车陆金厂泡子防洪排水闸规模的确定分析

刘国庆

( 五大连池市水务局，黑龙江 五大连池164100)

排水闸主要特点是用以自流宣泄涝渍水流。在一般的地区，它在外河高水位时是关闭的，仅在汛前外河低水位时，开闸向外抢排，预降河内水位; 汛后外河水位降低后，向外排水，或引水灌溉。由于自流抢排时间紧，排水闸的过水能力一般较大。

0 概 况

逊克县车陆乡金厂泡子防洪排水闸为黑龙江车陆段堤防穿堤建筑物，位于逊克县车陆乡卫东村境内长大套子岛附近，主要是排泄车陆泡子及边境湖内水，外江为黑龙江，闸址距逊克县奇克镇25 km。车陆防洪排水闸主要保护沿岸1个乡镇7个村屯，人口7 443人，8 720 hm2耕地，控制排涝面积6 667 hm2。

金厂泡子防洪排水闸布置在黑龙江堤防桩号71 +250处，水闸采用开敞式带胸墙的型式，原设计长75.5 m，其中铺盖长32.0 m，包括干砌石段长20.0 m和浆砌石段长12.0 m，闸室段顺水流方向7.5 m，垂直水流方向19 m，闸分五孔，每孔净宽3.0 m。闸底板高程为103.65 m; 闸室下游一级消力池长16.00 m，与陡坡连接，二级消能采用跌水式消力池，池长14.5 m。海漫段长15.5 m，海漫末端设有防冲槽，槽深1.0 m。

1 排水闸规模的确定

1.1 车陆金厂泡子排水闸规模的确定

排水闸闸孔尺寸的大小与闸底板高程有关，为了阐述方便，先从确定闸底板的高程开始。

1.1.1 闸底板高程主要根据排水闸的任务来确定

从满足排空内湖涝水或满足运处低洼农田降低地下水位的要求而言，闸底板高程可以与闸前排水干沟的沟底高程齐平［1］。而闸前沟底高程可由最远处低洼农田田面高程，考虑降低地下水深度，各级沟道比降( i) 和局部水头损失( Δz) 等逐级推算而得，闸底板高程推算见图1。

图1 车陆金厂泡子防洪排水闸底板高程推算示意图

1.1.2 在最后选定闸底板高程时，还需结合闸孔宽度一并考虑

这是因为在排涝流量一定的情况下，如果底板高程定得低一些，闸前的水深就大，过水能力也大，因此闸孔宽度就可以减小; 反之，底板高程定得高一些，闸孔宽度就要大一些。此外，还要注意闸基地址情况，避免由于闸底开挖过深而导致施工上的困难。

1.2 闸底宽度的影响条件

车陆金厂泡子防洪排水闸有以下两个方面的排涝任务:①抢排汛期涝水，即当汛期外江( 河) 水位短期回落，区内涝水有可能自流外排时，应尽量抓紧时机将涝水抢排出去;②在汛后排除涝水，在有蓄涝内湖的情况下，应使内湖水位在一定时间内降低到规定高程。闸孔宽度应根据上述两项排涝流量设计。

但实际上，由于汛期抢排任务时间紧，抢排任务总是大于汛后排涝任务，所以排水闸的闸孔宽度大多是按汛期抢排流量确定的。

1.3 车陆金厂泡子防洪排水闸蓄涝的情况分析

车陆金厂泡子防洪排水闸虽有蓄涝内湖，但容积较小，滞蓄作用不大。在这种情况下，由于暴雨所产生的全部涝水就要求在规定时间内( 即作物允许耐淹时间内) 及时的排走，当外江水位高于内湖水位时，应采取提水排水; 而当汛期外江水位短期回落，内涝积水有可能自流外排时，则应尽量争取抢排。排水闸的闸孔宽度，应根据一次暴雨所产生的设计排水流量( 抢排流量) 和相应的闸上、下游水位计算确定。

在确定了闸底板高程，设计排水流量和闸上、下游水位以后，就可按水力学的方法区别过闸水流状态，并采用相应的计算公式计算闸孔宽度。

但在抢排情况下，闸上、下游水位差较小，如图2所示，过闸水流状态一般为宽顶堰淹没出流，故闸孔净宽度B 可用下式计算:

式中: σs为宽顶堰淹没系数; ε 为侧收缩系数; m 为宽顶堰流量系数。或采用下列公式计算:

式中: ε 为侧收缩系数; φ 为流速系数; z0为闸上、下游水头差( H0－ h) 。

根据同期排涝区的降雨推求排水沟的排水流量过程，再假设某组闸底板高程水闸和闸孔密度，对上述排水流量和外河水位进行排水模拟计算，方法与下面的排涝演算类似。若能满足排涝要求的那一年称为保证年，不能满足排涝要求的称为破坏年。最后若保证年数为m，则加速度的一组闸底板高程和闸孔宽度能达到除涝排水标准为:

式中: P 为除涝标准，P 设为设计除涝标准，%; m 为模拟结果达到排涝标准的年数; n 为资料系数的年数。

必须指出，按水利计算求得的闸孔宽度，还必须根据水工建筑物的要求( 结构及闸下消能等) 对其单宽流量进行校核，以便最后确定闸孔尺寸。

为了计算方便，在计算过闸流量时，可事先绘制内湖水位—外江水位—流量曲线。如果内湖临近排水闸，则内湖水位为闸前水位，外江水位即闸后水位。曲线应按水流过闸状态的不同，根据相应的水力学计算公式推求。

表1 为车陆金厂泡子防洪排水闸排涝演算表。初选闸宽138 m，底板高程位19.6 m。外江水位根据水文分析确定。抢排时间，湖泊集雨面积上的径流量R 可以忽略不计。

过闸流量按Q = εφBh( √2g) z0计算，在开始时刻t0时，z内= z外=24.88m，V0=8.18 ×108m3，Q 0 =0;当t1=( t0+Δt) 时，外江水位为24.85 m。

先假定内湖水位为z1’=24.86 m，算得相应的排水流量Q1=252 m3/s，并计算出时段的平均流量为126 m3/s，排除水量为0.1088 ×108m3，则减少的湖水量为0.1088 ×108m3，t1时段末的内湖蓄水量为V1－ ΔV1=8.0712 ×108m3，再自湖泊水位与容积曲线上查得相应于此V1值的湖水位。

若查得的水位与假定的z1'相等，则说明假定值正确，第一时段t0－ t1的计算即告结束。如此，逐时段进行演算，即可推求出开闸后排水及湖水位的变化过程。

若计算结果，湖水位过早地降至预订的水位，则说明闸孔尺寸过大，不够经济; 如果在要求时间内不能下降至预订水位，则说明闸孔过小，在这两种情况下，都必须另行选定闸孔尺寸，重新演算，直到符合要求为止。

表1 车陆金厂泡子防洪排水闸排涝期间排涝演算表

1.4 闸顶高程的确定

排水闸闸顶高程应根据排水闸所在河段的防洪标准确定，闸顶高程=设计洪水位+风浪高+安全超高，一般不得低于两侧原有堤防的堤顶高程，有时还应考虑河道洪水位的可能抬高值。

2 结论及建议

水闸安全泄洪对于保护堤防安全、防止淹没耕地和排涝有着极其重要的作用，同时还能挡黑龙江高水位，防止回水倒流淹没耕地，为了确保水闸继续发挥防洪排涝效益，抗御可能出现的各种大洪水，保证国民经济稳步、持续发展和全面建设小康社会的需要，对逊克县车陆金厂泡子防洪排水闸规模的确定技术进行分析势在必行。

［1］江苏省水利勘测设计研究院.SL265—2001 水闸设计规范［S］. 北京:中国水利水电出版社，2001.