m的水平調(diào)整段，理論上一般認(rèn)為在平坡與陡坡交界處的水深為hk。因而，可根據(jù)已知的Qmax及hk值，向下推算海漫水面曲線。這是一條標(biāo)準(zhǔn)的M2型降水曲線，愈向下水深愈小，最后接近正常水深h0，流速變緩?！　。ǘ┫掠嗡頷k　　下游水深對出流沒有影響，故池內(nèi)淹沒情況仍可按寬頂堰自由出流公式計算。對于水平調(diào)整后的水深可按hs計算，由于愈向下流速愈小，對海漫的沖刷亦愈小。但對于海漫末端的防沖槽，由于關(guān)系到河道的沖刷安全，必需精心設(shè)計和施工?！　。ㄈ┫掠嗡頷s>0.8Ho　　消力池出口為淹沒流。由于下游水位抬高

6、，消力池出口處的水深亦相應(yīng)增加，因而在保證相同淹沒系數(shù)情況下。消力池可以開挖得稍淺一些?！　　　∪?、實(shí)例介紹　　　　為進(jìn)一步分析消能防沖設(shè)施，以實(shí)例進(jìn)行細(xì)致探討，設(shè)定某閘為2×4m，上游水位3.40m，下游水位1.5m，該閘底板高程1.0m，初步擬定的消能防沖結(jié)構(gòu)見圖?！　　　。ㄒ唬┣筮^閘流量Q　　按寬頂堰自由出流公式計算：參數(shù)選取e(側(cè)收縮系數(shù))=O.95，Ho≈H=2.4m，B=8m，m=O．385(當(dāng)檻高P=0時)　　求得：Q=O.95×O.385×8×4.429×2.41.5=48.18m3/s　　（二）求第1共軛水深hc和第2

7、共軛水深hc”　　E0=hc+q2/2gφ2hc2，假定消力池池深l.2m，則池底高程-O.2m，故E0=3.40+O.2=3.60m　　出口處B=2×4+1=9m，單寬流量q=48.18/9=5.353m2/s　　φ=O.95，g=9.81(常數(shù))，把以上數(shù)字代入公式，通過試算可求出hc=O.754m，再把代入求hc”的公式中，得hc”=2.432m　　（三）求消力池出口的水深　　先求hk　　B=9+2×l7×tg8o=13.78m，q=48.18/13.78=3.496m2/s,hk=(q2/g)1/3　　計算求得hk=1.076m

8、　　由于下游水深為O.5m　　H0=(q/(2g)1/em)2/3，e為側(cè)收縮系數(shù)o.95，m=O.385，q=3.496　　計算求得H0==1.67m　　扣去行進(jìn)流速水頭v02/2g=3.4962/19.