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局，山東 臨沂 276001）

劉家道口樞紐工程于2005年12月開工，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)立一個閘前水位觀測固定點(diǎn)，并進(jìn)行水位比測，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)，推算出該閘淹沒堰流公式為：

式中：σ為堰流經(jīng)驗(yàn)淹沒系數(shù)，0≤σ≤1，σ=1時為自由堰流；H為閘上實(shí)測水頭，m；Q為過閘流量，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：

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

式中：e為閘門開高，m；H 為閘上總水頭，m；ΔZ為閘上下游水位差，m；Q為過閘流量，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)測流量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,用來對泄流曲線進(jìn)行率定。實(shí)測流量見表2。

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

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

根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)利用公式(1)計(jì)算過程見表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)測流量見表3。由表3可以看出：1）無論是按現(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)算的過閘流量較采用現(xiàn)狀閘上水位計(jì)算的過閘流量要小。

表2 不考慮行近流速計(jì)算過程表

表3 劉家道口節(jié)制閘實(shí)測流量計(jì)算表

2.2 孔流計(jì)算

劉家道口節(jié)制閘有多個時間為閘門控泄，流態(tài)為淹沒孔流。依據(jù)公式(3)計(jì)算的流量過程見表4。

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

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

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)測水頭進(jìn)行計(jì)算。堰流泄流曲線見圖1。由圖1可以看出：堰流狀態(tài)時，當(dāng)現(xiàn)狀閘上水尺水位超過56.00 m時，計(jì)算的實(shí)際過閘流量與ADCP實(shí)測值基本一致，說明此時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，計(jì)算的過閘流量與ADCP實(shí)測值存有偏差，且水位越低差別越大，說明此時的現(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)測水頭進(jìn)行計(jì)算。自由孔流泄流曲線見圖2。

4 結(jié)論

1）劉家道口節(jié)制閘對過閘水流具有一定的阻水作用。現(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，推求的過閘流量仍然比ADCP實(shí)測值要大。同時說明，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)測水頭進(jìn)行計(jì)算。4）泄流曲線修訂也是一個動態(tài)過程。隨著實(shí)測流量資料的積累，劉家道口節(jié)制閘泄流曲線將更加完善。