插花閘水文站水位流量關(guān)系分析

張金良

本文通過對插花樞紐節(jié)制閘近40年來200 余次實測流量分析，得出水位差～閘門開啟高度～單一流量關(guān)系公式，經(jīng)檢驗誤差滿足《水文資料整編規(guī)范》SL-247-2012 要求，采用此公式可以正確計算插花節(jié)制閘的開閘流量，用于指導插花節(jié)制閘的水位～流量調(diào)控。采用此公式整編，可大大提高工作效率。

一、工程概況

插花樞紐是茨淮新河的第二級控制工程，位于阜陽市潁東區(qū)插花鎮(zhèn)東7km 新建集附近，樞紐工程包括節(jié)制閘、船閘及兩岸堤防等建筑物。其中節(jié)制閘工程設計為17 孔弧形鋼閘門，每孔凈寬10m，閘門高度為8.85m。該工程設計流量為3000m3/s，校核流量為3300m3/s，為大（2）型水閘。工程有蓄水、分洪、排澇、灌溉、航運以及城市供水等諸多功能。工程運行三十多年，發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟和社會效益。該工程的水位差～閘門開啟高度～單一流量關(guān)系公式，是由原設計部門根據(jù)工程水力模型實驗經(jīng)計算確定，后經(jīng)多年應用并結(jié)合人工檢驗，該關(guān)系公式符合工程的實際情況，可以用以指導插花樞紐的工程調(diào)度和流量計算。

插花樞紐節(jié)制閘工程由于存在嚴重的安全隱患，于2008年進行除險加固。在除險加固施工期間，于節(jié)制閘上游150m 和下游100m 處分別填筑臨時圍堰，上游圍堰高度7.7m，下游圍堰高度5.4m。工程完成后，水下部分圍堰用絞吸式挖泥船進行拆除，由于工期緊張，上下游水位較深，當時圍堰拆除不徹底，不清楚是否對工程泄水有影響，因此需對原設計時采用的水位～流量關(guān)系公式進行校驗。

二、測站基本情況

茨淮新河系人工開挖，河道順直，河寬200m。該站上游約23km 處有茨河鋪閘控制潁河分入水量，左岸有茨河匯入，右岸約4km 處有插花抽水站一座，閘下游右岸約1.5km 處建有阜陽二水廠一座，下游左岸約23km 處有西淝河上段匯入，西淝河入口下游5km 處有闞町閘一座。插花閘水文站為茨淮新河重要控制站，國家重要水文站，位于安徽省阜陽市插花閘管理區(qū)內(nèi)，東經(jīng)116°01′33″，北緯33°02′06″，集水面積3094km2，于1980年8月由安徽省水文總站設立，其目的主要是控制潁河由茨河鋪閘的分入水量，重要任務之一就是對插花節(jié)制閘的水位及流量進行測報，因此在插花節(jié)制閘下游340m 處設測流斷面，對插花閘的水流下泄情況進行監(jiān)測。

三、資料情況

按照《河道流量測驗規(guī)范》要求，流量采用流速儀法，精度較高，根據(jù)不同水位級布設流量點次，本次分析淹沒孔流時流量與上下游水位差的單一關(guān)系，選取1980年建站以來至工程除險加固前和工程除險加固后的共211 次淹沒孔流全部實測流量資料進行對比分析。

四、流量單一關(guān)系分析

淹沒孔流公式Q=MBeZ1/2，

式中：Q 為流量（m3/s）；

M 為流量系數(shù)；

B 為閘門寬度（m）；

e 為閘門開啟高度（m）；

Z 為上下游水位差（m）。

實際上M 和Z 的指數(shù)不可能適合每一個堰閘，現(xiàn)把公式改為Q=BeMZβ，Be 是過水面積，MZβ是過閘平均流速， MZβ與Z 有一定的函數(shù)關(guān)系，用歷年 的VJ（VJ=Q/Be=MZβ）與Z建立關(guān)系，得VJ=3.5468Z0.5545，即Q=Be3.5468Z0.5545。如圖1 所示。

圖1 過閘平均流速～水位差關(guān)系圖

五、成果誤差分析

根據(jù)實測結(jié)果，具體計算成果誤差分析見表1、表2。

表1 誤差計算表

表2 誤差成果表

六、結(jié)論

通過上述分析，插花節(jié)制閘淹沒式孔流采用Q=Be3.5468Z0.5545關(guān)系式計算的過閘流量與實測流量誤差在允許范圍內(nèi)，并且在工程除險加固前后沒有發(fā)現(xiàn)明顯變化，能夠滿足整編規(guī)范精度要求，該成果可以用于資料整編，以及用來指導插花節(jié)制閘的水位～流量調(diào)控