長山閘多普勒率定成果分析

崔群華 嘉興市杭嘉湖南排工程長山河樞紐管理所

姜 潮 鐘小琴 嘉興市宏禹水利設施維護有限公司

1.概況

杭嘉湖南排工程位于浙江省嘉興市境內，以防洪除澇為主，兼顧灌溉供水、航運和改善水環境等，是太湖流域綜合治理十項骨干工程之一。工程由分別位于海鹽澉浦鎮的長山、海鹽武原鎮的南臺頭、海寧鹽官東門的鹽官上河和鹽官西門的鹽官下河出海樞紐（閘、站）及長山河、南臺頭、鹽官上河、鹽官下河四條排水骨干河道及其配套建筑物組成。工程建成后，若遇1954年5～7月梅雨型洪水，可向杭州灣排泄洪澇水量22.71億m3。

長山閘位于海鹽縣澉浦鎮長山西南麓，距澉浦鎮南約2.5km處。大閘設7孔，每孔凈寬8m，閘底板高程-2.84m，設計閘頂高程10.86m，閘室為胸墻式，閘孔設前后兩道預應力鋼筋混凝土平面閘門。長山閘為Ⅰ等工程，設計排澇流量871m3/s，防潮標準為100年一遇。

工程于1977年7月開工建設，1980年8月首次啟動投入運行，至2019年已運行3891天排澇331億立方米，占整個南排工程的60%以上，運行效益十分顯著。

2.測流歷程

長山閘流量監測站設在大閘上游400米的長山河左岸。在建閘初期采用水文纜道進行人工測驗，根據實測資料進行水位流量關系分析，由水位流量的關系得出相關公式進行水量推算，該推算方法一直延續使用至今。

以下是流量推求Q公式

一般相關公式中的參數、因子會受水利工程、河道演變等自然條件影響，按照水文規范要求，需要經常性對推流公式進行校測率定和調整。但由于受流量監測設施設備、人員、潮汛大小等各種客觀條件影響，流量校測和系統地水量分析工作開展難度較大。為了更加準確的測出各項水文數據，2016 年長山閘管理所在原流量監測站，安裝了固定式聲學多普勒測流設備，開發了流量自動監測系統平臺，并通過流速比測、率定分析，從而實現了長山閘流量在線監測、實時傳輸的流量監測模式。

3.多普勒測流的測流設備、率定及檢驗

3.1 儀器設備及測驗方法

按照《聲學多普勒流量測驗規范》，固定式聲學多普勒指標流速，必須經過其他測流方式進行比測率定，建立相關式后才可以應用。流量測驗方式一般可采用流速儀法，即布設測速垂線懸索懸吊測點法；還可采用走航式 ADCP 進行全斷面流量監測。

本項目中的流量監測，采用了走航式 ADCP 進行全斷面流量監測。按照《河流流量測驗規范》、《聲學多普勒流量測驗規范》技術要求，走航往返流量平均值為一個流量測次。合理布置測次及測驗時機。在長山閘開閘放水的不同工況下監測斷面流量。走航式 ADCP 測流在走航時，三體船控制船速均勻，左右岸測距輸入正確，并完成往返測回測流，一般情況需要完成一個測回取平均流量，且往返流量誤差≦5.0%，如流量變化較大或特殊情況時可測半個測回。

本項目走航式 ADCP 設備型號為LinkQuest，主要技術指標：主機工作頻率600kHz；作業模式為寬帶、脈沖相干、自動選擇；.波束排列 為 2592個振子，平面型相控陣，電子四波束；底跟蹤水深量程為 0.4m～100m；測速準確度±0.25%V±2mm/s（V 指流速），分辨率 0.001m/s。

3.2 流量監測

本項目中的多普勒流速比測流量監測，經歷了今年的梅雨期和臺風期，并有7 孔、6 孔、5 孔、3 孔和 2 孔的排澇工況，共實測流量 85 次。

長山閘7孔放水于2019年7月11日9:40～15:58，測流時間為11:00～15:50共實測流量29次。

長山閘5孔放水2019年8月22日6:48～12:57，測流時間為8:56～13:39共實測流量 23 次。

長山閘3孔放水于2019年8月30日15:11～21:54，測流時間為15:31～17:40共實測流量2 次。

圖1

長山閘6 孔放水于2019年9月9日10:29～16:52，測流時間為12:07～16:41共實測流量13次。

長山閘2孔放水于2019年9月11日13:55～20:15，測流時間為14:10～16:23共實測流量10次。

3.3 相關線定線、檢驗

根據長山閘不同開孔數條件下監測的斷面平均流量、流速，與多普勒設備指標流速進行相關擬合，即多普勒指標流速為變量，實測斷面平均流速為依變量的相關線定線。考慮到流量實時傳輸的系統平臺展示、系列資料的統計計算方便等，流量相關線定線原則首先為綜合線考慮，個別工況流量如不能滿足綜合線的，可以單獨定線。從以上5種運行工況的實測流量資料分析，完全可以采用綜合線定線的方法。即5種運行工況的實測斷面平均流速和相應的多普勒指標流速進行綜合相關定線，相關擬合線詳見圖1。

關系式：V斷=0.3220V多2+0.7718V多+0.0119

其中，V斷——斷面平均流速(m/s)，V多——多普勒指標流速(m/s)。

綜上所述，在電氣工程的進一步技術優化與發展下，電氣安裝工程在建筑工程中的作用愈發突出，社會對建筑電氣安裝工程的要求也在不斷發生改變，建筑電氣安裝工程只有嚴格安裝規定要求進行相應質量控制與管理，才能促使建筑電氣安裝工程的質量得到保障。對此，有效加強建筑電氣安裝工程的質量控制與管理水平，不僅利于保障建筑電氣安裝工程的整體質量，發揮建筑電氣工程的良好功能性作用，且其對于滿足建筑電氣安裝工程的使用需求也具有較多有利之處。

本項目相關線為流速相關，按照水文規范為流量相關線檢驗，故需換算為實測流量與線上流量（計算流量）進行三種檢驗，即符號檢驗、適線檢驗和偏離數值檢驗。根據顯著性水平取值 0.25、0.05 和 0.10 的臨界值和計算值比較，計算值均小于臨界值，三種檢驗均為合格，隨機不確定度8.4%，詳見表1。

表1 定線三種檢驗評定表

表2

3.4 從實際運行情況看

以2019年9月24日早潮為例，如表2。

多普勒測流站在實際運用中由于流體特性的影響在啟閉閘時存在滯后性，但總時間不變，因此計算一潮放水歷時時仍以大閘開關時間為準。在計算中儀器設定為每5分鐘取一個數據，所以多普勒以整數時間計算。

實測流量在大閘上游300米的澉南橋上進行，用博億達多普勒流速儀進行測流。一個斷面分布7條垂線2點法測流。在大閘放水期間平均分布時間共測7次。

公式法是以一直沿用的利用相關線推導出來的3孔公式計算出一潮水的流量，然后再乘以歷時計算水量。

4.結論

綜合以上流速比測、率定分析結果，長山閘 5 種開閘孔數的運行工況，多普勒指標流速與斷面平均流速相關式采用一元二次多項式方程較為合適，且為綜合定線，關系線滿足水文規范的定線精度要求。從以上的兩兩比較可以得出多普勒的計算結果精度遠遠大于公式法推流，更接近于實際測流。現可以作為長山閘排放水量的依據資料。