论文部分内容阅读
摘要：本文作者根据自己的工作经验，阐述了水力自控翻板闸门的工作原理，通过工程实例，分析水力自控翻板闸门在水利水电工程中发挥的经济效益，指出在今后现代水利工程建设中应进一步推广使用。
关键词：水力自控；翻板闸门；经济效益。
1、水力自控翻板闸门的发展及应用简介
水力自控翻板闸门是我国工程技术人员自行研究出来的一种新型节能闸坝。翻板坝由基础固定坝和翻板闸门组成，其水力自控翻板闸门启闭的基本原理是杠杆平衡与转动。水力自控翻板闸门巧妙地利用作用在闸门上的水压力和闸门的自重来作为启闭闸门的动力，无需其他外加能源，也无需其他启闭机械、启闭机房，具有造价节省、施工期短、不需人员操作等优点。这种新型水闸的技术在目前还只是初步成熟，还处于不断研究、不断创新和不断完善的过程之中。
水力自控翻板闸门的研究和应用，是从上世纪60年代发展起来的，到本世纪初，经历了5次更新换代。
水力自控翻板闸门具有自动开启回关、不需人员操作、节约能源等优点，同时全开时阻水率小、过流能力强、不改变天然河床断面，适用范围非常广泛，可以使用于各种河宽的闸坝工程，主要用于航运、发电、防洪、灌溉、给水和改善环境。
2、水力自控翻板闸门启闭原理
水力自控翻板闸门的启闭原理是杠杆平衡与转动。当作用在闸门门叶上的水压力和水流对闸门门叶的摩擦力对转动中心的力矩的和大于闸门门叶自重和运转机构的阻力对转动中心的力矩的和时，闸门开启度自动加大，直到这两组力矩和相等时，闸门在新的开启度位置上保持平衡；当作用在闸门门叶上的水压力和水流对闸门门叶的摩擦力以及运转机构的阻力对转动中心的力矩的和小于闸门门叶自重对转动中心的力矩时，闸门开度自动减小，直到两者相等时，闸门在新的较小的开度位置上保持平衡。因此，当洪水到来时，水力自控翻板闸门能够随上游水位的升高而准确及时地自动逐渐开启泄流；来流量增大，上游水位升高时，闸门会准确及时地自动家大开度；当来流量减少，上游水位下降时，闸门会准确及时地减小开度，使洪水过程结束时能够及时回关至全关状态。从而能保持水资源不被白白流失。
3、工程概况
电站流域内山高水长，雨量充沛，林木茂盛，水土保持良好。水库坝址以上集雨面积33km2，流域范围年平均降雨量1705.2mm，年平均径流深1033.1mm，多年平均流量1.08m3/s。坝址处30年一遇设计洪峰流量224m3/s，200年一遇校核洪峰流量316m3/s。
某电站上游建有一座周调节水库，正常库容53.0万m3，调节库容43.5万m3。水库拦水坝坝型为C15小骨料砼砌块石重力坝，最大坝高25.50m。采用开敞式坝顶溢洪道，溢洪道深3.5m、宽30m。坝顶高程为272.50m，溢流堰顶高程269.00m，坝底高程247.00m。电站设计水头110.5m，设计引用流量2.25m3/s，电站装机规模2×1000kw。年利用小时2725h，多年平均发电量544.9万kw·h。工程总投资1373万元，单位电能投资2.52元/kwh，年产值243.5万元，财务内部回收率10.8%。
工程建设完成后，业主为了增加水库调节库容，同时为了增加发电效益，查阅相关技术资料，咨询有关专家学者后，决定在溢流坝顶增设1.5m高翻板闸门。
4、泄流能力及库水位计算
某水电站原设计洪水位为271.19m，校核洪水位为271.78m，堰顶高程为269m，对应坝顶高程为272.50m。
根据项目业主的要求，在堰顶加一1.5m高的翻板坝，水库正常蓄水位由自由泄流时的269m变为270.5m。遭遇设计和校核洪水时，翻板坝完全翻倒泄洪，可按不设门的堰流计算。根据厂方的设计，堰顶设5扇1.5×6m的翻板门，原设计的30m溢流宽缩小为28m，加上堰体改为宽顶堰型式，中墩侧收缩影响等因素，溢洪道的泄流能力受到限制，设计洪水位和校核洪水位将较原设计位高。
堰顶设翻板门后，原WES堰变为修圆折线型实用堰，其泄流能力的基本公式为：
翻板门全放倒时的泄流量计算公式为：
根据《水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）》的规定，4级建筑物（重力坝）在设计和校核工况下的安全加高分别为：0.3m、0.2m。因此堰顶加设翻板门后，坝顶高程至少应为272.73m。由于该高程尚未考虑风浪爬高和风雍增高，因此为安全计，取坝顶高程为272.50m，坝顶设80cm高的防浪墙，防浪墙顶高程为273.30m。
经复核，校核洪水位抬高后，其坝体抗滑稳定和应力均满足要求。
5、加翻板闸门后工程综合效益分析
坝顶加翻板闸门后，水库正常库容增加为59.20万m3（比原设计高11.7%），调节库容增加为49.70万m3（比原设计高14.3%），电站设计水头为111.3m（比原设计高0.7%），电站装机规模保持不变。经水利计算，加翻板闸门后年利用小时2870h，多年平均發电量573.8万kw·h。工程总投资1389万元，单位电能投资2.42元/kwh，年产值258.2万元（比原设计多14.7万元），财务内部回收率11.24%（比原设计高4%），在工程规模不变、投资增加不多的情况下，经济效益明显。
坝顶加翻板闸门后，水库设计洪水位抬高0.63m，校核洪水位抬高0.77m，对库区新增淹没损失影响不大。同时也不需要增加电站管理人员。目前，沈溪电站运行已有6年时间，期间经历过50年一遇（超设计30年一遇标准）的洪水，闸门运行良好。
6、结语
水力自控翻板闸门靠水压力及闸门自重自动启闭，无需启闭机械及其他动力，只需少量人员管理，可节省大量工程投资及管理费用。尤其在陡涨陡落的河流，水位低时闸门自动关闭，蓄水发电；汛期水位高时闸门自动开启、泄洪；洪水过后，水位下降，闸门自动及时回关，可充分利用水资源，提高水的利用率。它能保证较大的过水能力和上游水位较小的壅高值，使堤防工程量大为减少。水力自控翻板门不仅用于拦河坝上提高低水头水电站、蓄水、引水工程的效益，同时在城市园林景观、旅游、环保等综合工程中也得到了较好的应用。据调查，浙江省衢州市水力自控翻板门应用十分成功，我们多次组织相关工程技术人员现场考察学习，在今后水利工程中将进一步推广使用水力自控翻板闸门。
关键词：水力自控；翻板闸门；经济效益。
1、水力自控翻板闸门的发展及应用简介
水力自控翻板闸门是我国工程技术人员自行研究出来的一种新型节能闸坝。翻板坝由基础固定坝和翻板闸门组成，其水力自控翻板闸门启闭的基本原理是杠杆平衡与转动。水力自控翻板闸门巧妙地利用作用在闸门上的水压力和闸门的自重来作为启闭闸门的动力，无需其他外加能源，也无需其他启闭机械、启闭机房，具有造价节省、施工期短、不需人员操作等优点。这种新型水闸的技术在目前还只是初步成熟，还处于不断研究、不断创新和不断完善的过程之中。
水力自控翻板闸门的研究和应用，是从上世纪60年代发展起来的，到本世纪初，经历了5次更新换代。
水力自控翻板闸门具有自动开启回关、不需人员操作、节约能源等优点，同时全开时阻水率小、过流能力强、不改变天然河床断面，适用范围非常广泛，可以使用于各种河宽的闸坝工程，主要用于航运、发电、防洪、灌溉、给水和改善环境。
2、水力自控翻板闸门启闭原理
水力自控翻板闸门的启闭原理是杠杆平衡与转动。当作用在闸门门叶上的水压力和水流对闸门门叶的摩擦力对转动中心的力矩的和大于闸门门叶自重和运转机构的阻力对转动中心的力矩的和时，闸门开启度自动加大，直到这两组力矩和相等时，闸门在新的开启度位置上保持平衡；当作用在闸门门叶上的水压力和水流对闸门门叶的摩擦力以及运转机构的阻力对转动中心的力矩的和小于闸门门叶自重对转动中心的力矩时，闸门开度自动减小，直到两者相等时，闸门在新的较小的开度位置上保持平衡。因此，当洪水到来时，水力自控翻板闸门能够随上游水位的升高而准确及时地自动逐渐开启泄流；来流量增大，上游水位升高时，闸门会准确及时地自动家大开度；当来流量减少，上游水位下降时，闸门会准确及时地减小开度，使洪水过程结束时能够及时回关至全关状态。从而能保持水资源不被白白流失。
3、工程概况
电站流域内山高水长，雨量充沛，林木茂盛，水土保持良好。水库坝址以上集雨面积33km2，流域范围年平均降雨量1705.2mm，年平均径流深1033.1mm，多年平均流量1.08m3/s。坝址处30年一遇设计洪峰流量224m3/s，200年一遇校核洪峰流量316m3/s。
某电站上游建有一座周调节水库，正常库容53.0万m3，调节库容43.5万m3。水库拦水坝坝型为C15小骨料砼砌块石重力坝，最大坝高25.50m。采用开敞式坝顶溢洪道，溢洪道深3.5m、宽30m。坝顶高程为272.50m，溢流堰顶高程269.00m，坝底高程247.00m。电站设计水头110.5m，设计引用流量2.25m3/s，电站装机规模2×1000kw。年利用小时2725h，多年平均发电量544.9万kw·h。工程总投资1373万元，单位电能投资2.52元/kwh，年产值243.5万元，财务内部回收率10.8%。
工程建设完成后，业主为了增加水库调节库容，同时为了增加发电效益，查阅相关技术资料，咨询有关专家学者后，决定在溢流坝顶增设1.5m高翻板闸门。
4、泄流能力及库水位计算
某水电站原设计洪水位为271.19m，校核洪水位为271.78m，堰顶高程为269m，对应坝顶高程为272.50m。
根据项目业主的要求，在堰顶加一1.5m高的翻板坝，水库正常蓄水位由自由泄流时的269m变为270.5m。遭遇设计和校核洪水时，翻板坝完全翻倒泄洪，可按不设门的堰流计算。根据厂方的设计，堰顶设5扇1.5×6m的翻板门，原设计的30m溢流宽缩小为28m，加上堰体改为宽顶堰型式，中墩侧收缩影响等因素，溢洪道的泄流能力受到限制，设计洪水位和校核洪水位将较原设计位高。
堰顶设翻板门后，原WES堰变为修圆折线型实用堰，其泄流能力的基本公式为：
翻板门全放倒时的泄流量计算公式为：
根据《水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）》的规定，4级建筑物（重力坝）在设计和校核工况下的安全加高分别为：0.3m、0.2m。因此堰顶加设翻板门后，坝顶高程至少应为272.73m。由于该高程尚未考虑风浪爬高和风雍增高，因此为安全计，取坝顶高程为272.50m，坝顶设80cm高的防浪墙，防浪墙顶高程为273.30m。
经复核，校核洪水位抬高后，其坝体抗滑稳定和应力均满足要求。
5、加翻板闸门后工程综合效益分析
坝顶加翻板闸门后，水库正常库容增加为59.20万m3（比原设计高11.7%），调节库容增加为49.70万m3（比原设计高14.3%），电站设计水头为111.3m（比原设计高0.7%），电站装机规模保持不变。经水利计算，加翻板闸门后年利用小时2870h，多年平均發电量573.8万kw·h。工程总投资1389万元，单位电能投资2.42元/kwh，年产值258.2万元（比原设计多14.7万元），财务内部回收率11.24%（比原设计高4%），在工程规模不变、投资增加不多的情况下，经济效益明显。
坝顶加翻板闸门后，水库设计洪水位抬高0.63m，校核洪水位抬高0.77m，对库区新增淹没损失影响不大。同时也不需要增加电站管理人员。目前，沈溪电站运行已有6年时间，期间经历过50年一遇（超设计30年一遇标准）的洪水，闸门运行良好。
6、结语
水力自控翻板闸门靠水压力及闸门自重自动启闭，无需启闭机械及其他动力，只需少量人员管理，可节省大量工程投资及管理费用。尤其在陡涨陡落的河流，水位低时闸门自动关闭，蓄水发电；汛期水位高时闸门自动开启、泄洪；洪水过后，水位下降，闸门自动及时回关，可充分利用水资源，提高水的利用率。它能保证较大的过水能力和上游水位较小的壅高值，使堤防工程量大为减少。水力自控翻板门不仅用于拦河坝上提高低水头水电站、蓄水、引水工程的效益，同时在城市园林景观、旅游、环保等综合工程中也得到了较好的应用。据调查，浙江省衢州市水力自控翻板门应用十分成功，我们多次组织相关工程技术人员现场考察学习，在今后水利工程中将进一步推广使用水力自控翻板闸门。