[发明专利]要素扩展型闸门控制运用曲线设计及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及水利水电工程领域，具体是要素扩展型闸门控制运用曲线设计及其应用。

背景技术

水利水电工程泄水闸闸门的控制运用，是保证工程安全运行的主要要素，如果闸门控制运用不当，将产生非预期流态，造成严重冲刷破坏，危及工程安全。在泄水闸运行设计中，是根据水力设计和水工模型试验成果，制定合适本工程的闸门控制运用方式。

此前关于“闸门控制运用曲线”的研究与应用情况是：(1)国家现行《水闸设计规范》SL265-2001的条文说明中，用4个象限直角座标所表达的“闸门控制运用曲线”，也只能反映5个水力要素的相互关系(见附图1)；(2)我院在1994年，为岩滩水电站溢流表孔所制定泄洪调度“闸门控制运用曲线”，能反映6个水力要素的相互关系(其中第一象限用流量数据表达，未绘出关系曲线，见附图2)。随着技术发展，原“曲线”已不能满足我院后来所完成其他水电工程泄洪运行管理需要。综合上述，此前的“曲线”不足之处具体表现在：

①广西所建工程均以发电为主，原“曲线”不能表达发电引用流量与泄洪闸承担渲泄流量的关系；

②现行规范及目前学者研究的“曲线”，主要对象是底流水跃消能，与我院在红水河上数个工程的消能防冲设计，普遍采用收缩射流与戽式消力池联合消能工，在流态特征和泄洪控制要素上与底流消能有着显著差异；

③1994年用于岩滩的“曲线”是闸孔自由出流，除了应增加、完善第一象限的要素内容外，并要满足许多低水头水电工程，泄水闸多为闸孔淹没出流，其泄流能力曲线形式与上不同；并存在水跃跃首撞击闸门，引起闸门产生危害性振动等问题，应在“曲线”中得到反映；

④工程运行实践证明，要有“闸孔开启顺序图表”和相关操作规程与“曲线”配合使用，才能方便工程运行管理人具体实施，达到确保坝下出流均匀平稳的目的。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提供一种确保水利水电工程泄洪安全的要素扩展型闸门控制运用曲线及其应用。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

1.要素扩展型闸门控制运用曲线设计，曲线设计是针对中低水头水电工程的泄水闸，当天然来水流量小于敞开闸门泄洪，但又大于工程引用流量时，要通过局部提升闸门高度，满足渲泄多余流量，设计计算主要条件是：

1)不降低水库的正常蓄水位；

2)泄水闸以局部开启闸门方式严格控制下泄流量，做到只泄多余流量；

3)确保闸下出流均匀平稳，消能工要产生设计所预期的流态——消力戽产生为稳定戽流或淹没戽流流态(底流消能为淹没水跃，原理相同，本文举例从略)。

概括上述即是：闸门控制运用曲线是在水库为正常蓄水位时使用，当遇到有剩余流量要通过泄水闸渲泄时，消能工必须实现预计流态，确保下游安全。

根据堰型、下游水位对堰流与闸孔出流的约束情况，分为自由出流与淹没出流两种工况，分别进行设计要素扩展型闸门控制运用曲线。

2.要素扩展型闸门控制运用曲线设计方法，其特征在于，该曲线是闸孔自由出流的要素扩展型闸门控制运用曲线，设计方法如下：

将“曲线”水力要素扩展后，用四个象限座标反映10个要素、7条要素关联曲线(淹没出流为8条)。其中附图3为闸孔自由出流工况；附图4为闸孔淹没出流工况。

1)第一象限：含三条曲线，包含总来水流量、发电引用流量、上下游水位的三项关系曲线。

第一条曲线——下游水位Z_d～总来水流量Q₀关系曲线：取坝址下游某处的水位Z_d，绘制下游水位Z_d～总来水流流量Q₀关系曲线，主要依靠水文实测资料确定；

第二条曲线——水库水位Z_u～下泄洪水流量Q₀关系曲线：当来水流量小于敞开泄水闸闸门的过流能力及引用流量总和之前，水库水位为定值即正常蓄水位。来水流量增大后，敞开溢流堰闸门，按自由溢流流量计算公式(ε为收缩系数；m为流量系数；n为闸孔孔数；b为每孔净宽；H₀为包括行近流速水头的闸前水头)，汇合其它泄水建筑物的下泄流量Q_f，逐步计算高于水库正常蓄水位的泄流能力(有条件的工程通过水工模型试验验证修改)，绘制成水库水位Z_u～下泄洪水流量Q₀关系曲线；