多水頭下單位閘門開度與平均流量分析應(yīng)用

張文斌

（安徽省蚌埠閘工程管理處，安徽 蚌埠 233000）

隨著沿淮城市的發(fā)展和農(nóng)業(yè)灌溉面積的增加，水資源日益緊缺，在灌溉保糧食安全和放水保生態(tài)流量的新要求、新形勢(shì)下，為提高水資源利用率，以蚌埠閘上下游水位差在2.5～7.0m 的天數(shù)，分別以0.5m 間隔區(qū)間進(jìn)行單位閘門開度（1m）與平均流量統(tǒng)計(jì)分析，通過科學(xué)精準(zhǔn)調(diào)度，取得了良好效果。

1 工程概況

蚌埠閘樞紐工程位于淮河中游安徽省蚌埠市，閘上流域面積12.1 萬km2，工程始建于1958 年年底，1962 年基本竣工，歷經(jīng)近60 年的不斷建設(shè)與完善，目前已形成由28 孔節(jié)制閘、12 孔節(jié)制閘、雙線船閘、水電站、分洪道、3.37km 堤防組成的大型樞紐工程。工程設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為百年一遇，設(shè)計(jì)流量12030m3/s，設(shè)計(jì)灌溉面積884 萬畝，具有防洪、蓄水灌溉、航運(yùn)、發(fā)電、城市供水等綜合效益。

2 分析思路

2.1 現(xiàn)狀需求

蚌埠閘水利樞紐為淮河干流安徽段最后一個(gè)攔河工程，調(diào)度的重要性不言而喻，但蚌埠閘至臨淮崗洪水控制工程區(qū)間槽蓄容量小，可調(diào)控水量不足，尤其是抗旱及用水緊張期時(shí)，既要確保城鄉(xiāng)供水安全，又要保證生態(tài)流量達(dá)標(biāo)泄放，調(diào)度精準(zhǔn)化難度較大。以往蚌埠閘主要根據(jù)閘上水位變化趨勢(shì)憑經(jīng)驗(yàn)調(diào)度，水文分析計(jì)算能力有限，造成調(diào)度較為被動(dòng)且不夠科學(xué)精準(zhǔn)，動(dòng)閘頻次較高，因此需要對(duì)歷史水文資料進(jìn)行分析總結(jié)，確定閘門在不同水頭區(qū)間內(nèi)的泄流量，以減少閘門啟閉次數(shù)，為水資源的充分利用奠定基礎(chǔ)。

2.2 資料來源

本研究所用資料為2012—2022 年蚌埠水文水資源局公布的蚌埠閘每日8 時(shí)水文信息，包含蚌埠閘上下游水位、閘門開啟孔數(shù)、閘門開度、水電站開機(jī)臺(tái)數(shù)、吳家渡流量等詳細(xì)數(shù)據(jù)。考慮到在實(shí)際運(yùn)用過程中，因抗旱保水需要，在蚌埠閘上下游水位差較大且下游水位較低期間，由于泄流量較小引起的流量偏差較大的天數(shù)，本文進(jìn)行了剔除，未納入統(tǒng)計(jì)。

2.3 分析方法

因蚌埠閘40 孔節(jié)制閘聯(lián)合運(yùn)用時(shí)不易劃分單閘各自泄水流量，本次分析采用區(qū)間分析法，按照28孔節(jié)制閘和12 孔節(jié)制閘單獨(dú)運(yùn)行進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在計(jì)算過程中以吳家渡總流量為基礎(chǔ)，相應(yīng)核減水電站發(fā)電尾水流量、船閘通航流量和市政排放流量。上下游水位差在0～2.5m 時(shí)僅發(fā)生在主汛期，水量充沛，精準(zhǔn)控制要求不高，僅需對(duì)水位差在2.5～7.0m 的天數(shù)分別以0.5m 間隔區(qū)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（蚌埠閘歷史最大水位差為7.07m），能更加科學(xué)合理調(diào)度閘門啟閉，有效利用水資源。

3 平均流量分析

蚌埠閘28 孔節(jié)制閘為淺孔閘，12 孔節(jié)制閘為深孔閘，根據(jù)多年日常控制運(yùn)用實(shí)際，12 孔閘較28孔閘調(diào)度運(yùn)用次數(shù)偏多，相對(duì)來說其統(tǒng)計(jì)分析的單位閘門開度平均流量更為精確。

3.1 12 孔閘平均流量分析

12 孔閘閘身全長(zhǎng)141.7m，每孔凈寬10m，底板高程9.132m，設(shè)計(jì)流量3410m3/s，弧形鋼閘門，卷揚(yáng)式啟閉機(jī)。2012—2022 年在單獨(dú)運(yùn)行期間，累計(jì)統(tǒng)計(jì)有效天數(shù)1165 天，水位差按0.5m 間隔區(qū)間分9 組進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，在各水頭下根據(jù)實(shí)際統(tǒng)計(jì)時(shí)間分析計(jì)算得出閘門開度為1m 時(shí)的平均流量，具體分析結(jié)果見表1。

表1 12 孔閘各水頭下單位閘門開度與平均流量分析結(jié)果表

3.2 28 孔閘平均流量分析

28 孔閘閘身全長(zhǎng)336m，每孔凈寬10m，堰頂高程12.0m，底板高程10.2m，設(shè)計(jì)流量8620m3/s，弧形鋼閘門，卷揚(yáng)式啟閉機(jī)。2012—2022 年在單獨(dú)運(yùn)行期間，累計(jì)統(tǒng)計(jì)有效天數(shù)232 天，水位差按0.5m間隔區(qū)間分9 組進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，在各水頭下，根據(jù)實(shí)際統(tǒng)計(jì)時(shí)間分析計(jì)算得出閘門開度為1m 時(shí)的平均流量，具體分析結(jié)果見表2。

表2 28 孔閘各水頭下單位閘門開度與平均流量分析結(jié)果表

3.3 兩閘平均流量對(duì)比

根據(jù)表1、表2 分析結(jié)果，繪制12 孔閘與28孔閘單位開度平均流量對(duì)比圖（見圖1），可以看出在相同水頭區(qū)間內(nèi)，12 孔閘單位閘門開度平均流量要比28 孔閘單位閘門開度平均流量稍大，統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果符合水閘孔流流量計(jì)算公式特征并與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況較為吻合，可以判定統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)合理有效。

圖1 12 孔閘與28 孔閘單位開度平均流量對(duì)比圖

4 成果運(yùn)用

以單獨(dú)調(diào)度12 孔閘為例，根據(jù)上級(jí)主管部門要求，閘上水位應(yīng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)控制在某一特定水位，此時(shí)需要開閘泄水。設(shè)定當(dāng)前上下游水位差為4.6m，通過蚌埠閘水位庫容關(guān)系曲線圖推算出需下泄流量400m3/s，由表1 可知，該水頭下單位閘門開度平均流量為87.1m3/s，算得閘門需增加開度值為400÷87.1 ≈4.6m，遵照閘門操作規(guī)程，每次開啟高度不大于0.5m，故單孔閘門開度需增加4.6÷12 ≈0.4m，調(diào)度人員可以按照12 孔×0.4m 下達(dá)調(diào)度命令。同理，如單獨(dú)調(diào)度28 孔閘，假設(shè)此時(shí)仍需下泄流量400m3/s，由表2 可知，該水頭下單位閘門開度平均流量為79.6m3/s，算得閘門需增加開度值為400÷9.6 ≈5.0m，調(diào)度人員可以按照10 孔×0.5m 下達(dá)調(diào)度命令。減少流量分別以此類推。兩閘聯(lián)合運(yùn)用時(shí)，可根據(jù)流量分配參考表1、表2 分析結(jié)果分別計(jì)算閘門開度。

本文通過運(yùn)用以上分析結(jié)果，并經(jīng)2023 年實(shí)際控制運(yùn)用檢驗(yàn)，達(dá)到了預(yù)期效果。2021 年全年閘門累計(jì)啟閉3168 臺(tái)次，其中1—9 月累計(jì)啟閉2252 臺(tái)次；2022 年因夏秋連旱蓄水保水需要，閘門啟閉次數(shù)較少，不考慮對(duì)比；截至2023 年9 月底，閘門累計(jì)啟閉1996 臺(tái)次，同期閘門啟閉臺(tái)次比2021 年減少11.4%，成果運(yùn)用取得了實(shí)效。

5 結(jié)語

隨著水資源的愈發(fā)緊缺，蚌埠閘作為安徽省淮河干流大型水利樞紐工程，一方面要保水蓄水，一方面又要泄放生態(tài)流量。如何在兩者之間找到平衡點(diǎn)，十分考驗(yàn)蚌埠閘的調(diào)度水平。通過以上分析并經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，基本上解決了這一問題，能更好地為當(dāng)前及今后一段時(shí)期蚌埠閘科學(xué)合理調(diào)度提供技術(shù)支撐，同時(shí)為大中型水閘調(diào)度提供相關(guān)經(jīng)驗(yàn)參考■