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摘要：通过介绍水力自动翻板闸门在龙胜广南水电站中应用情况，介绍设计经验。
关键词： 水力；自动翻板闸门；水电站；应用；设计
1 工程概况
广南水电站位于龙胜县平等乡广南村上游约1km处的平等河上，位于平等河中游，电站距县城60km ，坝址集水面积342km2，坝址以上主河道长48.2km，坡降17.9‰。工程主要由拦河坝、进水口、左岸河床式发电厂房、尾水渠及升压站组成。总装机3×800kW，总库容97万m3，大坝采用C15混凝土砌石坝，溢流坝段长60.0m，最大坝高15.6m，为单纯发电的河床式电站，多年平均发电量：1256.3万kW·h。工程设计洪水标准取20年一遇，校核洪水标准取100年一遇。设计洪水时最大泄流量为1520m3/s，校核洪水时最大泄流量为2220m3/s。
2 水文气象和工程地质
2.1 水文气象
广南水电站坝址以上流域属亚热带季风区，气候温和，湿度较大。从流域附近各雨量站及水文站的雨量资料来看，降雨多集中在3月～8月，占全年降雨量的70%左右。设计流域内无气候特征资料，移用坝址附近的龙胜县气象局观测的龙胜县城有关气候特征值，做为本设计的气象设计依据，该气象局有气象资料30多年，其多年平均气温18.1℃，极端最高气温为39.5℃，极端最低气温为-4.8℃，多年平均风速为2.1m/s，历年最大风速28m/s。多年平均最大风速18.1m/s。流域内日照短，年平均日照时数为1200h，占可照时数的28%；多年平均蒸发量为1200mm，最大年蒸发量为1400mm；湿度较大，年平均湿度达80%以上。
2.2 工程地质条件
工程区地壳比较稳定，地震活动微弱，历史上无地震灾害记载，本工程区大地构造属南华准地台桂北台隆龙胜褶断带，区内无活动性及发震断裂存在，区域稳定性良好。地震基本烈度为小于Ⅵ度区。工程设计可不作抗震计算。工程区内水文地质条件较简单，地下水类型主要为基岩裂隙水，第四系零散分布有少许孔隙水，受大气降水的补给，向就近溪河排泄，地表径流大，地表水及地下水属偏碳酸钙镁型水，对混凝土无腐蚀性，工程区主要为变质砂岩，属弱透水岩石。坝址区河谷呈“V”字型，为中低山构造剥蚀地貌，该坝址河段平直，河流由自北东向南西流，河床宽度35m～50m，右岸自然边坡30°～40°，左岸自然边坡40°～50°，左岸有公路沿河经过，岸坡大部分为开挖公路弃渣堆填，较松散，厚2m ～3m，右岸边坡大部分为第四系覆盖层，厚1m ～2m，两岸坡部分出露强风化基岩，河床为冲洪积层厚约3.5m ～6.0m，主要由漂石、砂卵石混杂而成。坝址区范围内未见区域性大断裂通过。
3 闸门设计方案比较
由于广南水电站坝址以上集水面积大，洪峰流量较大，要求挡水建筑物泄洪能力强，为了较好地解决泄洪与壅水发电的矛盾，设计采用闸门来控制和调节坝前水位。在闸门型式的选择中，设计作了定轮平面钢闸门和液压同步双驱动水力自控翻板闸门两个方案的比较。液压同步双驱动水力自控翻板闸结构简单，建设投资相对节省，施工方便，运行维护管理方便，运行费用低，且加装液压启闭系统，提高闸门的运行安全度和灵活度；定轮平板钢闸门技术、结构、材料、设计均采用常规方法，但建设投资与运行费用较高，且还需增加交通桥及启闭机，施工难度大，时间长。定轮平面钢闸门方案比液压同步双驱动水力自控翻板闸门方案工程量及投资比较表详见表3.1-1。
从表3.1.1可看出，两方案拦河坝的土建工程量及投资相差不大，但定轮平面钢闸門方案比液压同步双驱动水力自控翻板闸门方案多了57.5万元， 拦河坝总投资定轮平面钢闸门方案比液压同步双驱动水力自控翻板闸门方案多了258.868万元；在结构型式相同的情况下，定轮平面钢闸门方案的进水口、发电厂房、尾水渠的土石方开挖量比液压同步双驱动水力自控翻板闸门方案少4970 m3，投资只少12.69万元，故平面钢闸门方案比液压同步双驱动水力自控翻板闸门方案总投资多了246.178万元。 经综合分析比较，设计拟采用液压同步双驱动水力自控翻板闸门。选定方案拦河坝下游立视图见图1：
4 液控同步双驱动水力自控翻板闸门主要优点
液控同步双驱动水力自控翻板闸门主要优点有：①开关控制系统先进。在任何水位下均能够安全开启和关闭，以及在未开动液压系统前提下，达到相应水位后仍能进行正常开启和关闭；在闸门运行时既能在水力及自重作用下平稳开关，也可借助液控同步启动系统随意开启或关闭闸门。②液压控制系统优良。翻板闸门的液压缸具有减振作用，可以有效消除翻板闸门运行过程中拍打、失稳；通过液压控制解决了杂物卡住而造成的漏水、维修，以及清淤泥等难度大的问题。③整体运行性能安全可靠。双驱动水力自控翻板闸液压控制同步启动，是在最新型翻板闸门的基础上增设的，其性能在运行中更可靠、更安全。④具有较高的经济效益和社会效益。该产品能极大地提高工程的自身安全性，便于管理，使用寿命长、投资成本低。
5 水力自动翻板闸门过闸流量的计算原理及成果
目前水力自动翻板闸门过水能力的计算方法是把闸孔出流加堰流和堰流两种流态进行计算。一般认为，当H >1.2～1.3时，按闸孔出流加堰流的情况计算；当H0 <1.2～1.3时，按堰流计算（Ho为闸前水头，m；e为闸孔开启高度，m）。本工程采用门上按倾斜薄壁堰自由出流和门下按闸孔出流的计算方法，计算公式为：Q1=mσaBh堰3/2 ①；Q2=m孔σsBe （2gH0 ） 1/2 ②；Q=Ql+Q2 ③ ；式中Q1为堰流流量（m3/s）；Q2为孔流流量（m3/s）；Q为总的过闸流量（m3/s）；m 为薄壁堰流量系数；a为闸门面板与水平面的夹角（。）；B为闸门宽（m）；h堰为堰上水头（m）；m孔孔为闸孔流量系数，m孔=0.626一0.624 e/ H。；σs为淹没系数；H。为闸前水头（m）；e为闸孔开启高度（m）。单扇闸门过流量计算成果见自控翻板门流量关系曲线。
5 结束语
本水电站工程自2009年建成运行至今，液控同步双驱动水力自控翻板闸门运行状态良好，有效解决了影响闸门运行稳定的因素，使闸门的稳定性有了极大的改善，基本不会发生拍打现象，为工程建设及运行管理节约大量资金。同时项目建成后投入桂林电网稳定运行，对缓解桂林市电力供应紧张状况，促进龙胜县的经济发展具有积极作用。
关键词： 水力；自动翻板闸门；水电站；应用；设计
1 工程概况
广南水电站位于龙胜县平等乡广南村上游约1km处的平等河上，位于平等河中游，电站距县城60km ，坝址集水面积342km2，坝址以上主河道长48.2km，坡降17.9‰。工程主要由拦河坝、进水口、左岸河床式发电厂房、尾水渠及升压站组成。总装机3×800kW，总库容97万m3，大坝采用C15混凝土砌石坝，溢流坝段长60.0m，最大坝高15.6m，为单纯发电的河床式电站，多年平均发电量：1256.3万kW·h。工程设计洪水标准取20年一遇，校核洪水标准取100年一遇。设计洪水时最大泄流量为1520m3/s，校核洪水时最大泄流量为2220m3/s。
2 水文气象和工程地质
2.1 水文气象
广南水电站坝址以上流域属亚热带季风区，气候温和，湿度较大。从流域附近各雨量站及水文站的雨量资料来看，降雨多集中在3月～8月，占全年降雨量的70%左右。设计流域内无气候特征资料，移用坝址附近的龙胜县气象局观测的龙胜县城有关气候特征值，做为本设计的气象设计依据，该气象局有气象资料30多年，其多年平均气温18.1℃，极端最高气温为39.5℃，极端最低气温为-4.8℃，多年平均风速为2.1m/s，历年最大风速28m/s。多年平均最大风速18.1m/s。流域内日照短，年平均日照时数为1200h，占可照时数的28%；多年平均蒸发量为1200mm，最大年蒸发量为1400mm；湿度较大，年平均湿度达80%以上。
2.2 工程地质条件
工程区地壳比较稳定，地震活动微弱，历史上无地震灾害记载，本工程区大地构造属南华准地台桂北台隆龙胜褶断带，区内无活动性及发震断裂存在，区域稳定性良好。地震基本烈度为小于Ⅵ度区。工程设计可不作抗震计算。工程区内水文地质条件较简单，地下水类型主要为基岩裂隙水，第四系零散分布有少许孔隙水，受大气降水的补给，向就近溪河排泄，地表径流大，地表水及地下水属偏碳酸钙镁型水，对混凝土无腐蚀性，工程区主要为变质砂岩，属弱透水岩石。坝址区河谷呈“V”字型，为中低山构造剥蚀地貌，该坝址河段平直，河流由自北东向南西流，河床宽度35m～50m，右岸自然边坡30°～40°，左岸自然边坡40°～50°，左岸有公路沿河经过，岸坡大部分为开挖公路弃渣堆填，较松散，厚2m ～3m，右岸边坡大部分为第四系覆盖层，厚1m ～2m，两岸坡部分出露强风化基岩，河床为冲洪积层厚约3.5m ～6.0m，主要由漂石、砂卵石混杂而成。坝址区范围内未见区域性大断裂通过。
3 闸门设计方案比较
由于广南水电站坝址以上集水面积大，洪峰流量较大，要求挡水建筑物泄洪能力强，为了较好地解决泄洪与壅水发电的矛盾，设计采用闸门来控制和调节坝前水位。在闸门型式的选择中，设计作了定轮平面钢闸门和液压同步双驱动水力自控翻板闸门两个方案的比较。液压同步双驱动水力自控翻板闸结构简单，建设投资相对节省，施工方便，运行维护管理方便，运行费用低，且加装液压启闭系统，提高闸门的运行安全度和灵活度；定轮平板钢闸门技术、结构、材料、设计均采用常规方法，但建设投资与运行费用较高，且还需增加交通桥及启闭机，施工难度大，时间长。定轮平面钢闸门方案比液压同步双驱动水力自控翻板闸门方案工程量及投资比较表详见表3.1-1。
从表3.1.1可看出，两方案拦河坝的土建工程量及投资相差不大，但定轮平面钢闸門方案比液压同步双驱动水力自控翻板闸门方案多了57.5万元， 拦河坝总投资定轮平面钢闸门方案比液压同步双驱动水力自控翻板闸门方案多了258.868万元；在结构型式相同的情况下，定轮平面钢闸门方案的进水口、发电厂房、尾水渠的土石方开挖量比液压同步双驱动水力自控翻板闸门方案少4970 m3，投资只少12.69万元，故平面钢闸门方案比液压同步双驱动水力自控翻板闸门方案总投资多了246.178万元。 经综合分析比较，设计拟采用液压同步双驱动水力自控翻板闸门。选定方案拦河坝下游立视图见图1：
4 液控同步双驱动水力自控翻板闸门主要优点
液控同步双驱动水力自控翻板闸门主要优点有：①开关控制系统先进。在任何水位下均能够安全开启和关闭，以及在未开动液压系统前提下，达到相应水位后仍能进行正常开启和关闭；在闸门运行时既能在水力及自重作用下平稳开关，也可借助液控同步启动系统随意开启或关闭闸门。②液压控制系统优良。翻板闸门的液压缸具有减振作用，可以有效消除翻板闸门运行过程中拍打、失稳；通过液压控制解决了杂物卡住而造成的漏水、维修，以及清淤泥等难度大的问题。③整体运行性能安全可靠。双驱动水力自控翻板闸液压控制同步启动，是在最新型翻板闸门的基础上增设的，其性能在运行中更可靠、更安全。④具有较高的经济效益和社会效益。该产品能极大地提高工程的自身安全性，便于管理，使用寿命长、投资成本低。
5 水力自动翻板闸门过闸流量的计算原理及成果
目前水力自动翻板闸门过水能力的计算方法是把闸孔出流加堰流和堰流两种流态进行计算。一般认为，当H >1.2～1.3时，按闸孔出流加堰流的情况计算；当H0 <1.2～1.3时，按堰流计算（Ho为闸前水头，m；e为闸孔开启高度，m）。本工程采用门上按倾斜薄壁堰自由出流和门下按闸孔出流的计算方法，计算公式为：Q1=mσaBh堰3/2 ①；Q2=m孔σsBe （2gH0 ） 1/2 ②；Q=Ql+Q2 ③ ；式中Q1为堰流流量（m3/s）；Q2为孔流流量（m3/s）；Q为总的过闸流量（m3/s）；m 为薄壁堰流量系数；a为闸门面板与水平面的夹角（。）；B为闸门宽（m）；h堰为堰上水头（m）；m孔孔为闸孔流量系数，m孔=0.626一0.624 e/ H。；σs为淹没系数；H。为闸前水头（m）；e为闸孔开启高度（m）。单扇闸门过流量计算成果见自控翻板门流量关系曲线。
5 结束语
本水电站工程自2009年建成运行至今，液控同步双驱动水力自控翻板闸门运行状态良好，有效解决了影响闸门运行稳定的因素，使闸门的稳定性有了极大的改善，基本不会发生拍打现象，为工程建设及运行管理节约大量资金。同时项目建成后投入桂林电网稳定运行，对缓解桂林市电力供应紧张状况，促进龙胜县的经济发展具有积极作用。