摘要：本文作者根據(jù)自己的工作經(jīng)驗(yàn)，闡述了水力自控翻板閘門的工作原理，通過(guò)工程實(shí)例，分析水力自控翻板閘門在水利水電工程中發(fā)揮的經(jīng)濟(jì)效益，指出在今后現(xiàn)代水利工程建設(shè)中應(yīng)進(jìn)一步推廣使用。

關(guān)鍵詞：水力自控；翻板閘門；經(jīng)濟(jì)效益。

1、水力自控翻板閘門的發(fā)展及應(yīng)用簡(jiǎn)介

水力自控翻板閘門是我國(guó)工程技術(shù)人員自行研究出來(lái)的一種新型節(jié)能閘壩。翻板壩由基礎(chǔ)固定壩和翻板閘門組成，其水力自控翻板閘門啟閉的基本原理是杠桿平衡與轉(zhuǎn)動(dòng)。水力自控翻板閘門巧妙地利用作用在閘門上的水壓力和閘門的自重來(lái)作為啟閉閘門的動(dòng)力，無(wú)需其他外加能源，也無(wú)需其他啟閉機(jī)械、啟閉機(jī)房，具有造價(jià)節(jié)省、施工期短、不需人員操作等優(yōu)點(diǎn)。這種新型水閘的技術(shù)在目前還只是初步成熟，還處于不斷研究、不斷創(chuàng)新和不斷完善的過(guò)程之中。

水力自控翻板閘門的研究和應(yīng)用，是從上世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的，到本世紀(jì)初，經(jīng)歷了5次更新?lián)Q代。

水力自控翻板閘門具有自動(dòng)開啟回關(guān)、不需人員操作、節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)全開時(shí)阻水率小、過(guò)流能力強(qiáng)、不改變天然河床斷面，適用范圍非常廣泛，可以使用于各種河寬的閘壩工程，主要用于航運(yùn)、發(fā)電、防洪、灌溉、給水和改善環(huán)境。

2、水力自控翻板閘門啟閉原理

水力自控翻板閘門的啟閉原理是杠桿平衡與轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)作用在閘門門葉上的水壓力和水流對(duì)閘門門葉的摩擦力對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)中心的力矩的和大于閘門門葉自重和運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的阻力對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)中心的力矩的和時(shí)，閘門開啟度自動(dòng)加大，直到這兩組力矩和相等時(shí)，閘門在新的開啟度位置上保持平衡；當(dāng)作用在閘門門葉上的水壓力和水流對(duì)閘門門葉的摩擦力以及運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的阻力對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)中心的力矩的和小于閘門門葉自重對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)中心的力矩時(shí)，閘門開度自動(dòng)減小，直到兩者相等時(shí)，閘門在新的較小的開度位置上保持平衡。因此，當(dāng)洪水到來(lái)時(shí)，水力自控翻板閘門能夠隨上游水位的升高而準(zhǔn)確及時(shí)地自動(dòng)逐漸開啟泄流；來(lái)流量增大，上游水位升高時(shí)，閘門會(huì)準(zhǔn)確及時(shí)地自動(dòng)家大開度；當(dāng)來(lái)流量減少，上游水位下降時(shí)，閘門會(huì)準(zhǔn)確及時(shí)地減小開度，使洪水過(guò)程結(jié)束時(shí)能夠及時(shí)回關(guān)至全關(guān)狀態(tài)。從而能保持水資源不被白白流失。

3、工程概況

電站流域內(nèi)山高水長(zhǎng)，雨量充沛，林木茂盛，水土保持良好。水庫(kù)壩址以上集雨面積33km2，流域范圍年平均降雨量1705.2mm，年平均徑流深1033.1mm，多年平均流量1.08m3/s。壩址處30年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量224m3/s，200年一遇校核洪峰流量316m3/s。

某電站上游建有一座周調(diào)節(jié)水庫(kù)，正常庫(kù)容53.0萬(wàn)m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容43.5萬(wàn)m3。水庫(kù)攔水壩壩型為C15小骨料砼砌塊石重力壩，最大壩高25.50m。采用開敞式壩頂溢洪道，溢洪道深3.5m、寬30m。壩頂高程為272.50m，溢流堰頂高程269.00m，壩底高程247.00m。電站設(shè)計(jì)水頭110.5m，設(shè)計(jì)引用流量2.25m3/s，電站裝機(jī)規(guī)模2×1000kw。年利用小時(shí)2725h，多年平均發(fā)電量544.9萬(wàn)kw·h。工程總投資1373萬(wàn)元，單位電能投資2.52元/kwh，年產(chǎn)值243.5萬(wàn)元，財(cái)務(wù)內(nèi)部回收率10.8%。

工程建設(shè)完成后，業(yè)主為了增加水庫(kù)調(diào)節(jié)庫(kù)容，同時(shí)為了增加發(fā)電效益，查閱相關(guān)技術(shù)資料，咨詢有關(guān)專家學(xué)者后，決定在溢流壩頂增設(shè)1.5m高翻板閘門。

4、泄流能力及庫(kù)水位計(jì)算

某水電站原設(shè)計(jì)洪水位為271.19m，校核洪水位為271.78m，堰頂高程為269m，對(duì)應(yīng)壩頂高程為272.50m。

根據(jù)項(xiàng)目業(yè)主的要求，在堰頂加一1.5m高的翻板壩，水庫(kù)正常蓄水位由自由泄流時(shí)的269m變?yōu)?70.5m。遭遇設(shè)計(jì)和校核洪水時(shí)，翻板壩完全翻倒泄洪，可按不設(shè)門的堰流計(jì)算。根據(jù)廠方的設(shè)計(jì)，堰頂設(shè)5扇1.5×6m的翻板門，原設(shè)計(jì)的30m溢流寬縮小為28m，加上堰體改為寬頂堰型式，中墩側(cè)收縮影響等因素，溢洪道的泄流能力受到限制，設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位將較原設(shè)計(jì)位高。

堰頂設(shè)翻板門后，原WES堰變?yōu)樾迗A折線型實(shí)用堰，其泄流能力的基本公式為：

翻板門全放倒時(shí)的泄流量計(jì)算公式為：

根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)（SL252-2000）》的規(guī)定，4級(jí)建筑物（重力壩）在設(shè)計(jì)和校核工況下的安全加高分別為：0.3m、0.2m。因此堰頂加設(shè)翻板門后，壩頂高程至少應(yīng)為272.73m。由于該高程尚未考慮風(fēng)浪爬高和風(fēng)雍增高，因此為安全計(jì)，取壩頂高程為272.50m，壩頂設(shè)80cm高的防浪墻，防浪墻頂高程為273.30m。

經(jīng)復(fù)核，校核洪水位抬高后，其壩體抗滑穩(wěn)定和應(yīng)力均滿足要求。

5、加翻板閘門后工程綜合效益分析

壩頂加翻板閘門后，水庫(kù)正常庫(kù)容增加為59.20萬(wàn)m3（比原設(shè)計(jì)高11.7%），調(diào)節(jié)庫(kù)容增加為49.70萬(wàn)m3（比原設(shè)計(jì)高14.3%），電站設(shè)計(jì)水頭為111.3m（比原設(shè)計(jì)高0.7%），電站裝機(jī)規(guī)模保持不變。經(jīng)水利計(jì)算，加翻板閘門后年利用小時(shí)2870h，多年平均發(fā)電量573.8萬(wàn)kw·h。工程總投資1389萬(wàn)元，單位電能投資2.42元/kwh，年產(chǎn)值258.2萬(wàn)元（比原設(shè)計(jì)多14.7萬(wàn)元），財(cái)務(wù)內(nèi)部回收率11.24%（比原設(shè)計(jì)高4%），在工程規(guī)模不變、投資增加不多的情況下，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

壩頂加翻板閘門后，水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位抬高0.63m，校核洪水位抬高0.77m，對(duì)庫(kù)區(qū)新增淹沒(méi)損失影響不大。同時(shí)也不需要增加電站管理人員。目前，沈溪電站運(yùn)行已有6年時(shí)間，期間經(jīng)歷過(guò)50年一遇（超設(shè)計(jì)30年一遇標(biāo)準(zhǔn)）的洪水，閘門運(yùn)行良好。

6、結(jié)語(yǔ)

水力自控翻板閘門靠水壓力及閘門自重自動(dòng)啟閉，無(wú)需啟閉機(jī)械及其他動(dòng)力，只需少量人員管理，可節(jié)省大量工程投資及管理費(fèi)用。尤其在陡漲陡落的河流，水位低時(shí)閘門自動(dòng)關(guān)閉，蓄水發(fā)電；汛期水位高時(shí)閘門自動(dòng)開啟、泄洪；洪水過(guò)后，水位下降，閘門自動(dòng)及時(shí)回關(guān)，可充分利用水資源，提高水的利用率。它能保證較大的過(guò)水能力和上游水位較小的壅高值，使堤防工程量大為減少。水力自控翻板門不僅用于攔河壩上提高低水頭水電站、蓄水、引水工程的效益，同時(shí)在城市園林景觀、旅游、環(huán)保等綜合工程中也得到了較好的應(yīng)用。據(jù)調(diào)查，浙江省衢州市水力自控翻板門應(yīng)用十分成功，我們多次組織相關(guān)工程技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)考察學(xué)習(xí)，在今后水利工程中將進(jìn)一步推廣使用水力自控翻板閘門。