[發明專利]要素擴展型閘門控制運用曲線設計及其應用

有效

• 申請號: 201110185301.2
• 申請日: 2011-07-04
• 公開（公告）號: CN102296574A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發明（設計）人: 羅秉珠;徐婷蘭;李布靂;豐偉;卓麗
• 申請（專利權）人: 廣西電力工業勘察設計研究院
• 主分類號: E02B7/20
• 分類號: E02B7/20
• 代理公司: 廣西南寧公平專利事務所有限責任公司 45104
• 代理人: 王素娥

技術領域

本發明涉及水利水電工程領域，具體是要素擴展型閘門控制運用曲線設計及其應用。

背景技術

水利水電工程泄水閘閘門的控制運用，是保證工程安全運行的主要要素，如果閘門控制運用不當，將產生非預期流態，造成嚴重沖刷破壞，危及工程安全。在泄水閘運行設計中，是根據水力設計和水工模型試驗成果，制定合適本工程的閘門控制運用方式。

此前關于“閘門控制運用曲線”的研究與應用情況是：(1)國家現行《水閘設計規范》SL265-2001的條文說明中，用4個象限直角座標所表達的“閘門控制運用曲線”，也只能反映5個水力要素的相互關系(見附圖1)；(2)我院在1994年，為巖灘水電站溢流表孔所制定泄洪調度“閘門控制運用曲線”，能反映6個水力要素的相互關系(其中第一象限用流量數據表達，未繪出關系曲線，見附圖2)。隨著技術發展，原“曲線”已不能滿足我院后來所完成其他水電工程泄洪運行管理需要。綜合上述，此前的“曲線”不足之處具體表現在：

①廣西所建工程均以發電為主，原“曲線”不能表達發電引用流量與泄洪閘承擔渲泄流量的關系；

②現行規范及目前學者研究的“曲線”，主要對象是底流水躍消能，與我院在紅水河上數個工程的消能防沖設計，普遍采用收縮射流與戽式消力池聯合消能工，在流態特征和泄洪控制要素上與底流消能有著顯著差異；

③1994年用于巖灘的“曲線”是閘孔自由出流，除了應增加、完善第一象限的要素內容外，并要滿足許多低水頭水電工程，泄水閘多為閘孔淹沒出流，其泄流能力曲線形式與上不同；并存在水躍躍首撞擊閘門，引起閘門產生危害性振動等問題，應在“曲線”中得到反映；

④工程運行實踐證明，要有“閘孔開啟順序圖表”和相關操作規程與“曲線”配合使用，才能方便工程運行管理人具體實施，達到確保壩下出流均勻平穩的目的。

發明內容

本發明為了克服現有技術的不足，提供一種確保水利水電工程泄洪安全的要素擴展型閘門控制運用曲線及其應用。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：

1.要素擴展型閘門控制運用曲線設計，曲線設計是針對中低水頭水電工程的泄水閘，當天然來水流量小于敞開閘門泄洪，但又大于工程引用流量時，要通過局部提升閘門高度，滿足渲泄多余流量，設計計算主要條件是：

1)不降低水庫的正常蓄水位；

2)泄水閘以局部開啟閘門方式嚴格控制下泄流量，做到只泄多余流量；

3)確保閘下出流均勻平穩，消能工要產生設計所預期的流態——消力戽產生為穩定戽流或淹沒戽流流態(底流消能為淹沒水躍，原理相同，本文舉例從略)。

概括上述即是：閘門控制運用曲線是在水庫為正常蓄水位時使用，當遇到有剩余流量要通過泄水閘渲泄時，消能工必須實現預計流態，確保下游安全。

根據堰型、下游水位對堰流與閘孔出流的約束情況，分為自由出流與淹沒出流兩種工況，分別進行設計要素擴展型閘門控制運用曲線。

2.要素擴展型閘門控制運用曲線設計方法，其特征在于，該曲線是閘孔自由出流的要素擴展型閘門控制運用曲線，設計方法如下：

將“曲線”水力要素擴展后，用四個象限座標反映10個要素、7條要素關聯曲線(淹沒出流為8條)。其中附圖3為閘孔自由出流工況；附圖4為閘孔淹沒出流工況。

1)第一象限：含三條曲線，包含總來水流量、發電引用流量、上下游水位的三項關系曲線。

第一條曲線——下游水位Z_d～總來水流量Q₀關系曲線：取壩址下游某處的水位Z_d，繪制下游水位Z_d～總來水流流量Q₀關系曲線，主要依靠水文實測資料確定；

第二條曲線——水庫水位Z_u～下泄洪水流量Q₀關系曲線：當來水流量小于敞開泄水閘閘門的過流能力及引用流量總和之前，水庫水位為定值即正常蓄水位。來水流量增大后，敞開溢流堰閘門，按自由溢流流量計算公式(ε為收縮系數；m為流量系數；n為閘孔孔數；b為每孔凈寬；H₀為包括行近流速水頭的閘前水頭)，匯合其它泄水建筑物的下泄流量Q_f，逐步計算高于水庫正常蓄水位的泄流能力(有條件的工程通過水工模型試驗驗證修改)，繪制成水庫水位Z_u～下泄洪水流量Q₀關系曲線；