漢中市漢江城市橋閘小流量泄流簡明計算

楊曉永 楊利霞

（1.漢中市一江兩岸開發管理委員會辦公室 陜西 漢中 723000；2.漢中市氣象局 陜西 漢中 723000)

漢中市漢江城市橋閘工程位于漢中市漢江城區段下游4.5km處，是集城市旅游景觀與交通為一體的大型基礎設施建設項目，該工程既是連接漢江兩岸的重要交通樞紐，也是漢中市濱江生態公園重要的蓄水建筑物。漢江城市橋閘建成后，充分展現漢中市山美、水綠的城市特色，使“西北江南、水韻漢中”更顯靈秀，構成了一幅長空與青山相接、綠水與橋閘相嵌的優美畫卷。

漢江城市橋閘工程由擋水和交通兩大部分組成，橋面總長1160m，擋水建筑物由升臥式閘門和溢流堰組成。

1 問題的提出

漢中市漢江城市橋閘工程具有交通和防洪兩大功能，大洪水來臨時閘門全開敞泄，但小流量時橋閘到底下泄流量為多少，通常都是工作人員靠經驗估測數據，沒有較為準確的量化數字，本文借助水力學有關知識，對小流量時的橋閘泄水量進行較為準確的計算，為橋閘泄流提供量化指標。

2 簡明計算漢江城市橋閘泄流量

2.1 基本情況

漢江城市橋閘擋水建筑物由升臥式閘門和溢流堰組成，總長774m，正常擋水高程502.5m。閘室段長600m，共30孔閘門，位于左岸主河槽內的泄水閘共23孔，閘底板高程為497.0m，位于右岸河灘上的泄水閘共7孔，閘底板高程為499.0m，閘門過水凈寬17.5m，閘孔中心距20m。溢流堰位于右岸高漫灘部位，長174m，右岸老堤內37m溢流堰頂部高程為502.1m，其余段為502.5m。1～5號閘門頂有高0.5m的豁口。

2.2 橋閘運行方式

漢江城市橋閘設計單位是國家電力公司西北勘察設計院，設計洪水為百年一遇，相應流量12030m3/s，校核洪水為兩百年一遇，相應流量13400m3/s。設計報告中閘門運行情況如下：在汛期時，當來流量小于1200m3/s時，開啟閘門的數量根據來流和水文情況掌握，來流量大于1200m3/s時，閘門全部開啟敞泄；而枯水期（10月～次年6月）總的運行原則是，實現水量自動調節平衡，盡可能減少開門次數。

（1）Q≤20.72m3/s時，所有閘門全部關閉，水從溢流堰下泄；

（2）20.72m3/s＜ Q ≤ 182.0 m3/s時，由溢流堰和499.0m高程閘門的門頂聯合下泄（實際施工時，閘門頂部高程為503.0m，僅在1～5孔的閘頂預留0.5m高的豁口，其余位置均未設擋板）；

表1 漢中市漢江城市橋閘小流量泄流簡明計算

圖1 VisualBasics操作界面示意圖

（3）182.0m3/s＜Q≤1200m3/s時，根據來流情況打開閘門泄流。為減輕回流對護坦的沖刷影響，兩扇以上閘門打開時，應在主河槽位開啟，并且應間隔一個孔的位置；

（4）Q＞1200m3/s時，打開所有閘門敞泄，庫區恢復天然河道。

2.3 小流量泄流簡明計算

從橋閘的運行方式可知，來流量大于1200m3/s時，閘門敞泄，水文部門測算的漢江洪水流量更為準確。我們只需計算來流量小于1200m3/s時的下泄流量，由于各種外在因素導致溢流堰出口泄流不暢，多年來小流量運行時很少考慮溢流堰溢流，另外，閘門頂部高程503.0m，且所有閘門頂未再設擋板，僅在1～5號閘門頂有高0.5m的豁口，且是施工時為泄流時形成水舌景觀而預留的，綜上所述，為簡化計算，本次計算以上因素均不予考慮，泄流只計算閘門的啟閉因素。

漢江橋閘底坎為寬頂堰，應用下面公式進行小流量泄流簡明計算：

式中，σ——淹沒系數，根據橋閘閘后形式及多年實際觀察結果，小流量泄流時，497.0m閘門開啟1.5m以下高度時為自由出流，取淹沒系數為1.0，開度1.5m以上高度為淹沒出流，取淹沒系數為0.9；499.0m閘門由于閘門前后地形均有所抬高，故全部閘門簡化為淹沒出流，取淹沒系數為0.9；

b——閘門凈寬，閘門尺寸20m，溢流凈寬為17.5m；

e——閘門開度，m；

g——重力加速度，取9.81m/s2；

H0——閘前水頭，為了簡化計算，閘前水頭H較高，而開度e較小時，行進流速v0較小，計算時可以不考慮，即令H=H0。

表1為經計算后閘門開度與流量的計算表。

本次計算適用小流量閘門泄流時的計算公式。當閘門全開時，497閘門的單孔設計和校核泄流量為378.6m3/s和390.3m3/s，與簡明計算值381.5m3/s誤差0.8%和2.3%；499閘門的單孔設計和校核泄流量為279.8m3/s和320.4m3/s，與簡明計算值279.5m3/s誤差為0和14.6%。除499閘門在校核洪水時，由于邊界條件等因素造成誤差偏大外，其余工況均偏差很小，且本次計算本就是應用于小流量工況，故這種計算方法是可行的。

2.4 VisualBasic編程

Visual Basics是可視化的一種設計語言，容易掌握，界面友好，使用方便，可用于漢江城市橋閘小流量泄流的簡明計算。編程后，只需根據漢江上游降雨量、漢中水文站實測流量、石門水庫泄洪預警等因素確定橋閘預計下泄流量，并根據下泄流量確定開孔閘門編號和其對應的閘門開度，就可在小流量情況下維持蓄水和泄流的基本平衡，保證漢江城市橋閘上游湖面的長期穩定。

2.5 不同水位時泄流量的估算

表2 換算系數表

3 結語

通過以上的簡明計算方法，工作人員只需輸入各開啟閘門的開度，就可根據VB編程后的計算程序知道橋閘的泄流量，若閘前水頭不是502.5m，需根據實際閘前水深查流量換算系數表，兩者相乘即可得出實際的泄流量。以上方法簡單明了、便于掌握，在漢江城市橋閘幾次實際泄流運用中效果良好。陜西水利

[1]楊曉永,雷保壽,楊利霞.漢中一江兩岸開發建設的思路探討 [J].中國水利,2011,(4):（48-49）.

[2]吳持恭.《水力學》（第二版）[M].高等教育出版社1993.4.