小型球型自动水闸的设计与研究

摘 要：随着我国对农业水利的大笔投入，农业灌溉工程再次变成了热门，当前我国大部分仍以明渠灌溉为主，而这些灌溉用的水工建筑物中多是用于调节渠道中水位、流量大小的水闸，由于这些农业灌溉地点的随机性，这些水闸分布在灌区的各个角落，交通不便，地点偏远，不方便专人管理，所以对于这些小型农水工程建筑的维护就显得比较困难，而随着我国农业的发展，这些水闸的数量也在不断增加，所以这些水闸的改进显得格外必要。而文章所述的这种新型球形水闸便可有效解决当前存在的不足之处，大大提高了社会效益。

关键词：灌溉；维护；球形水闸；社会效益

1 自动球闸的设计思路

1.1 自动球闸的布置

根据农田灌溉的需要，球形闸门布置如图，全闸共分为上游进水段和闸室和下游连接段三部分（结构见图1），上游做陈沙坑和拦污网以保证进入闸室的水没有污物影响球闸工作，球闸下部闸室做排沙孔。闸室段设计成两层，中层底板留圆孔，空上布置球闸，球闸由四根柱子固定，柱高与地面齐平上做混凝土盖板。水流由上游通过陈沙坑和拦污网由下部进入闸室，当浮力和水压力的和大于球重量时球闸打开，水流通过进入下游球形闸闸室主要以预制钢筋混凝土结构为主体并做防水，上游做消力池以确保水流平缓流入闸室，不影响球闸的工作。

1.2 球闸结构和材料

通过对各种材料的模型实验，从水流特性、造价，密闭性和抗破坏能力等方面考虑球闸以低合金钢Q345为材料，具有棉启闭设施、自动控制水位、抗破坏能力强、造价低等特点。

球闸结构，球闸外形球状空心结构（见图2），内径由设计上下游水位差决定，球形下部加一段柱形突起（突起体积不计），球面能于出水口紧密结合增强密闭性，下部柱形突起使球中心靠下增强其过水时的稳定性。

1.3 改进方案

在上游闸室交通桥下设电磁铁，可辅助控制水位，可在不改变球重量的前提下控制来水量大小。

2 球型闸各项参数的确定

2.1 小型球闸底孔尺寸确定

由于球闸的出流孔在球闸底部，其孔板高程一般与下游渠底齐平（或稍高），根据水力学基本原理属于有压孔口出流，由孔流的基本公式可得出底孔面积公式

2.2 球形闸质量的确定

3 创新特色

该水闸是根据水力学底孔出流的原理和力学平衡原理，将闸室设计成底部开孔的矩形闸箱，箱内设置球闸挡水，通过上下有水位差形成升力使水闸自动开启关闭来控制上下游水位，球行闸门以不锈钢为材料设计自重等于上下游水位差产生的力和浮力的和。因此，在上游来水时球闸可以自动抬起，省略了启闭设备和人工管理，球体闸门体积小而求抗破坏性强，便于维修更换，较少了人工管理和施工工程量，大大降低了投入成本，节约了人力物力，提过了投资效益。

4 应用前景

小型球闸是一中新颖的闸型，它适用于小流量的田间配套渠道，该小型水闸与同规模的水闸相比较；工程量小，运行方便节省人工，适用于偏远地区的农田灌溉，其经济效益显著，在明渠灌区是一种很有推广价值的小型水工建筑物。该球闸也可小型话直接应用在农田灌溉的田间于毛渠之间，适用于大面积的水稻灌溉，可实现灌溉的自动化。

参考文献

[1]吴持恭.水力学（第四版）[M].高等教育出版社.

[2]李亚杰.建筑材料（第六版）[M].中国水利水电出版社.

[3]王道康.一种适用于小水电站的球形闸门[J].水力发电.

[4]叶传桂.球形滚动闸门在小型水库中的应用[J].水利科技.