末级渠系孔口闸门设计研究_末级渠系

　　摘要:目前灌区末级渠系一般没有量测水设施，而骨干渠道上的量测水设施又复杂、昂贵，不易推广。对此现状，提出一种适用于末级渠系管理需要且结构简单的新型孔口闸门技术设施，围绕闸门启闭、流量观测、过闸流量调控3项技术集成所涉及的主体结构、配套设备、测流原理等技术问题，进行了设计研究，具有一定的推广前景。
　　关键词:末级渠系；孔口闸门；设计研究
　　
　　引言
　　
　　对灌区灌溉用水实行计量，不仅是发展节水农业的需要，也是实行按方收费的需要，更是实现灌溉自动化的前提和基础。当前，随着大型灌区节水改造工程的实施，对灌区量水建筑物提出了新的要求。量水设施一方面必须要量测精度高，结构简单、操作方便、坚固耐用，同时，还必须造价合理，与经济社会发展水平相适应，具有可推广的前景。
　　当前灌区量水工作的重点主要在骨干系统的水量计量上。但面广量大的田间配水渠系水量计量同样重要，它直接影响着先进灌水技术的推广应用，是节水灌溉的重要环节。
　　
　　一、灌区量水设施概况
　　
　　目前灌区明渠量测水设备应用较多的有量水堰、量水槽和量水计3大类，形式多种多样。这些方法在量水过程中优缺不一。他们要么安装和测量复杂，投资大；要么量测水不直观，技术含量低，易收泥沙影响等，且需有专业人员测量，较适用于干支渠以上。
　　然而，大部分末级渠系安装的分水设施落后，运行中仅有启闭放水单一功能，未将启闭与测配水有机结合。为测水需要，必须在渠道其他处另设测水设施，导致设施配套二次投入，且管理任务较重，很不经济。因此，根据“经济实用、量水直观、一闸多用、符合精度”的原则，研究设计灌区先进实用、满足精度、造价低廉，适用于灌区斗、农渠的量水设备，是灌区用水和提高管理水平的迫切需要。
　　
　　二、设计研究
　　
　　末级渠系孔口闸门的设计关键是将量水和启闭功能综合，使其集分水、测水、启闭、调控于一体。因此，需要从测流原理、设施结构、量测直观、经济实用方便等方面进行综合研究设计。
　　（一）测流原理
　　根据闸孔出流原理，闸孔出流公式为：
　　
　　式中：Q为流量，m3／s；σs为淹没系数；μ0为闸孔流量系数；b为孔口宽度，m；e为闸门开度，m；g为重力加速度；H0-hc为闸孔的作用水头，m。其中，σs、μ0均可由灌区量水工作手册中查得。
　　
　　由以上原理知，孔口闸门测流，水头损失不大，可通过一定的泥沙，对于比降较小或者浑水渠道均可适用。
　　（二）结构设计
　　1、主体设计
　　孔口闸门由挡水板及孔口2部分组成，出流孔口一般可有矩形或圆形断面2种形式，矩形结构简单，制作容易，而圆形则可得到更好的过流条件。孔口闸门可实现以下技术功能：错误！未找到引用源。闸门启闭；②流量观测；③调节过闸流量。
　　孔口闸门结构尺寸设计主要取决于渠道过水断面流量。因此需要根据流量设计确定不同规格。矩形和圆形出流孔口断面结构尺寸设计见表1。
　　2、配套设计
　　孔口闸门的配套设备主要有：出流孔口闸门体上的闸门槽，其设计采用直槽或燕尾式闸槽，且设有止水橡皮，确保闸门板上、下开启正常运行不渗水；闸门开启箱设置在闸门体上中部，其作用在于防止人为影响，保护闸门板安全运行，内设有可固定手柄杆式螺旋，闸门开启箱为长方体，外部加锁；在闸门旁设计“水位差～流量查用表”，供用水双方可方便直接读取灌溉流量成果。
　　（三）技术设计
　　为确保孔口闸门正常开启运行和灌溉水流量的实施观测，基于孔口出流必须是淹没流形态的原理，需要把握好淹没出流的控制和水位～流量关系两项关键技术的分析设计。
　　1、淹没流控制
　　由图1知，满足过闸水位处于淹没流态的基本条件是：收缩断面水深hc的共轭水深小于下游水深，即hc” 本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文