劉家道口節(jié)制閘泄流曲線研究

李 蔚，郝學(xué)寧，王保申

（臨沂水文水資源勘測(cè)局，山東 臨沂 276001）

劉家道口樞紐工程于2005年12月開(kāi)工，2008年5月主體工程基本完成。劉家道口水文站有閘上水尺（閘前204 m處）水位，在“09721”洪水后，劉家道口水文站在閘前105 m處設(shè)立一個(gè)閘前水位觀測(cè)固定點(diǎn)，并進(jìn)行水位比測(cè)，自此后劉家道口水文站即按固定點(diǎn)處閘前水位進(jìn)行報(bào)汛。有關(guān)工程指標(biāo)值見(jiàn)表1。

表1 沂河劉家道口節(jié)制閘工程指標(biāo)表

1 泄流計(jì)算公式

1.1 堰流公式

根據(jù)《水工建筑物測(cè)流規(guī)范》SL20—1992及劉家道口節(jié)制閘工程指標(biāo)，推算出該閘淹沒(méi)堰流公式為：

式中：σ為堰流經(jīng)驗(yàn)淹沒(méi)系數(shù)，0≤σ≤1，σ=1時(shí)為自由堰流；H為閘上實(shí)測(cè)水頭，m；Q為過(guò)閘流量，m3/s。

1.2 孔流公式

根據(jù)劉家道口節(jié)制閘工程指標(biāo)，推算出其自由孔流公式（不受李莊閘回水影響）為：

以淹沒(méi)孔流為主（受李莊閘回水影響）的劉家道口節(jié)制閘淹沒(méi)孔流公式為：

式中：e為閘門(mén)開(kāi)高，m；H 為閘上總水頭，m；ΔZ為閘上下游水位差，m；Q為過(guò)閘流量，m3/s。

2 劉家道口閘泄流能力計(jì)算

2.1 堰流計(jì)算

選用2008—2010年間ADCP及流速儀實(shí)測(cè)流量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,用來(lái)對(duì)泄流曲線進(jìn)行率定。實(shí)測(cè)流量見(jiàn)表2。

當(dāng)現(xiàn)狀閘上水尺 （閘前204 m）水 位≥56.00 m時(shí)，用公式(1)計(jì)算出自由堰流流量，按《水工建筑物測(cè)流規(guī)范》SL20—1992第34頁(yè) “表4.2.4淹沒(méi)系數(shù)（σ）值表”查出淹沒(méi)系數(shù)，二者相乘即得實(shí)際過(guò)閘流量。

當(dāng)現(xiàn)狀閘上水尺水位＜56.00 m時(shí)，可直接查讀依據(jù)ADCP實(shí)測(cè)流量率定的淹沒(méi)堰流關(guān)系線。

根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)利用公式(1)計(jì)算過(guò)程見(jiàn)表2。

劉家道口節(jié)制閘固定點(diǎn)閘上水位和現(xiàn)狀水位計(jì)算的實(shí)測(cè)流量見(jiàn)表3。由表3可以看出：1）無(wú)論是按現(xiàn)狀閘上水位進(jìn)行計(jì)算還是按固定點(diǎn)閘上水位進(jìn)行計(jì)算，考慮行近流速計(jì)算的過(guò)閘流量明顯偏大。2）在閘下水位保持不變的情況下，按固定點(diǎn)閘上水位計(jì)算的過(guò)閘流量較采用現(xiàn)狀閘上水位計(jì)算的過(guò)閘流量要小。

表2 不考慮行近流速計(jì)算過(guò)程表

表3 劉家道口節(jié)制閘實(shí)測(cè)流量計(jì)算表

2.2 孔流計(jì)算

劉家道口節(jié)制閘有多個(gè)時(shí)間為閘門(mén)控泄，流態(tài)為淹沒(méi)孔流。依據(jù)公式(3)計(jì)算的流量過(guò)程見(jiàn)表4。

由表4可以看出，考慮行近流速計(jì)算的過(guò)閘流量比不計(jì)行近流速計(jì)算的過(guò)閘流量略偏小。由于采用(3)式計(jì)算，當(dāng)閘門(mén)開(kāi)啟高度、上下游水頭差一定時(shí)，總水頭與流量成反比。

采用公式(2)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。從表5可見(jiàn)，由于受到李莊閘回水影響，相對(duì)誤差過(guò)大。淹沒(méi)孔流采用式(3)進(jìn)行計(jì)算，采用不計(jì)行近流速計(jì)算的過(guò)閘流量推算過(guò)程略。

3 率定采用的劉家道口節(jié)制閘泄流曲線

3.1 堰流泄流曲線

不再考慮行近流速水頭影響，直接采用閘前實(shí)測(cè)水頭進(jìn)行計(jì)算。堰流泄流曲線見(jiàn)圖1。由圖1可以看出：堰流狀態(tài)時(shí)，當(dāng)現(xiàn)狀閘上水尺水位超過(guò)56.00 m時(shí)，計(jì)算的實(shí)際過(guò)閘流量與ADCP實(shí)測(cè)值基本一致，說(shuō)明此時(shí)的閘上水尺水位具有代表性。當(dāng)現(xiàn)狀閘上水尺水位低于56.00 m時(shí)，計(jì)算的過(guò)閘流量與ADCP實(shí)測(cè)值存有偏差，且水位越低差別越大，說(shuō)明此時(shí)的現(xiàn)狀閘上水尺水位代表性不足。

表4 劉家道口節(jié)制閘淹沒(méi)孔流計(jì)算表

表5 劉家道口節(jié)制閘不受李莊閘回水影響孔流計(jì)算過(guò)程表

3.2 孔流泄流曲線

亦不考慮行近流速水頭影響，直接采用閘前實(shí)測(cè)水頭進(jìn)行計(jì)算。自由孔流泄流曲線見(jiàn)圖2。

4 結(jié)論

1）劉家道口節(jié)制閘對(duì)過(guò)閘水流具有一定的阻水作用?，F(xiàn)狀閘下游水位亦經(jīng)常受到李莊攔河閘回水影響。最后采用受李莊閘回水影響的公式計(jì)算淹沒(méi)孔流。

2）本次即便是按固定點(diǎn)閘上水位進(jìn)行計(jì)算，推求的過(guò)閘流量仍然比ADCP實(shí)測(cè)值要大。同時(shí)說(shuō)明，在堰流情況下，現(xiàn)狀閘上水位代表性不足。3）考慮行近流速水頭計(jì)算的過(guò)閘流量偏大，最后采用不考慮行近流速水頭影響，直接采用閘前實(shí)測(cè)水頭進(jìn)行計(jì)算。4）泄流曲線修訂也是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程。隨著實(shí)測(cè)流量資料的積累，劉家道口節(jié)制閘泄流曲線將更加完善。