水力自控翻板门坝设计刍议

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1、水力自控翻板门坝设计刍议摘　要：水力自控翻板门坝在一定程度上既保护了河道的自然生态，又节省工程造价和运行费用，若翻板门配以硬壳底堰，优势则更为明显。本文介绍了翻板门的选择、底堰设计和门后补气设计，并给出了工程实例。关键词：水力翻板门坝；水位流量关系曲线；硬壳坝；设计1前言水力自控翻板门是一种“活动”的挡水建筑物，它不需要任何外加动力和人工伺候，完全由门前水位变化引起作用于门板上的水压力改变而实现闸门启闭。水力自控翻板门已由多铰式升级换代为滚轮连杆式，技术成熟、质量可靠；而且由于其结构简单、造价低廉、使用方便、运行费少，被广泛运用于中小型引水工程中，尤其适合在供电、交通条件不便且易

2、涨、易落的山溪性河道上建造。滚轮连杆式水力自控翻板门由预制钢筋混凝土面板、支腿、支墩与滚轮等金属物件组装而成。正常挡水位等于或略低于顶高程，当门前水位高于门顶0.1～0.3m时，门板自动开始翻启；而当门前河水位低于0.7～0.8门高之高程时，门板又自动回复至关闭状。滚轮连杆式水力自控翻板门在湖南、浙江生产使用较多，已有了十多年的成功经验，现正在全国推广。因此，本文就如何更好地选用该翻板门来设计壅水建筑物作一介绍。水力自控翻板门一般按定型设计生产，通常提供有门高为1.2、1.7、2.0、2.5、3.0、3.3、4.0和4.5m近十种规格，而门高小于3.0m的扇宽为6.0m，门高大

3、于3.0m的扇宽为8.0m，同时4.5m门高的也有扇宽为9.0m者。水力自控翻板门由厂家负责翻板门各部件的设计、制作与安装，因此作为翻板门坝工设计实际上是进行翻板门的合理选配，同时完成其底座—底堰或底板及坝上、下游护岸的结构设计。2翻板门的选择2.1翻板门总长度的选择翻板门价格几乎与门高的平方成正比，而且门高大于3.5m时增幅尤为明显，因此长坝配矮门往往较短坝配高门方案经济。于是，在地质等条件变化不大的情况下，可将坝址选在河面较宽的地段，以增加翻板门的总长度，若配建河床式电站尤需如此，因其厂房已占据了一定的河床宽。2.2翻板门高度的选择翻板门的高度需通过水力试算来确定。水力自控翻

4、板门有其独特的运行特性(见图1)：(1)当河水位高于门顶高程0.1～0.3m时，翻板门开始翻启泄流；(2)在翻板门全开前，门顶和门底同时泄流，且二者泄流量几乎相同；(3)翻板门全开后已成近乎于平悬在河中的一楔块(与水平夹角最小仅为10°)，由于门厚仅0.2～0.3m，对闸坝泄流阻碍不大，过闸水流已完全变成堰流。因此，翻板门全开前后要分别按不同的流量公式计算下泄流量。(1)翻板门全开前，因门顶为薄壁堰溢流、门底为闸孔出流，故闸坝泄量为二者之和〔1〕，(2)翻板门全开后的泄量计算公式〔1〕为：式中σｓ——淹没系数，可根据翻板门底堰的水流淹没程度在0.4～1.00间取值；ｍ——流量系数

5、，当门未全开时可按薄壁堰形、通过巴生公式或雷克公式计取，而在门全开后若翻板门设底堰且截面为梯形时则按其形状与尺寸查直线形实用断面堰的流量系数表格，可取ｍ＝0.33～0.40(新村翻板门坝取ｍ＝0.35)；μ——底孔流量系数；ｂ——门扇宽；Ｈｖ——门顶过水深；ｅ——门底出流孔口高度；η——考虑翻板门全开时其近乎平悬在水流中对泄流影响的折减系数(包括侧收缩系数ε)，原则上通过水工模型试验确定，无试验资料时一般可取0.93～0.95(门高时取大值，门矮时取小值)；Ｈ——堰上水头；ｇ——重力加速度。由上述公式可知，翻板门全开前，下泄流量不仅是门前水位的函数而且还与翻板门开度成正比；翻板

6、门全开后，下泄流量仅随门前水位的变化而变化。因此，翻板门门前水位～下泄量关系并非是一单调连续曲线，而是由前后两段(严格地讲是三段，还应包括翻板门开启前仅门顶溢流之极短的一小段，因在图中很难辨分，故不单列)不同的曲线所组成，而且翻板门全开前，该曲线不可逆，即涨退水曲线成一闭合回路(见图2)。水力自控翻板门坝设计刍议:　该曲线形成过程是：涨水时当河水位高于门顶高程0.1～0.3m时，翻板门开始翻启泄流，但门前水位随着河道中来水流量的不断增大而升高，反过来，翻板门的下泄流量又随着门前水位的上涨而增大。这是动态平衡，而且门开度增加总滞后于河水来量的增加。因此，翻板门门前水位～下泄流量曲线

7、在河道开始涨水时呈上升趋势。当翻板门与水平夹角等于45°时，翻板门门前水位～下泄量曲线开始转为下降。这是因为从此开始，翻板门挡水功能开始逐渐退出，是其泄流能力因过坝(堰)水流流态逐渐向全堰流转变而陡增所致的暂时现象。翻板门全开后，随着来水流量的继续增大，下泄流量也随之增大，曲线开始单调上升而不再反复。在退水期，当下泄流量较大门处于全开状态即不存在开度变化时，随着来水减少门前水位单调下降即沿涨水曲线回复；但当河水流量小至其下泄流量不足使门全开时的最小下泄量后，又因翻板门开度减少滞后