小型球型自動水閘的設計與研究

摘 要：隨著我國對農業水利的大筆投入，農業灌溉工程再次變成了熱門，當前我國大部分仍以明渠灌溉為主，而這些灌溉用的水工建筑物中多是用于調節渠道中水位、流量大小的水閘，由于這些農業灌溉地點的隨機性，這些水閘分布在灌區的各個角落，交通不便，地點偏遠，不方便專人管理，所以對于這些小型農水工程建筑的維護就顯得比較困難，而隨著我國農業的發展，這些水閘的數量也在不斷增加，所以這些水閘的改進顯得格外必要。而文章所述的這種新型球形水閘便可有效解決當前存在的不足之處，大大提高了社會效益。

關鍵詞：灌溉；維護；球形水閘；社會效益

1 自動球閘的設計思路

1.1 自動球閘的布置

根據農田灌溉的需要，球形閘門布置如圖，全閘共分為上游進水段和閘室和下游連接段三部分（結構見圖1），上游做陳沙坑和攔污網以保證進入閘室的水沒有污物影響球閘工作，球閘下部閘室做排沙孔。閘室段設計成兩層，中層底板留圓孔，空上布置球閘，球閘由四根柱子固定，柱高與地面齊平上做混凝土蓋板。水流由上游通過陳沙坑和攔污網由下部進入閘室，當浮力和水壓力的和大于球重量時球閘打開，水流通過進入下游球形閘閘室主要以預制鋼筋混凝土結構為主體并做防水，上游做消力池以確保水流平緩流入閘室，不影響球閘的工作。

1.2 球閘結構和材料

通過對各種材料的模型實驗，從水流特性、造價，密閉性和抗破壞能力等方面考慮球閘以低合金鋼Q345為材料，具有棉啟閉設施、自動控制水位、抗破壞能力強、造價低等特點。

球閘結構，球閘外形球狀空心結構（見圖2），內徑由設計上下游水位差決定，球形下部加一段柱形突起（突起體積不計），球面能于出水口緊密結合增強密閉性，下部柱形突起使球中心靠下增強其過水時的穩定性。

1.3 改進方案

在上游閘室交通橋下設電磁鐵，可輔助控制水位，可在不改變球重量的前提下控制來水量大小。

2 球型閘各項參數的確定

2.1 小型球閘底孔尺寸確定

由于球閘的出流孔在球閘底部，其孔板高程一般與下游渠底齊平（或稍高），根據水力學基本原理屬于有壓孔口出流，由孔流的基本公式可得出底孔面積公式

2.2 球形閘質量的確定

3 創新特色

該水閘是根據水力學底孔出流的原理和力學平衡原理，將閘室設計成底部開孔的矩形閘箱，箱內設置球閘擋水，通過上下有水位差形成升力使水閘自動開啟關閉來控制上下游水位，球行閘門以不銹鋼為材料設計自重等于上下游水位差產生的力和浮力的和。因此，在上游來水時球閘可以自動抬起，省略了啟閉設備和人工管理，球體閘門體積小而求抗破壞性強，便于維修更換，較少了人工管理和施工工程量，大大降低了投入成本，節約了人力物力，提過了投資效益。

4 應用前景

小型球閘是一中新穎的閘型，它適用于小流量的田間配套渠道，該小型水閘與同規模的水閘相比較；工程量小，運行方便節省人工，適用于偏遠地區的農田灌溉，其經濟效益顯著，在明渠灌區是一種很有推廣價值的小型水工建筑物。該球閘也可小型話直接應用在農田灌溉的田間于毛渠之間，適用于大面積的水稻灌溉，可實現灌溉的自動化。

參考文獻

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[2]李亞杰.建筑材料（第六版）[M].中國水利水電出版社.

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